Descubrimiento del ADNPor: Prof. Marielba Velandia

Antecedentes históricos y ADN

Cada especie tiene sus propias características y cada generación se asemeja a sus antepasados biológicos; es decir, los descendientes reciben de sus progenitores ciertos caracteres que aparecen frecuentemente en generaciones sucesivas.

Este fenómeno biológico mediante el cual se transmiten los caracteres de padres a hijos recibe el nombre de HERENCIA.

Siglo XIXEl zoólogo francés Jean Baptiste Lamark

pensaba que la vida animal y vegetal sufría nuevas influencias con los cambios de las áreas geográficas y climáticas del mundo

Estas a su vez desencadenaban nuevas necesidades y como consecuencia, surgían nuevas estructuras , llamadas características adquiridas que se podían transmitir a generaciones sucesivas.

Los resultados de dicha herencia se habrían acumulado de generación a generación.

Fines del siglo XIXCharles Darwin, Ernst Haeckel (alemán), Hugo

De Vries (holandés) y August Weismann (biólogo alemán), desarrollaron teorías sobre la herencia.

La razón es que la Teoría de Selección Natural de Charles Darwin (1859), carecía de un concepto viable de herencia.

MendelEl redescubrimiento en 1900 de los escritos de

Mendel del año 1866 sobre los patrones de la herencia en la planta del guisante, supuso una fuente importante de conceptos nuevos sobre la herencia.

1er. Ley: en la formación de células germinales, los dos factores (alelos) para cualquier característica, están siempre separados y van a diferentes óvulos o espermatozoides.

2ª. Ley: Los factores paternos y maternos se separan de forma independiente.

Teoría CromosómicaWalter Sutton estableció que aunque los óvulos y

espermatozoides son diferentes, realizan contribuciones genéticas idénticas al nuevo individuo que formarán.

Los genes (o factores mendelianos) deben estar ubicados en el mismo lugar en ambos tipos de gametos.

Thomas Hunt MorganMorgan y su grupo propusieron que los factores

mendelianos se disponen en forma lineal sobre los cromosomas, estableciéndose la realidad física de los genes como partículas distintas.

1914

R. Feulgen, bioquímico, descubrió en el núcleo de las células animales, un ácido nucleico. Este ácido, llamado desoxirribonucleico (ADN), se encontró que también se encontraba en las células vegetales.

Otro tipo de ácido, el ribonucleico (ARN),también se identificó en el núcleo y el citoplasma de todas las células.

Experimentos de GrifithFrederick Griffith empezó en 1910 a realizar

experimentos con bacterias. Trataba de encontrar una vacuna contra la neumonía, en 1920, cuando encontró un fenómeno transformante en neumococos, el cual alteraba las características hereditarias.

Estudió dos tipos de bacterias, un tipo R, rodeado por una envoltura rugosa, no capsulada. Esta cepa no era virulenta

Un tipo S, capsulado, era virulenta, y producía la enfermedad

Tipos de neumococos

Colonias R no virulentas

Colonias S virulentas

Tipos de Colonias

Griffith observó que si inyectaba a los ratones con neumococos de tipo RII (avirulentos) a las 24 horas seguían vivos

Mientras que si los inyectaba con neumococos SIII (virulentos) a las 24 horas los ratones morían

Entonces decidió calentar los neumococos SIII (virulentos) para destruirlos y posteriormente inyectarlos a los ratones, encontrando que los ratones seguían vivos después de 24 horas

Por consiguiente el calor, destruía el poder infectivo de los neumococos SIII. Por último, inyectó a los ratones una mezcla de neumococos RII vivos (no virulentos) y de SIII (virulentos) previamente muertos por calor, encontrado que los ratones morían a las 24 horas y extrayendo de su sangre neumococos SIII vivos

Conclusiones de Griffith:Puesto que los neumococos RII (avirulentos) nunca

mutan a SIII (virulentos), en el último experimento se demuestra la existencia de una sustancia presente en los extractos de neumococos SIII muertos por calor que es capaz de transformar a los neumocos RII vivos en SIII vivos, dicha sustancia fue denominada por Griffith el Principio Transformante.

Estudios posteriores pusieron de manifiesto que la transformación de neumocos RII en SIII se podía realizar en tubo de ensayo sin necesidad de utilizar ratones en el experimento. Es decir, se puede mezclar en el mismo medio de cultivo líquido neumocos RII vivos con neumococos SIII previamente muertos por calor y obtener neumococos SIII vivos y virulentos.

AveryOswald T. Avery, junto con sus colegas Colin Mc

Leod y McCarty, realizaron una serie de experimentos para demostrar que el ADN era el agente transformador responsable de la transferencia de la información genética en las bacterias de neumonía, ya que hasta entonces, los bioquímicos creían que el agente transformante era una proteína.

ExperimentosAvery, McLeod y McCarthy mediante analísis

químicos, enzimáticos y serológicos y utilizando técnicas de electroforesis, ultracentrifugación y espectroscopía aislaron a partir de los extractos de neumococos SIII (virulentos) muertos por calor cinco fracciones distintas con el mayor grado de pureza posible en la época. Estas cinco fracciones diferentes fueron una correspondiente a Polisacáridos, otra de Lípidos, una de Proteínas, otra de ARN y otra de ADN.

Con cada una de estas fracciones procedentes de SIII muertos por calor, intentaron transformar las células RII vivas en SIII. Comprobaron que ninguna de las fracciones era capaz de transformar los neumococos RII en SIII, excepto la fracción químicamente pura que contenía ADN (ácido desoxirribonucleico).

Esquema de los resultados de Avery, McLeod y McCarthy (1944) 

Conclusiones de Avery, McLeod y McCarthy:Teniendo en cuenta que la única fracción

químicamente pura de los neumococos SIII muertos por calor que puede transformar los neumococos RII en SIII es el ADN, el Principio Transformante detectado por Griffith debe ser el ADN. Por tanto, la molécula responsable de convertir los neumococos no virulentos en virulentos es el ADN y, por consiguiente, en él debe residir la información genética.

La primera demostración de que el ADN es el material hereditario se debe, por tanto, a Avery, McLeod y McCarthy en 1944, pero la comunidad científica, en ese momento, no estaba preparada para aceptar sus resultados, ya que pensaban que el ADN era una molécula monótona que consistía en la repetición de un tetranucleótido y que no podía ser la molécula que almacenaba la información genética ya que no disponía de la variabilidad suficiente. Sin embargo, las proteínas eran muy variables y sí eran consideradas como candidatos a ser el material hereditario.

¿Cuál es la estructura del ADN?La comunidad biológica sabía

que quien identificara la estructura del ADN recibiría el Premio Nobel y pasaría a la historia.

•Por tanto los investigadores se enfrascaron en una carrera para lograr ese descubrimiento. La historia del descubrimiento del ADN se asemeja a una de misterio, en que cada pista se une a la trama, hasta que finalmente, se revela el maravilloso diseño del ADN: una doble hélice.

Datos de los nucleótidosEl advenimiento de nuevas técnicas químicas a

partir de 1940, hizo posible que Erwin Chargaff analizara con detalles el contenido de bases del ADN. Se sabía que el ácido contenía 4 tipos

distintos de nucleótidos.

Dos son bases purinas, de doble anillo:

Adenina (A) y

Guanina (G)

Purinas

PirimidinasLos otros dos son bases pirimidinas: la Timina (T) y

Citosina (C), de un solo anillo.

ChargaffEste investigador obtuvo dos conclusiones de sus

estudios, llamadas Reglas de Chargaff:

Las cantidades de A, T, G y C varían de una especie a otra.

En cada especie, la cantidad de A= T y la cantidad de G=C.

La proporción de A+G= 50% y T+C= 50%

Emparejamiento Los datos de Chargaff

hacen suponer que Adenina siempre se empareja con Timina y Guanina lo hace invariablemente con Citosina. Los pares de bases ocurren en cualquier orden.

VariabilidadLa variabilidad que puede obtenerse es infinita. Se

ha calculado que un cromosoma humano contiene en promedio 140 millones de pares de bases. Puesto que cualquiera de los 4 nucleótidos puede estar presente en cada posición de nucleótido, el número total de posibles secuencias de nucleótidos es de 4 140x106 = 4 140.000.000.

¡No es sorprendente que cada especie tenga sus propios pares de bases !

Más datos…Rosalind Franklin, quien estudiaba

En el King´s College de Londres, in-

vestigó la estructura del ADN con rayos X.Observó que el ADN en ciertas condiciones podía separarse en fibras, semejantes a un cristal. Mediante un estudio con rayos X, obtuvo una imagen que demostró que el ADN tiene forma de hélice.

La hélice de ADN

La forma helicoidal está indicada por los trazos en forma de X del centro de la fotografía. Las porciones oscuras en los extremos superior e inferior indican que una porción de la hélice se repite.

Watson y Crick

James Watson y el biofísico Francis Crick, basándose en los datos anteriores, elaboraron un modelo de ADN que los hizo acreedores al Premio Nobel en 1962.

El ModeloEl modelo muestra que el ADN es una doble hélice

con esqueleto de azúcar-fosfato por fuera y pares de bases por dentro.

Adenina está unida con Timina por enlaces de hidrógeno y Guanina lo está de igual manera con Citosina. Este pareo de bases complementarias significa que una purina se enlaza siempre con una pirimidina. Sólo de este modo la molécula tiene la anchura de 2 nm que indica la difracción de rayos X.

Doble hélice

Watson y CrickEl modelo de Ácido

desoxirribonucleico, propuesto por Watson y Crick en 1953, supuso una contribución muy importante al establecimiento de las principales características genéticas, bioquímicas y estructurales del material hereditario.

Toda una vida dedicada a la ciencia

Replicación del ADNEn el próximo tema

estudiaremos el mecanismo por el cual la molécula de ADN se reproduce y transmite la información genética a los descendientes.

FIN