La importancia de las moléculas de ADN

El ADN es una de las pocas combinaciones de letras en el núcleo de una disciplina científica que parece provocar una 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" reconocen inmediatamente que un rasgo en particular es inseparable de la persona que se describe; que la característica es de alguna manera innata, nunca desaparece y es capaz de ser transferida a los hijos de esa persona y más allá. Esto parece ser cierto incluso en las mentes de aquellos que no tienen idea de lo que significa "ADN", que es "ácido desoxirribonucleico".

Es comprensible que los humanos estén fascinados con el concepto de heredar los rasgos de sus padres y transmitir sus propios rasgos a su descendencia. 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 apariencia e incluso el comportamiento de los niños de las personas seguramente ha estado presente durante muchos cientos de años. Pero no fue hasta mediados del siglo XX cuando la ciencia moderna reveló con glorioso detalle no solo cuáles eran las moléculas responsables de la herencia, sino también cómo eran.

El ácido desoxirribonucleico es de hecho el modelo genético que todos los seres vivos mantienen en sus células, una huella digital microscópica única que no solo hace que cada humano un individuo literalmente único (gemelos idénticos excepto para los propósitos presentes) pero revela una gran cantidad de información vital sobre cada persona, desde la probabilidad de estar relacionado con otra persona específica a las posibilidades de desarrollar una enfermedad determinada más adelante en la vida o de transmitir dicha enfermedad al futuro generaciones. 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.

A James Watson y Francis Crick (y con menos frecuencia a Rosalind Franklin y Maurice Wilkins) se les atribuye ampliamente el descubrimiento del ADN en 1953. Esta percepción, sin embargo, es errónea. Críticamente, estos investigadores de hecho establecieron que el ADN existe en forma tridimensional en la forma de un doble hélice, que es esencialmente una escalera retorcida en diferentes direcciones en ambos extremos para crear una espiral forma. Pero estos científicos decididos y a menudo célebres estaban "sólo" construyendo sobre el arduo trabajo de los biólogos que trabajaron arduamente 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 investigación posterior a la Segunda Guerra Mundial. era.

En 1869, 100 años antes de que los humanos viajaran a la luna, un químico suizo llamado Friedrich Miescher trató de extraer los componentes proteicos de los leucocitos (glóbulos blancos) para determinar su composición y función. Lo que en su lugar extrajo lo llamó "nucleína", y aunque carecía de los instrumentos necesarios para aprender lo que serían los futuros bioquímicos. capaz de aprender, discernió rápidamente que esta "nucleína" estaba relacionada con las proteínas, pero no era en sí misma proteína, que contenía una inusual cantidad de fósforo, y que esta sustancia era resistente a ser degradada por los mismos factores químicos y físicos que degradaron 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 base parte; que el azúcar era ribosa; y que las diferencias entre nucleótidos se debían a las diferencias entre sus bases. Su modelo de "polinucleótidos" tenía algunos defectos, pero según los estándares del día, estaba notablemente en el 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. Siguiendo 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 especies de organismos, al contrario de lo que Levene había propuesto; y dos, que en cualquier organismo, la cantidad total de bases nitrogenadas adenina (A) y guanina (G) combinada, independientemente de la especie, era 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 luego ayudó a reforzar la conclusión alcanzada por otros.

Finalmente, en 1953, Watson y sus colegas, beneficiándose de la rápida mejora de las formas de visualizar estructuras químicas tridimensionales, pusieron todos los estos hallazgos juntos y utilizaron modelos de cartón para establecer que una doble hélice encajaba con todo lo que se sabía sobre el ADN de una manera que nada más podría.

El ADN fue identificado como el material hereditario en los seres vivos mucho antes de que se aclarara su estructura, y como A menudo el caso de la ciencia experimental, este descubrimiento vital fue en realidad incidental a los principales investigadores propósito.
Antes de que surgiera la terapia con antibióticos a fines de la década de 1930, las enfermedades infecciosas se cobraban muchas más vidas humanas de las que tenían. hacer hoy, y desentrañar los misterios de los organismos responsables era un objetivo crítico en la investigación microbiológica. En 1913, el antes mencionado Oswald Avery comenzó a trabajar que finalmente reveló un alto contenido de polisacárido (azúcar) contenido en cápsulas de especies bacterianas neumocócicas, que habían sido aisladas de neumonía pacientes. 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 enfermedad causante El neumococo podría mezclarse con los componentes vivos de un neumococo inofensivo y producir una forma patógena del anteriormente tipo inofensivo; esto demostró que todo lo que se movía de las bacterias muertas a las vivas era hereditario.

Cuando Avery se enteró de los resultados de Griffith, se dispuso a realizar experimentos de purificación en un esfuerzo por aislar el material preciso en los neumococos que era hereditario y se concentraba en los ácidos nucleicos, o más específicamente, nucleótidos. Ya se sospechaba fuertemente que el ADN tenía lo que entonces se llamaba popularmente "transformando principios ", por lo que Avery y otros probaron esta hipótesis al exponer el material hereditario a un variedad de agentes. Aquellos que se sabe que son destructivos para la integridad del ADN pero inofensivos para las proteínas o el ADN, llamados ADNasas, fueron suficiente en grandes cantidades para prevenir la transmisión de rasgos de una generación bacteriana a la Siguiente. Mientras tanto, las proteasas, que desenredan las proteínas, no causaron tal daño.

El mensaje para llevar a casa del trabajo de Avery y Griffith es que, nuevamente, mientras que personas como Watson y Crick han sido elogiadas con razón por sus contribuciones Para la genética molecular, establecer la estructura del ADN fue en realidad una contribución bastante tardía al proceso de aprendizaje de esta espectacular molécula.

Chargaff, aunque obviamente no describió la estructura del ADN en su totalidad, mostró que, en Además de (A + G) = (C + T), las dos hebras que se sabe que están incluidas en el ADN estaban siempre a la misma distancia aparte. Esto llevó al postulado de que purinas (incluyendo A y G) siempre unido 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 hebras de ADN. dos pirimidinas, y también que cualquier combinación de purina-pirimidina consumiría la misma cantidad de espacio. Poner toda esta información requería que A se vincule a, y solo a, T y que la misma relación sea válida para C y G si este modelo tiene éxito. Y tiene.

Las bases (más sobre esto más adelante) se unen entre sí en el interior de la molécula de ADN, como los peldaños de una escalera. Pero, ¿qué pasa con las hebras, 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 el 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 al nivel de su nucleótidos. Esto les permitió predecir el radio aproximado de la forma retorcida de ADN con un sólido grado 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 que encajó en su lugar, en 1953.

Los nucleótidos son las subunidades repetidas del ADN, que es lo contrario de decir que el ADN es un polímero de nucleótidos. Cada nucleótido consta de un azúcar llamado desoxirribosa que contiene una estructura de anillo pentagonal con una molécula de oxígeno y cuatro 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 hebras se retuercen alrededor de las bases pesadas en nitrógeno unidas 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) se diferencia del ADN en tres aspectos clave: uno, el uracilo de pirimidina sustituye a la timina. Dos, el azúcar pentosa es ribosa en lugar de desoxirribosa. Y tres, el ARN casi siempre es monocatenario y se presenta en múltiples formas, cuya discusión está más allá del alcance de este artículo.

El ADN se "descomprime" en sus dos hebras complementarias cuando llega el momento de realizar las copias. Mientras esto sucede, se forman hebras hijas a lo largo de las hebras monoparentales. Una de esas hebras hijas se forma continuamente mediante la adición de nucleótidos simples, bajo la acción de la enzima. ADN polimerasa. Esta síntesis simplemente sigue la dirección de la separación de las cadenas de ADN parentales. 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 apertura de las hebras parentales, y luego se unen mediante la enzima ADN ligasa.

Debido a que las dos hebras hijas también son complementarias entre sí, sus bases eventualmente se unen para formar una molécula de ADN de doble hebra idéntica a la principal.

En las bacterias, que son unicelulares y se llaman procariotas, una sola copia del ADN de la bacteria (también llamada 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, enrolladas y condensadas espacialmente de apenas millonésimas de metro de largo, y proteínas llamada histonas. En el examen microscópico, las partes del cromosoma que muestran "carretes" de histonas alternas y simples hebras de ADN (llamadas cromatina en este nivel de organización) a menudo se comparan con perlas en un cuerda. Algo de ADN eucariota también se encuentra en orgánulos de células llamados mitocondrias.