EL MODELO DE WATSON Y CRICK

EL MODELO DE WATSON Y CRICK

James Watson y Francis Crick se dedicaron a examinar y constrastar todos los datos existentes acerca del ADN, y a unificarlos en una síntesis significativa.

En el momento en que Watson y Crick comenzaron sus estudios, ya había un cúmulo de abundante información.e sabía que la molécula de ADN era muy grande, también muy larga y delgada, y que estaba compuesta de nucleótidos que contenían las bases nitrogenadas adenina, guanina, timina y citosina.

Los físicos Maurice Wilkins y Rosalind Franklin habían aplicado la técnica de difracción de rayos X al estudio del ADN. Las fotografías obtenidas mostraban patrones que casi con certeza reflejaban los giros de una hélice gigante.

También fueron cruciales los datos que indicaban que, dentro del error experimental, la cantidad de adenina (A) es igual que la de timina (T) y que la de guanina (G) es igual que la de citosina (C): A=T y G=C.

A partir de estos datos, algunos de ellos contradictorios, Watson y Crick intentaron construir un modelo de ADN que concordara con los hechos conocidos y explicara su papel biológico. Para llevar la gran cantidad de información genética, las moléculas debían ser heterogéneas y variadas.

Reuniendo los diferentes datos, los dos científicos fueron capaces de deducir que el ADN es una doble hélice, entrelazada y sumamente larga.

Si se tomase una escalera y se la torciera para formar una hélice, manteniendo los peldaños perpendiculares, se tendría un modelo grosero de la molécula de ADN. Los dos parantes o lados de la escalera están constituidos por moléculas de azúcar y fosfato alternadas. Los peldaños perpendiculares de la escalera están formados por las bases nitrogenadas adenina, timina, guanina y citosina. Cada peldaño está formado por dos bases, y cada base está unida covalentemente a una unidad azúcar-fosfato. En la doble hélice, las bases enfrentadas se aparean y permanecen unidas por puentes de hidrógeno, esos puentes relativamente débiles que Pauling había encontrado en sus estudios sobre la estructura de las proteínas. De acuerdo con las mediciones efectuadas mediante rayos X, las bases apareadas (los peldaños de la escalera) debían ser siempre combinaciones de una purina con una pirimidina.

Cuando Watson y Crick analizaron los datos, armaron modelos reales de las moléculas usando alambre y hojalata, ensayando dónde podía encajar cada pieza en el rompecabezas tridimensional. A medida que trabajaban con los modelos, advirtieron que los nucleótidos situados en cualquiera de las cadenas de la doble hélice podían acoplarse en cualquier orden o secuencia. Dado que una molécula de ADN puede tener miles de nucleótidos de largo, es posible obtener una gran variedad de secuencias de bases diferentes, y la variedad es uno de los requisitos primarios del material genético.

El descubrimiento de la estructura del ADN involucró más nombres que los de James Watson y Francis Crick. El estadounidense Linus Pauling estaba trabajando sobre ello, y Maurice Wilkins y Rosalind Franklin habían captado imágenes de rayos X de la molécula. Fueron estas imágenes las que abrieron paso al descubrimiento de la molécula, pues Wilkins se las mostró a Watson iluminando la mente del investigador.

Por ese entonces se sabía que la composición química de la molécula estaba conformada de bases de cuatro clases: timina (T), guanina (G), citosina (C) y adenina (A), Las mismas estaban vinculadas por débiles enlaces de fosfato-azúcar, pero su estructura era desconocida. De hecho, la forma en la que se unían estas bases también era desconocida.

Al ver las fotografías de Wilkins, Watson observó que los patrones que se veían en cruz debían, tridimensionalmente, estar construidos en forma de doble hélice. Junto a Crick confeccionaron un modelo con metales, en el que la doble hélice de ADN se construía por pares de cuatro moléculas, y publicaron el mismo en Nature en 1953.

Las implicaciones de su trabajo fueron esenciales para el desarrollo posterior de la biología y la genética. El ADN, ya comprendido y modelado, podía integrarse al estudio del funcionamiento celular y al proceso de transmisión hereditaria.

En el interior de las células, el ADN se encuentra en los cromosomas, los cuales se duplican antes de que ocurra la división celular. La replicación del ADN ocurre a partir de la acción de enzimas, en un proceso complejo y estándar

El genoma es un concepto que se erige sobre la molécula de ADN. El genoma es la totalidad de la información genética que tiene un organismo, y el mismo es común (con pequeñas variaciones genéticas) para todos los miembros de una misma especie.

Volviendo a la obra de Watson y Crick, en el caso del primero su retiro de la actividad científica fue infeliz y muy controversial. Tras dar a entender con polémicas declaraciones que África era un continente genéticamente inferior, dimitió como presidente del Laboratorio Cold Spring Harbor, institución en la que junto a Crick realizaron su famoso descubrimiento, y retirándose definitivamente de la actividad científica.

En el caso de Crick, se retiró de la ciencia en 1995, y falleció en el año 2004 a los 88 años de edad por un agravado cáncer de colon.

Notaron también que la cadena tiene dirección: cada grupo fosfato está unido a un azúcar en la posición 5' -el quinto carbono en el anillo de azúcar- y al otro azúcar en la posición 3' -el tercer carbono en el anillo de azúcar-. Así, la cadena tiene un extremo 5' y un extremo 3'.

Sin embargo, el descubrimiento más excitante ocurrió cuando Watson y Crick comenzaron a construir la cadena complementaria. Encontraron otra restricción interesante e importante. No solamente las purinas no podrían aparearse con purinas, ni las pirimidinas con pirimidinas, sino que, a causa de las estructuras particulares de las bases, la adenina sólo podía aparearse con la timina, formando dos puentes de hidrógeno (A=T) y la guanina solamente con la citosina, formando tres puentes de hidrógeno (G=C). Las bases apareadas eran complementarias.

Las dos cadenas corren en direcciones opuestas, es decir, la dirección desde el extremo 5' al 3' de cada cadena es opuesta y se dice que las cadenas son antiparalelas. Aunque los nucleótidos dispuestos a lo largo de una cadena de la doble hélice pueden presentarse en cualquier orden, su secuencia determina el orden de los nucleótidos en la otra cadena. Esto es necesariamente así, porque las bases son complementarias (G con C y A con T).

LA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS

Una de las actividades más importantes de la célula es la síntesis de proteínas, moléculas que intervienen en la mayoría de las funciones celulares. El material hereditario conocido como ácido desoxirribonucleico (ADN), que se encuentra en el núcleo de la célula, contiene la información necesaria para dirigir la fabricación de proteínas.

La estructura y función de las proteínas

El término proteína se deriva de la palabra proteicos, que significa de primer orden, ya que son esenciales en la formación de estructuras celulares así como en el control de las funciones que esta realiza. Estas moléculas figuran entre los componentes más abundantes en la mayoría de los seres vivos; en los animales representan un 50% o un poco más de su peso seco, mientras que en los vegetales constituyen un poco menos de la mitad de su peso seco.

Los seres vivos utilizan a las proteínas como materia prima para su desarrollo y control de los procesos químicos propios del metabolismo. La ingestión adecuada de proteínas favorece, entre otras cosas, la formación de musculatura, dientes, pelo, uñas, sangre, la oxigenación de las células, transporte de desechos del metabolismo, etc.

Las instrucciones para la síntesis de las proteínas están codificadas en el ADN del núcleo. Sin embargo el ADN no actúa directamente, sino que transcribe su mensaje al ARNm que se encuentra en las células, una pequeña parte en el núcleo y, alrededor del 90% en el citoplasma. La síntesis de las proteínas ocurre como sigue:

• El ADN del núcleo transcribe el mensaje codificado al ARNm. Una banda del ADN origina una banda complementaria de ARNm.

El ARN mensajero formado sobre el ADN del núcleo, sale a través de los poros de la membrana nuclear y llega al citoplasma donde se adhiere a un ribosoma. Allí será leído y descifrado el código o mensaje codificado que trae del ADN del núcleo.

• El ARN de transferencia selecciona un aminoácido específico y lo transporta al sitio donde se encuentra el ARN mensajero. Allí engancha otros aminoácidos de acuerdo a la información codificada, y forma un polipéptido. Varias cadenas de polipéptidos se unen y constituyen las proteínas. El ARNt queda libre. Indudablemente que estos procesos de unión o combinación se hacen a través de los tripletes nucleótidos del ARN de transferencia y del ARN mensajero. Además los ribosomas se mueven a lo largo del ARN mensajero, el cual determina qué aminoácidos van a ser utilizados y su secuencia en la cadena de polipéptidos. El ARN ribosómico, diferente del ARN y del ARNt y cuya estructura se desconoce, interviene también en el acoplamiento de aminoácidos en la cadena proteica.

• Las proteínas formadas se desprenden del ribosoma y posteriormente serán utilizadas por las células. Igualmente el ARN de transferencia, es "descargado" y el ARN mensajero ya "leído" se libera del ribosoma y puede ser destruido por las enzimas celulares o leídas

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