La duplicación del ADN

Azúcares

Los azúcares más simples llamados monosacáridos son compuestos con la fórmula general (CH2O)n, donde n puede ser 3, 4, 5, 6, 7 u 8. Debido a esta frómula general a los azúcares también se le llama carbohidratos. La glucosa, por ejemplo, es C6H1206, sin embargo la fórmula no explica completamente a la molécula, otros compuestos con la misma fórmula tienen sus átomos de carbono, oxígeno e hidrógeno unidos de diferente manera dando lugar compuestos diferentes. Por ejemplo, modificando la posición relativa de un OH con respecto a la molécula la glucosa se puede convertir en manosa o galactosa. Cada uno de estos azúcares puede existir en dos formas D o L, que son imágenes especulares. Estas moléculas con la misma fórmula química pero diferente estructura son llamados isomeros.

Los azúcares están compuestos de varios grupos oxhidrilo (OH) más un grupo cetona (C=O) o aldehído (H-C=O). El grupo aldehído o cetona juega un rol importante en la química del azúcar: a) Puede reaccionar con un grupo oxhidrilo de la misma molécula formando un anillo; b) Una vez formado el anillo, el carbono puede reaccionar con otro grupo oxhidrilo perteneciente a otra molécula de azúcar distinta creando un disacárido como la sacarosa (el azúcar común) que está formada por unidades de glucosa y la fructosa. De la misma forma se pueden ir agregando unidades de azúcares dando lugar a oligosacáridos (trisacárido, tetrasacárido, etc) hasta llegar a enormes polisacáridos con cientos o miles de azúcares constituyentes.

Los azúcares tienen diversos roles en la célula. Son la fuente energía principal que mediante un proceso llamado glicólisis y respiración es capaz de reducir una molécula de azúcar, por ejemplo glucosa, a agua y dióxido de carbono (CO2). Durante dicho proceso la célula es capaz de tomar y utilizar la energía contenida en los enlaces químicos del azúcar. Los polisacáridos son la principal molécula de almacenamiento de energía que utiliza la célula. El glucógeno que es muy abundante entre los animales y las bacterias, y el almidón muy utilizado por las plantas y una fuente de alimentación muy importante para la humanidad. Los azucares también tienen un importante rol mecánico constituyendo una de la fuentes principales de sostén en las plantas. La celulosa que recubre las células vegetales, está compuesta de cadenas de glucosa estrechamente entrelazadas. Otros polisacáridos muy importantes son la quitina que forma el exoesqueleto de los insectos y la pared celular de los hongos. Finalmente, moléculas de azúcares unidos a lípidos o proteínas constituyendo glicolípidos y glicoproteínas, respectivamente tienen funciones fundamentales y la regulación y protección celular. Por ejemplo, las células blancas del sistema inmune (linfocitos) son reclutados al sitio de inflamación (donde son requeridos) mediante interacciones de tipo azúcar proteína, también denominadas interacciones de tipo lectina.

Investigacion de 1928.

El experimento de Griffith, llevado a cabo en 1928, fue uno de los primeros experimentos que demostró que las bacterias eran capaces de transferir información genética mediante un proceso llamado transformación.

En 1928, el microbiólogo Frederick Griffith, que investigaba varias cepas de neumococo (Streptococcus pneumoniae), inyectó en ratones la cepa S y la cepa R de la bacteria.

La cepa S era dañina, mientras que la rugosa (R), no lo era ya que la cepa S se cubre a si misma con una cápsula de polisacárido que la protege del sistema inmune del ser que ha sido infectado, resultando en la muerte de este, mientras que la cepa R no contiene esa cápsula protectora es derrotada por el sistema inmunitario.

Cuando, inactiva por calor, la cepa S era inyectada, no había secuelas y el ratón vivía. Sorprendentemente, al combinar cepa R (no letal), con cepa S inactivada por calor (no letal), el ratón murió. Además, Griffith encontró células de cepa S vivas. En apariencia la cepa R se convirtió en cepa S. Este hallazgo no se pudo explicar, hasta que en 1944 Avery, MacLeod, y McCarty, cultivaron cepa S y:

Produjeron extracto de lisado de células (extracto libre de células).

Tras eliminar los lípidos, proteínas y polisacáridos, el estreptococo aún conservó su capacidad de replicar su ADN e introducirlo en neumococo R.

La inactivación por calor de Griffith habría dejado intacto el ADN de los cromosomas de las bacterias, que era el causante de la formación del gen S, y podía ser liberado por las células destruidas e implantarse en cultivos sucesivos de cepa R.

¿En qué consistió su experimento?

En 1928 Frederick Griffith, investigando una enfermedad infecciosa mortal, la neumonía, estudió las diferencias entre una cepa de la bacteria Streptococcus pneumoniae que producía la enfermedad y otra que no la causaba.

La cepa que causaba la enfermedad estaba rodeada de una cápsula (también se la conoce como cepa S, del inglés smooth, o sea lisa, que es el aspecto de la colonia en las placas de Petri). La otra cepa (la R, de rugosa, que es el aspecto de la colonia en la placa de Petri) no tiene cápsula y no causa neumonía.

Griffith inyectó las diferentes cepas de la bacteria en ratones. La cepa S mataba a los ratones mientras que la cepa R no lo hacía. Luego comprobó que la cepa S, muerta por calentamiento, no causaba neumonía cuando se la inyectaba. Sin embargo cuando combinaba la cepa S muerta por calentamiento, con la cepa R viva, es decir con componentes individuales que no mata a los ratones e inyectaba la mezcla a los ratones, los ratones contraían la neumonía y morían; en la sangre de estos ratones muertos Griffith encontró neumococos vivos de la cepa S. Es decir que en las bacterias S muertas había “algo” capaz de transformar a las bacterias R, antes inocuas, en patógenas y este cambio era permanente y heredable. Este "algo" fue aislado; luego se encontró que era ADN. Las bacterias que se aislaban de los ratones muertos poseían cápsula y, cuando se las inyectaba, mataban otros ratones. Frederick Griffith fue capaz de inducir la transformación de una cepa no patógena Streptococcus pneumoniae en patógena. Griffith postuló la existencia de un factor de transformación como responsable de este fenómeno.

El problema que quería investigar con su experimento

Frederick Griffith estaba interesado en la virulencia (capacidad de infectar y producir enfermedad) de las bacterias causantes de la neumonía, llamadas Streptococcus pneumoniae. Este experimento marca el inicio de la investigación hacia el descubrimiento del ADN como material genético.

¿Por qué utilizó células muertas?

Porque necesitaba comprobar que era lo que ocurría si éstas se ponían en contacto con células vivas, trató de probar si volvían a ser peligrosas para el organismo de las ratas.

¿Qué transformación experimentan las cepas al estar en contacto con células muertas?

La cepa virulenta pese a estar inactivada por calor, presenta su material genético intacto. La cepa no virulenta mediante mecanismos de transformación incorpora el material genético de la cepa inactivada y lo expresa produciendo la cápsula.

Investigación 1930.

Ya en 1928 un médico británico, Frederick Griffith, había demostrado que la capacidad de una bacteria para ser patógena dependía de un carácter, el tener una cápsula externa que la envuelve, que parecía ser heredable. Las bacterias de la especie Streptococcus pneumoniae que tenían cápsula producían neumonía en los ratones en las que se inyectaban, mientras aquéllas que que perdían la cápsula eran inocuas porque sin cápsula son fácilmente destruídas por las defensas del organismo. Los dos tipos de bacteria se distinguen muy bien, porque las bacterias con cápsula forman colonias lisas, mientras que las colonias de bacterias sin cápsula son rugosas. Griffith comprobó que si se mezclaban bacterias sin cápsula vivas con bacterias con cápsula pero muertas y se le inyectaban a un ratón, el animal moría de neumonía y las bacterias que se aislaban del cadáver eran lisas y tenían cápsula. De alguna manera la característica de formar colonias lisas, de tener cápsula y ser patógena había pasado desde las bacterias lisas muertas a las rugosas vivas, y se transmitía a toda su descendencia. Griffith acuñó la palabra transformación para designar a éste fenómeno.

Lo urgente frena lo importante

Avery convenció a sus colaboradores Michael Dawson and Richard H. P. Sia para que comprobasen si, como así resultó, era cierto el resultado de Griffith. En 1930 J. Lionel Alloway, también colaborador de Avery, encontró que bastaba con añadir un extracto de la bacteria lisa muerta para transformar a las bacterias rugosas vivas en bacterias lisas patógenas. Siempre ocurre que lo urgente nos impide hacer lo importante, y el laboratorio de Avery, que era parte de un hospital, además de investigar el fenómeno de la transformación, tenía mucho trabajo que hacer. Los experimentos de transformación no eran lo que más prisa corría y pasó más de una década hasta que Avery pudo acabarlos.

Recibido con mucho escepticismo

Con Colin Munro MacLeod que trabajó en el grupo desde 1935 hasta 1940 y Maclyn McCarty que lo hizo desde 1941, Avery consiguó desarrollar el experimento de Griffith hasta el punto en que no era necesario añadir más que ADN a las bacterias rugosas para convertirlas en lisas, y todo ello en el tubo de ensayo sin necesidad de inoculárselas a un ratón. “Puede que sea un gen” le escribía el 13 de mayo de 1943 Avery a su hermano Roy, también bacteriólogo. Con todas las cautelas científicas Avery y sus colaboradores publicaron

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