El motivo del descubrimiento del ADN
En 1953, la gente descubrió cómo la información genética se transmite de generación en generación, lo cual es una historia legendaria de la ciencia del siglo XX. Creo que ese momento dramático fue en el otoño de 1951, cuando James Watson era todavía un joven de unos 20 años. Llegó a Cambridge y colaboró con Francis Crick, de 35 años, en un intento de explicar la estructura del ácido desoxirribonucleico (abreviado). como ADN). El ADN es un ácido nucleico, es decir, el ácido del núcleo de las células. En la década anterior quedó claro que los ácidos nucleicos transportan información química genética que se transmite de generación en generación. En los laboratorios de la Universidad de Cambridge y en lugares tan lejanos como California, los exploradores se enfrentaron a dos problemas. ¿Cuáles son las propiedades químicas del ADN? ¿Cuál es la forma estructural del ADN?
¿Cuáles son las propiedades químicas del ADN? Es decir, ¿qué constituye las partes del ADN? ¿Qué es lo que hace que el ADN tome diferentes formas? Esto ya estaba claro para la gente en aquel momento. Aparentemente, el ADN está formado por azúcares y fosfatos (que deberían estar presentes en él por razones estructurales) y cuatro moléculas o bases únicas. Entre ellas, la timina y la citosina son dos moléculas muy pequeñas, en el interior de cada una de ellas se encuentran dispuestos en forma hexagonal átomos de carbono, átomos de nitrógeno, átomos de hidrógeno y átomos de oxígeno. Entre ellas, la guanina y la adenina son moléculas más grandes. En su interior, los átomos están dispuestos en un hexágono y un pentágono, y los dos están conectados entre sí. En los estudios estructurales, generalmente solo se usa un hexágono para representar cada base más pequeña, y se usan gráficos grandes para representar bases más grandes. Preste atención a sus formas en lugar de átomos individuales.
¿Cuál es la forma estructural del ADN? En otras palabras, ¿cómo están dispuestas las bases que permiten al ADN expresar mucha información genética diferente? Un edificio no es un montón de piedras, ni una molécula de ADN es un montón de bases. ¿Qué crea la estructura y función del ADN? En aquel momento la gente ya lo tenía muy claro. La molécula de ADN es una larga cadena de algún tipo de organismo cristalino que es bastante estable. Probablemente parezca una espiral. ¿Cuántas cadenas en espiral hay en paralelo? ¿Es uno, dos, tres o cuatro? Con respecto a este tema, hay dos bandos principales con opiniones diferentes: un bando defiende la visión de la cadena de doble hélice y el otro defiende la visión de la cadena de triple hélice. A finales de 1952, Linus Pauling, el gran genio de la química estructural, propuso en California un modelo de triple hélice. Pensó que las cadenas principales de azúcar y fosfato se agrupaban hacia el centro de la hélice, mientras que las bases se extendían en todas direcciones. En febrero de 1953, el artículo de Pauling fue enviado a Cambridge. A los ojos de Crick y Watson, era evidente que algo andaba mal en su experimento desde el principio.
Quizás simplemente buscando consuelo, o quizás por egoísmo y obstinación, James Watson inmediatamente decidió que debía explorar el modelo de doble hélice. Después de visitar Londres, volví en bicicleta a la universidad. Al entrar al patio por la puerta trasera, ya había decidido construir un modelo de doble hélice. Sin duda, Francisco estaría de acuerdo. Aunque era físico, también sabía que los organismos importantes vienen en pares. No solo eso, él y Crick comenzaron a buscar una estructura con el tronco principal extendiéndose hacia el borde. Esta estructura es como una escalera de caracol, con azúcar y ácido fosfórico actuando como dos pasamanos de la escalera, sosteniendo ambos lados. Se devanaron los sesos y se esforzaron al intentar utilizar la forma del ADN recortado para ver cómo estaban dispuestas las bases como escaleras en el modelo. Después de un error precipitado, el problema de repente se vuelve evidente.
Levanté la vista, sin mirar a Francis, y comencé a mover y girar las distintas bases que podrían coincidir en parejas. De repente, me di cuenta de que el par adenina-timina, que está formado por dos enlaces de hidrógeno, tiene la misma forma que el par pájaro-citosina.
Eso sí: en cada nivel, debe haber una base pequeña y una base grande. Pero no se trata sólo de las grandes bases. La timina debe combinarse con adenina. Si hay citosina presente, debe combinarse con guanina.
Las bases funcionan por parejas y se determinan entre sí.
El modelo de la molécula de ADN es una escalera de caracol. Es una escalera de caracol del lado derecho, con cada peldaño del mismo tamaño, la misma distancia entre los peldaños y curvada en el mismo ángulo: 36 grados por cada dos escalones. Además, si la citosina está en un extremo de un peldaño, la guanina está en el otro extremo; lo mismo ocurre con otros pares de bases. Esto significa que cada mitad de la hélice lleva información genética completa, por lo que la otra mitad es, en cierto sentido, redundante.
Utilicemos un ordenador electrónico para modelar esta molécula. En la imagen que se muestra, se trata de un par de bases; la línea discontinua que conecta los dos extremos es el enlace de hidrógeno que une las dos bases.
Lo colocaremos en posición vertical y lo apilaremos de esta manera. Ahora, vamos a superponer esta base en la esquina inferior izquierda de la imagen de la computadora y vamos a construir toda la estructura molecular del ADN, literalmente nivel por nivel.
Ahora viene el segundo par de bases; puede ser igual al primer par, o puede ser de otro tipo, en cualquier caso se debe girar. Lo superponemos encima del primer par y lo giramos 36 grados. Luego el tercer par de bases, y hacemos eso, y así sucesivamente.
Estos pasos son un código que explica paso a paso cómo las células fabrican las proteínas necesarias para la vida. Se puede ver que los genes se están formando ante nuestros ojos, con dos pasamanos de azúcar y fosfato colgados a los lados de la escalera de caracol. Esta estructura molecular del ADN en espiral es un gen, un gen en acción, y estos peldaños son sus pasos de acción.
El 2 de abril de 1953, James Watson y Francis Crick enviaron un artículo a la revista "Nature", aclarando el trabajo que llevaban un año y medio trabajando sobre la estructura del ADN. Según Jacques Monod, que trabaja en el Instituto Pasteur de París y en el Instituto Salk de California:
El ADN es el factor fundamental y constante de los seres vivos. Esta es la razón por la que la definición de Mendel de los genes como portadores eternos de rasgos heredados, la identificación química de Avery (confirmada por Hershey) y la aclaración de Watson y Crick de la verdadera duplicación de la base estructural de la función explican sin duda los descubrimientos más importantes realizados en el campo de la biología. A esto hay que añadir, por supuesto, la teoría de la selección natural, cuya certeza y pleno significado sólo han sido confirmados por estos descubrimientos.
Este modelo de estructura del ADN aparentemente ayuda a explicar el proceso de replicación que era crucial para la vida incluso antes de que surgiera el sexo. Cuando una célula se divide, esta doble hélice se separa. Cada base está unida a otro miembro del par al que pertenece. Por eso hay una parte extra en la doble hélice: debido a que cada mitad de la hélice lleva información o instrucciones completas, cuando una célula se divide, se copia un gen idéntico. Aquí, el número mágico "dos" se convierte en un medio para transmitir la identidad de las células cuando se dividen.
La hélice del ADN no es un monumento. Es una instrucción, una sustancia viva y en movimiento, que explica cómo las células realizan paso a paso el proceso de la vida. La vida sigue un horario determinado, y los escalones de la hélice del ADN codifican este horario en un código y envían señales de acuerdo con los procedimientos que deben seguirse. La maquinaria celular interpreta secuencialmente los códigos de estos peldaños, uno tras otro. Tres pasos consecutivos actúan como una señal que indica a la célula que produzca un aminoácido. Una vez formados todos los aminoácidos, se organizan en la célula y se combinan en proteínas. Estas proteínas son la fuerza impulsora y los componentes básicos de la vida en las células.
A excepción de los espermatozoides y los óvulos, cada célula de un organismo tiene todo el potencial para crear el organismo completo. Los espermatozoides y los óvulos están incompletos; son esencialmente la mitad de una célula: cada uno lleva la mitad del número total de genes. Cuando el óvulo es fertilizado, tal como predijo Mendel, los genes se juntan en pares y se vuelve a ensamblar todo el conjunto de instrucciones.
Como resultado, este óvulo fertilizado se convierte en una célula completa y se convierte en un modelo para cada célula del organismo. Debido a que cada célula se forma a partir de la división de un óvulo fertilizado, son genéticamente idénticas a él. Al igual que el embrión de un polluelo, el animal conserva durante toda su vida lo heredado del óvulo fecundado.
A medida que el embrión se desarrolla y crece, sus células también sufren diferentes cambios. A lo largo de la línea primitiva, el sistema nervioso comienza a emerger y las células a ambos lados de la línea primitiva formarán la columna vertebral. Las células están especializadas: se dividen en células nerviosas, células musculares, células del tejido conectivo (ligamentos y tendones), células sanguíneas y vasos sanguíneos. Las células están especializadas porque reciben instrucciones del ADN para producir diversas proteínas, y estas proteínas se adaptan a las funciones de células específicas en lugar de a todas las células. Así es como funciona el ADN.