Ácidos nucleicos. Descubrimiento y experimentos de Griffith

1.

2. Descubrimiento de los Ácidos Nucleicos

3. ¿Dónde se Encuentran los Genes?

4. Trabajos que Dilucidaron la Naturaleza del Material Hereditario

5. Composición Química de los Ácidos Nucleicos

6. Experimentos de Franklin y Wilkins

7. El Modelo de Watson y Crick

8. Características del Modelo de Watson y Crick

9. El Ácido Ribonucleico (ARN)

10. Tipos de ARN

11. ADN no Nuclear

12. El ADN de las Mitocondrias y de los Cloroplastos

13. Los Plásmidos

14. Los Virus

15. Conclusión

Introducción

Para comprender la herencia como un fenómeno de la vida, necesitamos saber como actúan los genes determinando las características que ellos regulan y como forman replicas de sí mismos para permitir la transmisión durante un número indefinido de generaciones celulares o de generaciones de organismos, este conocimiento debe basarse en primer lugar, en el conocimiento de sus bases químicas y físicas.

A priori, se puede deducir que los genes deben ser entidades químicas complejas; un compuesto sencillo no podría determinar de manera tan precisa las numerosas propiedades hereditarias de un organismo sabiendo que los cromosomas son los portadores de los genes ¿se puede averiguar algo de la naturaleza química de los genes a través de la naturaleza química de los cromosomas?

En los cromosomas de los organismos superiores se encuentra dos tipos de compuestos químicos que son los ácidos nucleicos y proteínas (histonas y/o protominas) pero puesto que ambos están presentes en el citoplasma lo mismo que en el núcleo, no podemos identificar la sustancia génica localizando simplemente el complejo material químico. Sin embargo datos experimentales establecen ya de manera definitiva la identidad del material hereditario como los ácidos nucleicos, los primeros años de la década de 1.950 se considera que las experiencias de transformación bacteriana de Avery, M. R. MacLeon y M. McCardy realizadas en 1.944 constituyen el nacimiento de la genética.

En líneas generales el estudio del material hereditario implica el conocimiento de la composición, estructura y propiedades químicas de los ácidos nucleicos, así como las características especiales que debe tener en cuanto a su capacidad de replicación, de mutación, recombinación y como portador de información genética, es decir, (del código genético propiamente dicho), la transcripción del mensaje genético y su traducción final a productos de acción génica primaria.

Descubrimiento de los Ácidos Nucleicos

El descubrimiento de los ácidos nucleicos se debe a Meischer (1869), el cual trabajando con leucocitos y espermatozoides de salmón, obtuvo una sustancia rica en carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y un porcentaje elevado de fósforo. A esta sustancia se le llamó en un principio nucleína, por encontrarse en el núcleo.

Años más tarde, se fragmentó esta nucleína, y se separó un componente proteico y un grupo prostético, este último, por ser ácido, se le llamó ácido nucleico.

En los años 30, Kossel comprobó que tenían una estructura bastante compleja.

En 1953, James Watson y Francis Crick, descubrieron la estructura tridimensional de uno de estos ácidos, concretamente del ácido desoxirribonucleico (ADN).

¿Dónde se Encuentran los Genes?

En el ADN (ácido desoxirribonucleico) se encuentran los genes que portan toda la información genética de un organismo completo, es decir, tienen el control de la herencia. El ADN es una molécula bastante compleja, que está compuesta por cuatro tipos de bases llamadas nucleótidos, que, a su vez, están formados por tres partes: una base nitrogenada, un azúcar denominado desoxirribosa y un grupo fosfato.

Trabajos que Dilucidaron la Naturaleza del Material Hereditario

Experimentos de Griffith

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

En 1928, el microbiólogo Fred 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 inmunológico. 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, Mc Leod, y Mc Carty, cultivaron cepa S y:

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

• Luego que los lípidos, proteínas y polisacaridos se removieron, 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.

Experimentos de Avery, MacLeod y McCarty

Avery, MacLeod y McCarty, quienes repitieron los experimentos de transformación de Griffith y caracterizaron químicamente el principìo transformante.

Avery, MacLeod, y McCarty demostraron que el DNA procedente de una cepa virulenta lisa de neumococo pudo transformar una cepa rugosa en la variedad lisa. Éste es el primer experimento que concluye que el DNA es el material genético.

Experimentos de Chargaff

Esta idea fue desechada en 1950 por el científico checo Erwin Chargaff del Instituto Rockefeller, quien analizó en detalle la composición de bases del ADN extraído de diferentes organismos. Llegó a la sorprendente conclusión de que las cuatro bases nitrogenadas no se encontraban en proporciones exactamente iguales en las distintas especies, lo cual sugirió que el ADN no debía ser tan monótono como se pensaba.

Chargaff demostró que, independientemente del origen del ADN, la proporción de purinas era igual a la de pirimidinas. Es decir, adenina (A) aparecía con tanta frecuencia como la timina (T) y la guanina (G), con tanta frecuencia como la citosina (C). Había dos juegos de equivalencias, A y T por un lado y G y C por otro.

Este resultado reflejaba por primera vez un aspecto estructural del ADN. Indicaba que, independientemente de la composición de A o de G en un ADN, siempre la concentración de A es igual a la de T y la de C igual a la de G. Sin embargo, en aquel momento Chargaff no sospechó las implicancias que podían tener estas reglas, denominadas más tarde "reglas de Chargaff", en el esclarecimiento de la estructura del ADN

Experimentos de Hershey y Chase

En 1952 Alfred Hershey y Martha Chase realizaron una serie de experimentos para confirmar que es el ADN la base del material genético (y no las proteínas), en lo que se denominó el experimento de Hershey y Chase. Si bien la existencia del ADN había sido conocida por los biólogos desde 1869, en aquella época se había supuesto que eran las proteínas las que portaban la información que determina la herencia. En 1944 mediante el experimento de Avery-MacLeod-McCarty se tuvo por primera vez algún indicio del rol que desempeña el ADN.

Método experimental

Hershey y Chase llevaron a cabo experimentos con el fago T2, un virus cuya estructura había sido recientemente investigada mediante microscopio electrónico. El fago consiste únicamente en una cubierta proteica o cápside que contiene su material genético, e infecta a una bacteria cuando se adhiere a su membrana externa, inyecta dicho material y le deja acoplado el cápside. Como consecuencia, el sistema genético de la bacteria reproduce el virus.

En un primer experimento, marcaron el ADN de los fagos con el isótopo radiactivo fósforo-32 (P-32). El ADN contiene fósforo, a diferencia de los 20 aminoácidos que forman las proteínas. Dejaron que los fagos del cultivo infectaran a las bacterias Escherichia coli y posteriormente retiraron las cubiertas proteicas de las células infectadas mediante una licuadora y una centrífuga. Hallaron que el indicador radiactivo era visible sólo en las células bacterianas, y no en las cubiertas proteicas.

En un segundo experimento, marcaron los fagos con el isótopo azufre-35 (S-35). Los aminoácidos cisteína y metionina contienen azufre, a diferencia del ADN. Tras la separación, se halló que el indicador estaba presente en las cubiertas proteicas, pero no en las bacterias infectadas, con lo que se confirmó que es el material genético lo que infecta a las bacterias.

Hershey y Chase encontraron que el S-35 queda fuera de la célula mientras que el P-32 se lo encontraba en el interior, indicando que el ADN era el soporte físico del material hereditario.

Composición Química de los Ácidos Nucleicos

Están constituidos por un azúcar que es una pentosa, la cual puede ser: ribosa en el caso del ARN y la desoxirribosa en el caso del ADN. Otro componente de su estructura son las bases nitrogenadas, estas pueden ser:

Púricas: Adenina y Guanina

Pirimidínicas: Citosina, timina y uracilo

La composición la finaliza

...