Hace exactamente 65 años, los científicos británicos James Watson y Francis Crick publicaron un artículo sobre cómo descifrar la estructura del ADN, sentando las bases de una nueva ciencia: la biología molecular. Este descubrimiento ha cambiado mucho en la vida de la humanidad. RIA Novosti habla sobre las propiedades de la molécula de ADN y por qué es tan importante.
En la segunda mitad del siglo XIX, la biología era una ciencia muy joven. Los científicos apenas estaban comenzando a estudiar la célula y el concepto de herencia, aunque ya fue formulado por Gregor Mendel, no recibió un amplio reconocimiento.
En la primavera de 1868, un joven médico suizo, Friedrich Miescher, llegó a la Universidad de Tübingen (Alemania) para realizar un trabajo científico. Tenía la intención de averiguar de qué sustancias consta la célula. Para los experimentos, elegí leucocitos, que son fáciles de obtener del pus.
Al separar el núcleo del protoplasma, las proteínas y las grasas, Miescher descubrió un compuesto con un alto contenido de fósforo. Llamó a esta molécula nucleína ("núcleo" en latín es el núcleo).
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Este compuesto presentaba propiedades ácidas, por lo que se acuñó el término "ácido nucleico". Su prefijo desoxirribo significa que la molécula contiene grupos H y azúcares. Luego resultó que en realidad era sal, pero el nombre no se cambió.
A principios del siglo XX, los científicos ya sabían que una nucleína es un polímero (es decir, una molécula flexible muy larga de unidades repetidas), las unidades están compuestas por cuatro bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina y citosina) y la nucleína está contenida en cromosomas, estructuras compactas que surgen en células en división. Su capacidad para transmitir rasgos hereditarios fue demostrada por el genetista estadounidense Thomas Morgan en experimentos con moscas de la fruta.
Estructura del ADN.
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El modelo que explicó los genes
Pero lo que hace el ácido desoxirribonucleico, o ADN para abreviar, en el núcleo celular, no se entendió durante mucho tiempo. Se pensaba que desempeñaba algún tipo de función estructural en los cromosomas. Las unidades de la herencia, los genes, se atribuyeron a la naturaleza proteica. El gran avance fue realizado por el investigador estadounidense Oswald Avery, quien demostró experimentalmente que el material genético se transmite de bacteria a bacteria a través del ADN.
Quedó claro que era necesario estudiar el ADN. ¿Pero cómo? En ese momento, solo los rayos X estaban disponibles para los científicos. Para hacer brillar las moléculas biológicas a través de ellos, tuvieron que cristalizar, y esto es difícil. El descifrado de la estructura de las moléculas de proteínas mediante patrones de difracción de rayos X se llevó a cabo en el Laboratorio Cavendish (Cambridge, Reino Unido). Los jóvenes investigadores James Watson y Francis Crick que trabajaron allí no tenían sus propios datos experimentales sobre el ADN, por lo que utilizaron las radiografías de colegas del King's College Maurice Wilkins y Rosalind Franklin.
Watson y Crick propusieron un modelo de la estructura del ADN que coincide exactamente con los patrones de difracción de rayos X: dos hebras paralelas se retuercen en una hélice a la derecha. Cada cadena está doblada por un conjunto arbitrario de bases nitrogenadas ensartadas en la columna vertebral de sus azúcares y fosfatos, y mantenidas juntas por enlaces de hidrógeno estirados entre las bases. Además, la adenina se combina solo con timina y guanina, con citosina. Esta regla se llama principio de complementariedad.
El modelo de Watson y Crick explicó las cuatro funciones principales del ADN: la replicación del material genético, su especificidad, el almacenamiento de información en una molécula y su capacidad para mutar.
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Los científicos publicaron su descubrimiento en la revista Nature el 25 de abril de 1953. Diez años más tarde, él y Maurice Wilkins recibieron el Premio Nobel de Biología (Rosalind Franklin murió en 1958 de cáncer a la edad de 37 años).
“Ahora, más de medio siglo después, podemos afirmar que el descubrimiento de la estructura del ADN jugó el mismo papel en el desarrollo de la biología que el descubrimiento del núcleo atómico en física. La elucidación de la estructura del átomo condujo al nacimiento de una nueva física cuántica, y el descubrimiento de la estructura del ADN condujo al nacimiento de una nueva biología molecular”, escribe Maxim Frank-Kamenetsky, un destacado genetista, investigador del ADN, autor del libro La molécula más importante.
Codigo genetico
Ahora quedaba por averiguar cómo funciona esta molécula. Se sabía que el ADN contiene instrucciones para la síntesis de proteínas celulares que hacen todo el trabajo en la célula. Las proteínas son polímeros formados por conjuntos repetidos (secuencias) de aminoácidos. Además, solo hay veinte aminoácidos. Las especies animales se diferencian entre sí en el conjunto de proteínas de las células, es decir, en diferentes secuencias de aminoácidos. La genética argumentó que estas secuencias están dadas por genes, que luego se creía que eran los primeros componentes básicos de la vida. Pero nadie sabía exactamente qué eran los genes.
El autor de la teoría del Big Bang, el físico Georgy Gamov, empleado de la Universidad George Washington (EE. UU.), Lo dejó claro. Basado en el modelo de la hélice de ADN de doble hebra de Watson y Crick, sugirió que un gen es un fragmento de ADN, es decir, una determinada secuencia de enlaces: nucleótidos. Dado que cada nucleótido es una de las cuatro bases nitrogenadas, solo necesita averiguar cómo los cuatro elementos codifican veinte. Esta fue la idea detrás del código genético.
A principios de la década de 1960, se estableció que las proteínas se sintetizan a partir de aminoácidos en los ribosomas, una especie de "fábricas" dentro de la célula. Para iniciar la síntesis de proteínas, una enzima se acerca al ADN, reconoce un sitio específico al comienzo del gen, sintetiza una copia del gen en forma de un ARN pequeño (se llama plantilla) y luego se cultiva una proteína a partir de aminoácidos en el ribosoma.
También descubrieron que el código genético es de tres letras. Esto significa que tres nucleótidos corresponden a un aminoácido. La unidad del código se llamó codón. En el ribosoma, la información del ARNm se lee codón por codón, secuencialmente. Y cada uno de ellos corresponde a varios aminoácidos. ¿Qué aspecto tiene el cifrado?
Marshall Nirenberg y Heinrich Mattei de EE. UU. Respondieron a esta pregunta. En 1961, presentaron sus resultados por primera vez en un congreso de bioquímica en Moscú. Para 1967, el código genético se había descodificado por completo. Resultó ser universal para todas las células de todos los organismos, lo que tuvo consecuencias de gran alcance para la ciencia.
El descubrimiento de la estructura del ADN y el código genético ha reorientado completamente la investigación biológica. El hecho de que cada individuo tenga una secuencia de ADN única ha cambiado fundamentalmente la ciencia forense. Descifrar el genoma humano ha proporcionado a los antropólogos un método completamente nuevo para estudiar la evolución de nuestra especie. El editor de ADN recientemente inventado CRISPR-Cas ha hecho avanzar mucho la ingeniería genética. Al parecer, esta molécula almacena la solución a los problemas más acuciantes de la humanidad: cáncer, enfermedades genéticas, envejecimiento.
Tatiana Pichugina
