Contenido
- El descubrimiento del ADN
- ADN y rasgos heredables
- La estructura del ADN.
- Nucleótidos y Bases Nitrogenadas
- Replicación de ADN
El ADN es una de las pocas combinaciones de letras en el núcleo de una disciplina científica que parece generar un nivel significativo de comprensión incluso en personas con poca exposición de por vida a la biología o las ciencias en general. La mayoría de los adultos que escuchan la frase "Está en su ADN" inmediatamente reconocen que un rasgo particular es inseparable de la persona que se describe; que la característica es de alguna manera innata, nunca desaparece y puede transferirse a esa persona, niños y más allá. Esto parece ser cierto incluso en las mentes de aquellos que no tienen idea de lo que significa "ADN", que es el "ácido desoxirribonucleico".
Los seres humanos están comprensiblemente fascinados con el concepto de heredar rasgos de sus padres y transmitir sus propios rasgos a sus descendientes. Es natural que las personas reflexionen sobre su propio legado bioquímico, incluso si pocos pueden imaginarlo en términos tan formales. El reconocimiento de que pequeños factores invisibles dentro de cada uno de nosotros gobiernan la forma en que los niños se ven e incluso se comportan seguramente ha estado presente durante muchos cientos de años. Pero no fue sino hasta mediados del siglo XX que la ciencia moderna reveló con gloriosos detalles no solo cuáles eran las moléculas responsables de la herencia, sino también cómo eran.
El ácido desoxirribonucleico es, de hecho, el azul genético que todos los seres vivos mantienen en sus células, un dedo microscópico único que no solo convierte a cada humano en un individuo literalmente único (gemelos idénticos excepto para los propósitos actuales) sino que revela una gran cantidad de vitalidad. información sobre cada persona, desde la probabilidad de estar relacionado con otra persona específica hasta las posibilidades de desarrollar una enfermedad determinada más adelante en la vida o transmitir dicha enfermedad a las generaciones futuras. El ADN se ha convertido no solo en el punto central natural de la biología molecular y de las ciencias de la vida en su conjunto, sino también en un componente integral de la ciencia forense y la ingeniería biológica.
El descubrimiento del ADN
James Watson y Francis Crick (y menos comúnmente, Rosalind Franklin y Maurice Wilkins) son ampliamente acreditados con el descubrimiento del ADN en 1953. Sin embargo, esta percepción es errónea. Críticamente, estos investigadores de hecho establecieron que el ADN existe en forma tridimensional en forma de doble hélice, que es esencialmente una escalera torcida en diferentes direcciones en ambos extremos para crear una forma espiral. Pero estos científicos decididos y a menudo célebres "solo" se basaron en el trabajo minucioso de los biólogos que trabajaron en busca de la misma información general ya en la década de 1860, experimentos que fueron tan innovadores por derecho propio como el de Watson, Crick y otros en la era de investigación posterior a la Segunda Guerra Mundial.
En 1869, 100 años antes de que los humanos viajaran a la luna, un químico suizo llamado Friedrich Miescher buscó extraer los componentes proteicos de los leucocitos (glóbulos blancos) para determinar su composición y función. Lo que en su lugar extrajo lo llamó "nucleina", y aunque carecía de los instrumentos necesarios para aprender lo que los futuros bioquímicos podrían aprender, discernió rápidamente que esta "nucleina" estaba relacionada con proteínas pero no era proteína en sí misma, que contenía un cantidad inusual de fósforo, y que esta sustancia era resistente a la degradación por los mismos factores químicos y físicos que degradaban las proteínas.
Pasarían más de 50 años antes de que la verdadera importancia del trabajo de Miescher se hiciera evidente por primera vez. En la segunda década de 1900, un bioquímico ruso, Phoebus Levene, fue el primero en proponer que, lo que hoy llamamos nucleótidos, consistía en una porción de azúcar, una porción de fosfato y una porción de base; que el azúcar era ribosa; y que las diferencias entre los nucleótidos se debían a las diferencias entre sus bases. Su modelo de "polinucleótido" tenía algunos defectos, pero según los estándares del día, era notablemente objetivo.
En 1944, Oswald Avery y sus colegas de la Universidad Rockefeller fueron los primeros investigadores conocidos en sugerir formalmente que el ADN consistía en unidades hereditarias o genes. Continuando con su trabajo y el de Levene, el científico austriaco Erwin Chargaff hizo dos descubrimientos clave: uno, que la secuencia de nucleótidos en el ADN varía entre las especies de organismos, en contra de lo que Levene había propuesto; y dos, que en cualquier organismo, la cantidad total de las bases nitrogenadas adenina (A) y guanina (G) combinadas, independientemente de la especie, fue prácticamente siempre la misma que la cantidad total de citosina (C) y timina (T). Esto no llevó a Chargaff a concluir que A se empareja con T y C se empareja con G en todo el ADN, pero más tarde ayudó a reforzar la conclusión alcanzada por otros.
Finalmente, en 1953, Watson y sus colegas, beneficiándose de la mejora rápida de las formas de visualizar estructuras químicas tridimensionales, reunieron todos estos hallazgos y utilizaron modelos de cartón para establecer que una doble hélice se ajustaba a todo lo que se sabía sobre el ADN de una manera nada De lo contrario podría.
ADN y rasgos heredables
El ADN se identificó como el material hereditario en cosas vivas mucho antes de que se aclarara su estructura, y como a menudo sucede en la ciencia experimental, este descubrimiento vital fue en realidad incidental para el propósito principal de los investigadores.
Antes de que surgiera la terapia con antibióticos a fines de la década de 1930, las enfermedades infecciosas cobraron muchas más vidas humanas que las que tienen hoy en día, y desentrañar los misterios de los organismos responsables era un objetivo crítico en la investigación de microbiología. En 1913, el mencionado Oswald Avery comenzó un trabajo que finalmente reveló un alto contenido de polisacárido (azúcar) en cápsulas de especies bacterianas neumocócicas, que habían sido aisladas de pacientes con neumonía. Avery teorizó que estos estimulaban la producción de anticuerpos en personas infectadas. Mientras tanto, en Inglaterra, William Griffiths estaba realizando un trabajo que mostraba que los componentes muertos de un tipo de neumococo que causa enfermedades pueden mezclarse con los componentes vivos de un neumococo inofensivo y producir una forma que causa enfermedades del tipo anteriormente inofensivo; Esto demostró que cualquier cosa que se moviera de la bacteria muerta a la viva era heredable.
Cuando Avery se enteró de los resultados de Griffiths, se dedicó a realizar experimentos de purificación en un esfuerzo por aislar el material preciso en los neumococos que era heredable, y se centró en los ácidos nucleicos, o más específicamente, en los nucleótidos. Ya se sospechaba fuertemente que el ADN tenía lo que popularmente se llamaban "principios transformadores", por lo que Avery y otros probaron esta hipótesis exponiendo el material hereditario a una variedad de agentes. Los conocidos por ser destructivos para la integridad del ADN pero inofensivos para las proteínas o el ADN, llamados ADNasas, fueron suficientes en grandes cantidades para evitar la transmisión de rasgos de una generación bacteriana a la siguiente. Mientras tanto, las proteasas, que desentrañan las proteínas, no hicieron tal daño.
La conclusión del trabajo de Averys y Griffiths es que, una vez más, mientras que personas como Watson y Crick han sido bien alabadas por sus contribuciones a la genética molecular, establecer la estructura del ADN fue en realidad una contribución bastante tardía al proceso de aprender sobre esto. Molécula espectacular.
La estructura del ADN.
Chargaff, aunque obviamente no describió la estructura del ADN en su totalidad, sí mostró que, además de (A + G) = (C + T), las dos cadenas que se sabe que están incluidas en el ADN siempre estuvieron a la misma distancia. Esto llevó al postulado de que purinas (incluidos A y G) siempre unidos a pirimidinas (incluyendo C y T) en el ADN. Esto tenía sentido tridimensional, porque las purinas son considerablemente más grandes que las pirimidinas, mientras que todas las purinas son esencialmente del mismo tamaño y todas las pirimidinas son esencialmente del mismo tamaño. Esto implica que dos purinas unidas ocuparían considerablemente más espacio entre las cadenas de ADN que dos pirimidinas, y también que cualquier combinación de purina-pirimidina consumiría la misma cantidad de espacio. Poner toda esta información requiere que A se una a, y solo a, T y que la misma relación se mantenga para C y G si este modelo fuera exitoso. Y tiene.
Las bases (más sobre esto más adelante) se unen entre sí en el interior de la molécula de ADN, como peldaños en una escalera. Pero, ¿qué pasa con los hilos o "lados" en sí mismos? Rosalind Franklin, trabajando con Watson y Crick, asumió que esta "columna vertebral" estaba hecha de azúcar (específicamente un azúcar pentosa, o uno con una estructura de anillo de cinco átomos) y un grupo fosfato que une los azúcares. Debido a la idea recién aclarada del emparejamiento de bases, Franklin y los demás se dieron cuenta de que las dos cadenas de ADN en una sola molécula eran "complementarias" o, en efecto, imágenes especulares entre sí a nivel de sus nucleótidos. Esto les permitió predecir el radio aproximado de la forma retorcida de ADN con un grado sólido de precisión, y el análisis de difracción de rayos X confirmó la estructura helicoidal. La idea de que la hélice era una doble hélice fue el último detalle importante sobre la estructura del ADN en su lugar, en 1953.
Nucleótidos y Bases Nitrogenadas
Los nucleótidos son las subunidades repetitivas del ADN, que es lo contrario de decir que el ADN es un polímero de nucleótidos. Cada nucleótido consiste en un azúcar llamado desoxirribosa que contiene una estructura de anillo pentagonal con un oxígeno y cuatro moléculas de carbono. Este azúcar está unido a un grupo fosfato, y dos puntos a lo largo del anillo desde esta posición, también está unido a una base nitrogenada. Los grupos fosfato unen los azúcares para formar la columna vertebral del ADN, cuyas dos cadenas se retuercen alrededor de las bases pesadas de nitrógeno en el medio de la doble hélice. La hélice hace un giro completo de 360 grados aproximadamente una vez cada 10 pares de bases.
Un azúcar unido solo a una base nitrogenada se llama nucleósido.
El ARN (ácido ribonucleico) difiere del ADN en tres formas clave: una, el uracilo de pirimidina se sustituye por timina. Dos, el azúcar pentosa es ribosa en lugar de desoxirribosa. Y tres, el ARN casi siempre es monocatenario y viene en múltiples formas, cuya discusión está más allá del alcance de este artículo.
Replicación de ADN
El ADN se "descomprime" en sus dos cadenas complementarias cuando llega el momento de hacer copias. Mientras esto sucede, se forman hebras hijas a lo largo de las hebras monoparentales. Una de estas cadenas hijas se forma continuamente mediante la adición de nucleótidos individuales, bajo la acción de la enzima. ADN polimerasa. Esta síntesis simplemente sigue la dirección de la separación de las cadenas de ADN originales. La otra cadena hija se forma a partir de pequeños polinucleótidos llamados Fragmentos de Okazaki que en realidad se forman en la dirección opuesta a la descompresión de las cadenas parentales, y luego se unen por la enzima ADN ligasa.
Debido a que las dos cadenas hijas también son complementarias entre sí, sus bases eventualmente se unen para formar una molécula de ADN bicatenaria idéntica a la madre.
En las bacterias, que son unicelulares y se llaman procariotas, una copia única del ADN de las bacterias (también llamado genoma) se encuentra en el citoplasma; No hay núcleo presente. En los organismos eucariotas multicelulares, el ADN se encuentra en el núcleo en forma de cromosomas, que son moléculas de ADN altamente enrolladas, en spool y condensadas espacialmente de solo millonésimas de metro de largo, y proteínas llamadas histonas. En el examen microscópico, las partes cromosómicas que muestran "carretes" de histonas alternantes y cadenas simples de ADN (llamadas cromatina en este nivel de organización) a menudo se comparan con cuentas en una cuerda. También se encuentra algo de ADN eucariota en orgánulos de células llamadas mitocondrias.