ADN: descubrimiento, hechos, estructura y función en la herencia

Revisión de bases nitrogenadas

Anteriormente, en ‘ADN y ARN’:

“… pero también revelaremos la identidad del verdadero asesino de nuestro pobre difunto Sr. Bones”.

“… pero hay cuatro bases nitrogenadas diferentes : guanina , adenina , timina y citosina “.

‘Verá, la citosina puede formar tres enlaces de hidrógeno con la guanina y la adenina puede formar dos enlaces de hidrógeno con la timina’.

“Si representamos las hebras como flechas, con la punta de flecha en los tres extremos principales de la hebra, podemos ver que las hebras de una molécula de ADN están organizadas de forma antiparalela entre sí”.

Descubrimiento del principio transformador

Miss Ivory : ¡Objeción! ¿Cómo sabemos siquiera que lo que está diciendo es verdad? Profesor, usted dice que el ácido desoxirribonucleico, o ADN, es la receta para la vida, pero ¿cómo sabemos que no está lanzando su elegante palabra científica en una gran cortina de humo para limpiar al acusado, el coronel Custard, de este crimen? ¿Puede ofrecer pruebas de que el ADN es la molécula responsable de transmitir los rasgos hereditarios en los organismos? ¿Me contesta eso?

Profesor Pear : Oh, sí. ¡Ciertamente puedo! Hay mucha evidencia, pero permítanme resumir el trabajo de Frederick Griffith y Oswald Avery. Sus laboratorios proporcionaron pruebas sólidas de que el ADN es la molécula de la herencia. Griffith estaba estudiando la bacteria que causa la neumonía. Observó dos variantes de la misma bacteria bajo el microscopio. Uno tenía un aspecto exterior liso. Abreviamos esas bacterias como ‘bacterias S’. El otro tenía un aspecto rudo. Abreviemos esas bacterias como ‘bacteria R’.

Si inyectaba a un ratón con bacterias S, el ratón moría. Si inyectaba a un ratón con la bacteria R, el ratón vivía. Más tarde descubriríamos que la bacteria S es lisa porque tiene una capa protectora que la ayudó a sobrevivir en el ratón; mientras que la bacteria R carecía de recubrimiento y era susceptible al sistema inmunológico del ratón. Si Griffith calentó las bacterias S o R, las mató. No es sorprendente que un ratón al que se le inyectaran las partes bacterianas muertas no muriera. Curiosamente, sin embargo, si mezclaba partes de células muertas de bacterias S con bacterias R vivas e inyectaba un ratón, ¡el ratón moría! ¿No es eso peculiar? Pero eso no es todo.

Cuando examinó al ratón muerto más de cerca, ¡encontró la bacteria S, no la R, dentro del cadáver! De alguna manera, la bacteria R se había transformado en bacteria S. Esta transformación fue permanente, lo que significa que era un rasgo que se heredaba de generación en generación. El uso de la nueva y misteriosa bacteria S del ratón muerto en un nuevo experimento de inyección también produjo un ratón muerto. Eso significaba que la bacteria R se había transformado permanentemente en bacteria S.

El ADN es la molécula de la herencia

Oswald Avery denominó la misteriosa sustancia de Griffith que transformó la bacteria R en bacteria S como el “principio transformador”. Decidió que él y su laboratorio determinarían la identidad de esta sustancia.

Probablemente debería proporcionar un pequeño contexto para este momento de la historia científica. En el momento de los experimentos de Avery, la mayoría de los científicos creían que el ADN no era interesante en comparación con las proteínas y menos complejo que incluso los carbohidratos o los lípidos. Por ejemplo, había veinte aminoácidos conocidos pero solo cuatro tipos de nucleótidos de ADN. Seguramente una molécula de tan simple complejidad no podría ser la molécula de la herencia.

Avery pasó muchos años purificando el principio transformador y luego trató de caracterizar qué tipo de molécula era responsable de transformar las bacterias R en bacterias S. Para identificar la molécula que podría transformar la bacteria R en bacteria S, Avery y su equipo idearon una serie de experimentos inteligentes. Haciendo girar la muestra purificada muy rápido en una máquina, conocida como centrífuga, se eliminaron las grasas de la muestra. La muestra tratada de esta manera aún podría transformar células R en células S.

Sorprendentemente, el tratamiento de la muestra con algo que degrada las proteínas no afectó la capacidad de la muestra purificada para convertir las células R en células S. El tratamiento de la muestra con una sustancia que degrada el ARN tampoco afectó el principio de transformación. Sin embargo, el tratamiento de la muestra purificada con algo que degradara el ADN eliminó la transformación de R a S.

Girar las bacterias en una centrífuga no detuvo la transformación

Avery concluyó que el principio transformador era el ADN. Hoy en día, sabemos que el cambio permanente de las características de un organismo se puede lograr cambiando su contenido de ADN.

Descubrimiento de la estructura de doble hélice

Miss Ivory : Bueno, ¿qué hay de su afirmación de que conoce la estructura del ADN? Usted mismo dijo que es una molécula microscópica que se encuentra dentro de una célula. Si eso es cierto, ¿cómo puede saber cómo se ve?

Profesor Pear : Oh, en realidad esa es otra historia fascinante. James Watson y Francis Crick idearon un modelo de la estructura del ADN basado en la evidencia producida por varios laboratorios diferentes en ese momento. El examen de las imágenes de rayos X del ADN reveló que la molécula tenía forma helicoidal o en espiral. Los datos de otro laboratorio indicaron que existe una proporción de uno a uno entre la adenina y la timina. El laboratorio también demostró que existe una proporción de uno a uno entre la guanina y la citosina. Al utilizar recortes de cartón de las bases, Watson se dio cuenta de que se podían formar dos enlaces de hidrógeno entre A y T y que se podían formar tres enlaces de hidrógeno entre G y C.

Curiosamente, Watson predijo originalmente que solo había dos enlaces de hidrógeno entre G y C, pero ahora sabemos que hay tres. ¡Incluso un científico ganador del Premio Nobel se equivoca a veces! Para reconciliar los datos de rayos X y el modelo de Watson de la relación entre bases, Crick se dio cuenta de que las hebras de ADN tenían que estar orientadas de forma antiparalela entre sí. Esto llevó a los dos a postular la famosa estructura de doble hélice del ADN.

Una hélice es una espiral cilíndrica. Una doble hélice es básicamente dos espirales cilíndricas. Imagine el ADN como una escalera con columnas vertebrales hechas de grupos fosfato y azúcares y peldaños de bases nitrogenadas unidas por enlaces de hidrógeno. Luego, gire la escalera alrededor de un eje central imaginario. La estructura de la molécula se parece un poco a una escalera de caracol, no muy diferente de aquella en la que se descubrió el cuerpo de la víctima.

Las estructuras de ADN de hélice y doble hélice

James Watson, Francis Crick y otro científico llamado Maurice Wilkins recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1962 por “sus descubrimientos sobre la estructura molecular de los ácidos nucleicos y su importancia para la transferencia de información en la materia viva”.

El ADN es un lenguaje de cuatro letras

Srta. Crimson : Señora Fiscal, si ha terminado de intentar molestar a mi testigo, me gustaría continuar. Profesor, nos ha proporcionado una buena base sobre la estructura y función de los ácidos nucleicos. De hecho, no me sorprendería que todos pudiéramos pasar una prueba de biología después de esto. Pero volvamos al caso que nos ocupa. ¿Cómo se puede utilizar el ADN para reivindicar a un inocente y atrapar a un criminal?

Profesor Pear : Bueno, puede pensar en las diferentes bases de ADN como letras en un alfabeto. El alfabeto de ADN es solo un alfabeto simple con solo cuatro letras. Las letras se pueden combinar para formar diferentes palabras, oraciones y párrafos. Asimismo, el orden de los pares de bases del ADN determina qué moléculas biológicas se pueden producir y, a su vez, las características que hacen que cada uno de nosotros sea un individuo único. Hay aproximadamente tres mil millones de pares de bases en cada célula humana.

Con la excepción de los gemelos, la posibilidad de que una secuencia de ADN para una persona sea exactamente la misma que la de otra es prácticamente imposible debido a la variación presente de una persona a otra. Considere que existe una probabilidad de uno en cuatro de que alguien tenga el mismo par de bases en un punto dado de un fragmento de ADN que otra persona. Hay otra posibilidad de uno en cuatro en el siguiente par de bases y así sucesivamente. Si examina suficientes piezas de ADN, resulta estadísticamente imposible confundir el ADN de una persona con el de otra.

Mi laboratorio comparó la secuencia de ADN del coronel Custard, la sangre encontrada en la escena del crimen y la víctima. No encontramos ADN del coronel Custard en la escena del crimen. Sin embargo, encontramos ADN de la sangre de otra persona que asistió a la conferencia mezclada con la sangre de la víctima.

Miss Crimson : Gracias por su testimonio experto, profesor.

Resumen de la lección

Damas y caballeros del jurado, pueden ver que el trabajo de Fredrick Griffith y Oswald Avery establece que el ADN es la molécula responsable de transmitir los rasgos hereditarios.

James Watson y Francis Crick desarrollaron el modelo de doble hélice para la estructura del ADN. En resumen, el ADN está organizado como una escalera retorcida con grupos fosfato y azúcares que componen la columna vertebral de las hebras, y las bases nitrogenadas unidas por enlaces de hidrógeno forman los peldaños. Cada hebra está orientada en sentido contrario a la otra. Con tres mil millones de bases en humanos, cada persona tiene una secuencia de ADN única.

Basándome en la secuencia del ADN encontrado en la sangre en la escena del crimen, niego que mi cliente sea inocente del asesinato. De hecho, basándonos en la evidencia de ADN, tenemos razones para creer que el Sr. Teal asesinó al Sr. Bones en la escalera con una tubería de plomo.

Continuará…

Los resultados del aprendizaje

Después de ver esta lección, debería poder:

• Parafrasee la investigación de Frederick Griffith y Oswald Avery que dio evidencia de que el ADN es la molécula de la herencia.
• Describir el modelo de doble hélice de ADN y su importancia para identificar personas basándose en el ADN.