Tema 11 - La estructura del DNA (2014)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Genética - 1º curso
Asignatura Genética
Año del apunte 2014
Páginas 7
Fecha de subida 22/10/2014
Descargas 10
Subido por

Descripción

Apuntes de las clases de Genética de Antonio Barbadilla

Vista previa del texto

TEMA 11.- EL SIGNIFICADO DE LA DOBLE HÉLICE Hoy en día conocemos sobradamente la famosa estructura de doble hélice que conforma nuestro DNA un una de sus estructuras más básicas, pero no fue hasta el 25 de abril de 1953 (el que para muchos es considerado el octavo día de la creación) cuando fue publicado en la célebre revista NATURE el trabajo de dos ingleses que afirmaron en su momento haber descubierto el secreto de la vida. Dicho artículo publicado por los doctores Watson y Crick llevaba por título “Molecular structure of nucleic acids” y en tan solo novecientas palabras, aproximadamente unos dos folios, supuso un cambio radical en las creencias que se tenían hasta el momento sobre cómo era la estructura que llamamos DNA. Aunque Mendel ya había demostrado casi cien años antes que existía “algo” que permitía la transmisión de la información que nos caracterizaba, nunca antes se había llegado a determinar su forma.
Watson y Crick comenzaron su artículo con una de las frases más provocadoras de la ciencia hasta el momento y aún hoy en día es muy famosa. “En este artículo queremos sugerir una estructura para la sal del ácido desoxirribosa nucleico (DNA). Esta estructura contiene novedades importantes que nosotros consideramos de gran interés e importancia”.
Pero antes de adentrarnos más en cómo llegaron estos dos GENIOS al descubrimiento de la estructura del DNA debemos ponernos en antecedentes para conocer hasta donde había llegado la ciencia… • • • • • 1865 – Mendel publicó su gran trabajo donde explicaba la herencia particulada de los caracteres fenotípicos.
1902 – Se escribe la teoría cromosómica de la herencia (PORQUIEN?¿?¿?¿?).
Entre 1910-1925 – Morgan estipula la existencia de la recombinación de los genes y que estos se encuentran ordenados linealmente.
Entre 1920-1939. Un alemán (¿?¿?¿?¿?¿) descubre que las radiaciones provocan que los genes muten y que estos a su vez evolucionan independientemente.
1944 – El famoso físico Schrödinger decide abandonar las ciencias más teóricas y puras para adentrarse más en las ciencias de la vida. Sobre todo a las relacionadas con la herencia de la vida y decide escribir un libro llamado “What is life?” (Qué es la vida?). en el libro Schrödinger afirmaba que la parte más esencial de una célula viva podía denominarse bien un cristal aperiódico. Decía que debía tratarse de algo sólido para así transmitirse, que era fácil de copiar pero que no era igual para todos los seres y organismos ya que no todas las especies son iguales, ni lo son los organismos que las constituyen. Así describió que dicho cristal debía ser como un texto • • • cifrado (como el código morse) y afirmaba firmemente que seguramente debía de estar compuesto por una gran molécula de proteína. A su vez afirmaba que el número de átomos no necesitaba ser muy grande para producir así un número casi ilimitado de posibles combinaciones. Porque así con ese reducido número de elementos se podían crear infinitas combinaciones.
1944 – El científico Avery descubre experimentalmente que el DNA es el material hereditario al contrario de lo que afirmo Schrödinger de que eran proteínas. Lo que hizo Avery fue estudiar dos cepas de bacterias muy cercanas entre sí. Estas se diferenciaban en que una resultaba letal para una especie de ratón y la otra bacteria no. Avery ideo el experimento de descomponer a las bacterias letales en sus diferentes biomoléculas. A continuación introducía a las bacterias inocuas uno por uno y por separado esos componentes y tras cultivarlas se las inoculaba al ratón.
Cuando se le administró al ratón bacterias inocuas con las proteínas de las bacterias letales el ratón no sufrió ninguna alteración pero al administrarle bacterias inocuas con el DNA de las bacterias letales el ratón moría ya que las bacterias habían asimilado el DNA letal para ellas y ahora resultaban mortales para el animal.
Por aquellos años LOCOS ya se conocían los componentes moleculares de los ácidos nucleicos y se habían caracterizado bioquímicamente. Se conocía que una molécula contenía una base nitrogenada, un azúcar y un grupo fosfato. También se sabía que se organizaban en cadenas que se creía que los nucleótidos se repetían las cuatro bases diferentes en secuencia por la cadena (se creía que había un orden continuo, que siempre era ATCG-ATCG-ATCG-… por ejemplo).
1950 – Chargaff. Este científico determina las conocidas como “Reglas de Chargaff”. Él analizó estequiometricamente varios genomas de diferentes organismos. Lo que estaba estudiando eran las proporciones en las que los nucleótidos se daban y observó que las proporciones eran curiosas aunque no podía afirmar el que. Solo llego a determinar que existía cierta relación entre las proporciones de Citosina y Guanina y entre las proporciones de Adenina y Timina pero poco más sin llegar a establecer una auténtica relación.
• No es hasta Octubre de 1951 donde nuestra historia comienza – En los UK en la universidad de Cambridge. Existía los Laboratorios Cavendish y ellos llega un joven mozuelo de 23 años y biólogo, vamos un Hacha llamado James Watson.
Allí se encuentra con el otro protagonista de la historia Francis Crick que era físico y tenía 35 años. Ambos tras la guerra y servir a su patria deciden dedicarse a la investigación, a cervecear e irse a ver a chicas que fuman. Pero un día se conocen y como eran muy dicharacheros y amigables hablando llegan al acuerdo de investigar la estructura molecular del DNA.
En este punto de la historia aparece el otro truhan que era Wilkins al que muchos definieron en aquella época como una persona gris que no era muy dado a relacionarse con la gente. Una de las pocas amistades que mantenía en su escasa vida social fue con el bueno de Crick y en los últimos años la lectura del libro What is life? de Schrödinger le marcó severamente. Trabajaba en Londres en un instituto de cristalografía junto a la una de las mujeres olvidadas de la ciencia del siglo XX como fue Rosalin Franklin, se trataba de una de las grandes doctoras en cristalografía de la época. Ambos no se llevaban del todo bien pero trabajaban conjuntamente en el proyecto de cristalizar y obtener imágenes de las cadenas de DNA. Para el estudio de estructuras cristalizadas se utilizaba la difracción de rayos X con un cristal de la molécula en estudio. El difractor emitía rayos X y la imagen quedaba impregnada en un film fotográfico y a través de una teoría compleja se podía interpretar las propiedades del cristal y se obtenía una imagen con la que se interpretaba la estructura.
Además después de eso se realizaban modelos moleculares a escala en planchas de cartón o metal.
Observando los átomos que intervenían y con el conocimiento de sus propiedades químicas se teorizaba con los modelos y las posibles estructuras que una molécula podía tomar.
Así en el otoño de 1951 Watson llega a Cambridge y conoce a Crick. Desde un buen principio los dos dicharacheros se llevan bien y se interesan por las investigaciones de Wilkins sobre la estructura del DNA que este está llevando a cabo gracias a Franklin. Esta presenta un seminario con sus resultados preliminares. Al seminario asiste un Watson ignorante en física y cristalografía pero su genio e intelecto superior con lo poco que entendió propone, al volver a Cambridge, el modelo de tres cadenas de Watson y Crick.
Ambos se los comentan a sus jefes y estos no acaban de creer que ambos estén en lo cierto, y disienten que hayan dejado sus investigaciones oficiales por dedicarse a sus propias cosas. Deciden presentar este modelo de tres hélices en un seminario al que asisten Wilkins y Franklin. Ella se da cuenta enseguida que el modelo es erróneo ya que Watson y Crick plantean que las bases nitrogenadas quedaban orientadas hacia el exterior quedando los grupos fosfatos en el interior de la hélice, el error radicaba en que los grupos fosfato son muy electronegativos y la estructura no resultaba estable. Así delante de parte de la comunidad científica Watson y Crick quedaron en evidencia cosa que no agrado para nada a sus superiores en Cambridge obligando a ambos abandonar el estudio del DNA y volver a sus investigaciones previas sobre la estructura de la hemoglobina de Crick y la cartografía del virus del tabaco a Watson.
Pero ninguno de ellos abandono del todo el estudio de la estructura del DNA y mientras cerveceaban en el pub The Eagle seguían dándole al tema.
• Por aquel entonces en el Instituto CalTech de California USA el gran Linus Pauling, químico de 50 años y descubridor de la estructura de la hélice alfa de las proteínas y del enlace covalente buscaba una investigación que pusiera la guinda a su magnífica carrera. Y tres meses después del fracaso de la extraña pareja de Cambridge Pauling le escribe a Wilkins pidiéndole los datos de sus investigaciones. Wilkins se lo comunica a Watson y Crick y todos ellos se emocionan que el gran Pauling les pida algo a ellos.
Ya en 1952 llegan a Inglaterra los rumores acerca de que Pauling se encuentra cerca de presentar un estudio sobre el modelo estructural del DNA. Como en aquel entonces las vías de comunicación eran muy lentas en Cambridge se encuentran expectantes de la llegada de dicha publicación y no ven el momento de ver triunfar a Pauling donde ellos habían fracasado no con cierta envidia. Así cuando un día llega el mismísimo hijo de Pauling, que por aquel entonces estudiaba en Cambridge (muchos dicen que por enchufe del padre, quien sabe si el pequeño retoño era un hacha o no) y les entrega a los cuatro mochuelos los estudios de su padre.
Ante el asombro de Watson y Crick descubren que el gran científico como era Pauling había cometido el mismo error que ellos y se dan cuenta que están ante su última oportunidad de hacer historia y deciden comunicarles a sus jefes que abandonan sus investigaciones para volver a enzarzarse con la estructura del DNA, estos con tal de demostrar superioridad ante un Pauling que se les había adelantado con la hélice alfa de las proteínas aceptan la propuesta de Watson y Crick. Ambos hablan con Wilkins para indicarle que necesitaban la mayor discreción y velocidad ya que sabían que Pauling más tarde o temprano se daría cuenta de su error y no volvería a errar.
Wilkins en aquel momento se encontraba en una situación difícil ya que la relación de trabajo con Franklin se había roto por completo y esta le había comunicado su intención de irse. Así a la desesperada y a toda prisa toma, a espaldas de Franklin, una serie de fotografías de difracción entre ellas la célebre y famosa fotografía número 51 de la forma A y B del DNA. Se trata de dos de las fotos más bellas de la vida de la cristalografía.
Con aquella foto en sus manos Watson y Crick descubren que el DNA se estructura en una doble hélice pero no tienen el modelo del todo claro ya que la foto presenta toda una serie de incógnitas.
Watson se obsesiona de una manera enfermiza y empieza a pedir modelos de cartón de las bases nitrogenadas. Sigue investigando día y noche, en casa recluyéndose en ella hasta que la noche del 28 de febrero Watson, sin dormir, en un momento de profunda locura y a la vez lucidez descubre la teoría de la complementariedad de las bases nitrogenadas. En ese momento empieza a jugar con las diferentes bases nitrogenadas hasta que ve que dos de ellas al emparejarlas tenían distancias idénticas con las otras dos emparejadas.
Una vez descubierta la complementariedad de bases empieza a formar el modelo escalonado de las bases a través de la doble hélice. Watson amanece aquella mañana descubriendo que Schrödinger en su libro What is life? estaba en lo cierto.
Embriagado por sus descubrimientos Watson se dirige al laboratorio y le explica su teoría a Crick. Este emocionado se dirige al pub The Eagle donde la gente ya estaba empezando el día como los campeones bebedores de cerveza. Al llegar allí entra gritando “¡Watson y yo hemos descubierto el secreto de la vida!”.
Al final ambos concluyeron que el DNA presentaba una estructura de doble hélice, formada por cadenas orientadas en direcciones opuestas. Además dijeron que la estructura se mantenía gracias a enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas que se encontraban orientadas hacia el interior de las cadenas. Así la complementariedad de bases permite que la secuencia de la cadena sencilla de DNA actúe como un molde para la formación de una copia complementaria de DNA.
Esta estructura explicaba: • La naturaleza de la secuencia lineal de los genes (información digital cuaternaria en secuencias unidimensionales de monómeros A,T,G,C).
• El mecanismo de replicación exacta de los genes.
• La naturaleza química de las mutaciones.
• La evolución de la información genética.
A continuación Watson y Crick desarrollaron un modelo a escala de metal con mucho cuidado y rigor para no volver a cometer los errores del pasado.
Esta estructura era un ejemplo supremo del reduccionismo y el propio Watson afirmo que una estructura tan bonita tenía, por fuerza, que existir. Así fue que en un acto de picardía de los dos lokis supremos afirmaron en su publicación que “no se les escapaba que su descubrimiento y la evidencia del emparejamiento de las bases postulaba inmediatamente un posible mecanismo de copia para el material genético”.
A partir de aquel momento el mundo nunca volvió a ser igual y gente de todos los ámbitos se rindieron ante el modelo de Watson y Crick. El propio Pauling afirmó que aquellos dos muchachos habían hecho historia y que le habían superado en su error.
Las grandes mentes del momento y de los años posteriores han establecido como de importante fue el descubrimiento de la doble hélice del DNA y como ello supuso un antes y un después en la historia de la humanidad. Entre ellos destacamos al propio James Watson y al gran artista Salvador Dalí.
No fue hasta 1962 cuando los tres grandes implicados en el descubrimiento de la estructura del DNA recibieron el premio Nobel por su aportación a la ciencia.
Pero, qué pasó con Rosalin Franklin? Por qué ella no recibió el Nobel? Qué ha llevado a esta mujer a pasar casi desapercibida en el relato de esta historia y por qué se la conoce como la dama oscura del DNA? Todo ello es causado a la renuncia de Franklin poco antes de la captura de la imagen 51 y del descubrimiento de la doble hélice del DNA. Esto sumado a su prematura muerta a causa de las radiaciones con las que trabajaba durante sus experimentos hicieron que en 1962 Rosalin ya hubiera muerto y por lo tanto siempre nos quedará la duda de que habría pasado si hubiera estado viva. Teniendo en cuenta que un Nobel de una categoría como mucho se entrega a tres personas. Habría formado Franklin parte de ese trio? Se habría apartado Wilkins, con la mala relación que tenían ambos, apartándose para no formar parte del reconocimiento? ...