Estructura molecular de los ácidos nucleicos: una estructura para el ácido nucleico desoxirribosa
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Doble hélice

" Estructura molecular de los ácidos nucleicos: una estructura para el ácido nucleico desoxirribosa " fue el primer artículo publicado para describir el descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN , utilizando difracción de rayos X y las matemáticas de una transformada de hélice . Fue publicado por Francis Crick y James D. Watson en la revista científica Nature en las páginas 737–738 de su 171º volumen (fechado el 25 de abril de 1953). [1] [2]

Representación diagramática de las características estructurales clave de la doble hélice del ADN. Esta figura no representa B-DNA .

Este artículo a menudo se denomina una "perla" de la ciencia porque es breve y contiene la respuesta a un misterio fundamental sobre los organismos vivos . Este misterio era la cuestión de cómo es posible que las instrucciones genéticas se mantengan dentro de los organismos y cómo se transmiten de generación en generación. El artículo presenta una solución simple y elegante, que sorprendió a muchos biólogos de la época que creían que la transmisión del ADN iba a ser más difícil de deducir y comprender. El descubrimiento tuvo un gran impacto en la biología , particularmente en el campo de la genética , permitiendo a los investigadores posteriores comprender el código genético .

Evolución de la biología molecular

La aplicación de la física y la química a los problemas biológicos condujo al desarrollo de la biología molecular, que se preocupa particularmente por el flujo y las consecuencias de la información biológica del ADN a las proteínas . El descubrimiento de la doble hélice del ADN dejó en claro que los genes son partes definidas funcionalmente de las moléculas de ADN y que debe haber una forma para que las células traduzcan la información del ADN en aminoácidos específicos, que se utilizan para producir proteínas.

Linus Pauling fue un químico que tuvo una gran influencia en el desarrollo de la comprensión de la estructura de las moléculas biológicas. En 1951, Pauling publicó la estructura de la hélice alfa , un componente estructural fundamentalmente importante de las proteínas. A principios de 1953, Pauling publicó un modelo de ADN de triple hélice, que posteriormente resultó ser incorrecto. [3] Tanto Crick, y particularmente Watson, pensaron que estaban compitiendo contra Pauling para descubrir la estructura del ADN.

Max Delbrück fue un físico que reconoció algunas de las implicaciones biológicas de la física cuántica . El pensamiento de Delbruck sobre la base física de la vida estimuló a Erwin Schrödinger a escribir ¿Qué es la vida? El libro de Schrödinger fue una influencia importante en Crick y Watson. Los esfuerzos de Delbruck para promover el " Phage Group" (que explora la genética a través de los virus que infectan a las bacterias) fueron importantes en el desarrollo temprano de la biología molecular en general y el desarrollo de los intereses científicos de Watson en particular. [4]

Crick, Watson y Maurice Wilkins, quienes ganaron el Premio Nobel de Medicina en reconocimiento a su descubrimiento de la doble hélice del ADN.

Estructura y función del ADN

No siempre es cierto que la estructura de una molécula sea fácil de relacionar con su función. Lo que hace que la estructura del ADN esté tan obviamente relacionada con su función se describió modestamente al final del artículo: "No se nos ha escapado que el emparejamiento específico que hemos postulado sugiere inmediatamente un posible mecanismo de copia del material genético".

Replicación del ADN . Las cadenas complementarias de dos pares de bases de la molécula de ADN permiten la replicación de las instrucciones genéticas.

El "emparejamiento específico" es una característica clave del modelo de ADN de Watson y Crick, el emparejamiento de subunidades de nucleótidos . [5] En el ADN, la cantidad de guanina es igual a la citosina y la cantidad de adenina es igual a la timina . Los pares A: T y C: G son estructuralmente similares. En particular, la longitud de cada par de bases es la misma y se ajustan por igual entre las dos cadenas principales de azúcar-fosfato. Los pares de bases se mantienen unidos por enlaces de hidrógeno , un tipo de atracción química que es fácil de romper y fácil de reformar. Después de darse cuenta de la similitud estructural de los pares A: T y C: G, Watson y Crick pronto produjeron su doble hélice.modelo de ADN con los enlaces de hidrógeno en el núcleo de la hélice que proporciona una forma de descomprimir las dos hebras complementarias para facilitar la replicación : el último requisito clave para un modelo probable de la molécula genética.

De hecho, el emparejamiento de bases sugirió una forma de copiar una molécula de ADN. Simplemente separe las dos cadenas principales de azúcar y fosfato, cada una con sus componentes A, T, G y C unidos por enlaces de hidrógeno. Luego, cada hebra podría usarse como plantilla para el ensamblaje de una nueva hebra complementaria de pares de bases.

Consideraciones futuras

Watson y Crick utilizaron muchas plantillas de aluminio como esta, que es la adenina (A) de base única , para construir un modelo físico de ADN en 1953.

Cuando Watson y Crick produjeron su modelo de ADN de doble hélice, se sabía que la mayoría de las características especializadas de las muchas formas de vida diferentes en la Tierra son posibles gracias a las proteínas . Estructuralmente, las proteínas son largas cadenas de aminoácidos.subunidades. De alguna manera, la molécula genética, el ADN, tenía que contener instrucciones sobre cómo producir las miles de proteínas que se encuentran en las células. A partir del modelo de doble hélice de ADN, quedó claro que debe haber alguna correspondencia entre las secuencias lineales de nucleótidos en las moléculas de ADN y las secuencias lineales de aminoácidos en las proteínas. Los detalles de cómo las secuencias de ADN instruyen a las células para producir proteínas específicas fue elaborado por biólogos moleculares durante el período de 1953 a 1965. Francis Crick jugó un papel integral tanto en la teoría como en el análisis de los experimentos que llevaron a una mejor comprensión de la código genético . [6]

Consecuencias

Otros avances en biología molecular derivados del descubrimiento de la doble hélice del ADN finalmente condujeron a formas de secuenciar genes. James Watson dirigió el Proyecto Genoma Humano en los Institutos Nacionales de Salud . [7] La capacidad de secuenciar y manipular el ADN es ahora fundamental para la industria de la biotecnología y la medicina moderna . La austera belleza de la estructura y las implicaciones prácticas de la doble hélice del ADN se combinaron para formar la estructura molecular de los ácidos nucleicos; Una estructura para el ácido nucleico desoxirribosa uno de los artículos de biología más destacados del siglo XX.


Colaboradores y controversia

Artículo principal: Controversia del ADN del King's College de Londres

Aunque Watson y Crick fueron los primeros en reunir todos los fragmentos dispersos de información que se requerían para producir un modelo molecular exitoso de ADN, sus hallazgos se basaron en datos recopilados por investigadores en varios otros laboratorios. Por ejemplo, se basaron en investigaciones publicadas relacionadas con el descubrimiento de enlaces de hidrógeno en el ADN por John Masson Gulland , Denis Jordan y sus colegas en el University College Nottingham en 1947. [8] [9] [10] Sin embargo, el descubrimiento de la doble hélice del ADN También usó una cantidad considerable de material del trabajo inédito de Rosalind Franklin , AR Stokes , Maurice Wilkins yHR Wilson en el King's College de Londres . Los datos clave de Wilkins, Stokes y Wilson y, por separado, de Franklin y Gosling , se publicaron en dos artículos adicionales separados en el mismo número de Nature con el artículo de Watson y Crick. [11] [12] El artículo de Watson y Crick reconoció que habían sido "estimulados" por los resultados experimentales de los investigadores del King's College, y Wilkins, Stokes y Wilson publicaron un reconocimiento similar en el siguiente artículo de tres páginas.

En 1968, Watson publicó una cuenta autobiográfica muy controvertida del descubrimiento de la doble hélice , la estructura molecular del ADN llama La doble hélice , que no fue aceptada públicamente ya sea por Crick o Wilkins. [13] Además, Erwin Chargaff también publicó una "revisión poco comprensiva" del libro de Watson en la edición del 29 de marzo de 1968 de Science.. En el libro, Watson declaró, entre otras cosas, que él y Crick tenían acceso a algunos de los datos de Franklin de una fuente que ella no conocía, y también que él había visto, sin su permiso, el patrón de difracción de rayos X de B-DNA. obtenido por Franklin y Gosling en mayo de 1952 en King's en Londres. En particular, a fines de 1952, Franklin había presentado un informe de progreso al Consejo de Investigación Médica , que fue revisado por Max Perutz , entonces en el Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge.. Watson y Crick también trabajaron en el Laboratorio Cavendish apoyado por MRC en Cambridge, mientras que Wilkins y Franklin estaban en el laboratorio apoyado por MRC en King's en Londres. Dichos informes del MRC no se difundieron generalmente ampliamente, pero Crick leyó una copia del resumen de la investigación de Franklin a principios de 1953. [13] [14]

La justificación de Perutz para pasar el informe de Franklin sobre la unidad cristalográfica de las estructuras B-DNA y A-DNA tanto a Crick como a Watson fue que el informe contenía información que Watson había escuchado antes, en noviembre de 1951, cuando Franklin habló sobre sus resultados inéditos con Raymond. Gosling durante una reunión organizada por MHF Wilkins en King's College, a petición de Crick y Watson; [15] Perutz dijo que no había actuado de manera poco ética porque el informe había sido parte de un esfuerzo para promover un contacto más amplio entre diferentes grupos de investigación del MRC y no era confidencial. [dieciséis]Esta justificación excluiría a Crick, quien no estuvo presente en la reunión de noviembre de 1951, pero Perutz también le dio acceso a los datos del informe MRC de Franklin. Luego, Crick y Watson solicitaron permiso al director del Laboratorio Cavendish, William Lawrence Bragg , para publicar su modelo molecular de ADN de doble hélice basado en datos de Franklin y Wilkins.

En noviembre de 1951, Watson había adquirido poca formación en cristalografía de rayos X, según admitió él mismo, y por lo tanto no había entendido completamente lo que decía Franklin sobre la simetría estructural de la molécula de ADN. [14]Crick, sin embargo, al conocer las transformadas de Fourier de las funciones de Bessel que representan los patrones de difracción de rayos X de las estructuras helicoidales de los átomos, interpretó correctamente además uno de los hallazgos experimentales de Franklin como indicando que el ADN era más probable que fuera una doble hélice con las dos cadenas de polinucleótidos. corriendo en direcciones opuestas. Por lo tanto, Crick se encontraba en una posición única para hacer esta interpretación porque anteriormente había trabajado en los datos de difracción de rayos X para otras moléculas grandes que tenían una simetría helicoidal similar a la del ADN. Franklin, por otro lado, rechazó el primer enfoque de construcción de modelos moleculares propuesto por Crick y Watson: el primer modelo de ADN, que en 1952 Watson le presentó a ella y a Wilkins en Londres, tenía una estructura obviamente incorrecta con grupos cargados hidratados en el interior. del modelo,en lugar de en el exterior. Watson admitió explícitamente esto en su libro.La doble hélice . [14]

Ver también

  • Comparación de software de simulación de ácidos nucleicos: modelado de ácidos nucleicos
  • Cristalografía
  • ADN
  • Miles from Tomorrowland , una serie de televisión con almirantes gemelos llamados Watson y Crick
  • Modelo y teoría de paracristales
  • Dispersión de rayos X
  • Keto-enol_tautomerism # DNA la última idea clave, de un colaborador de Pauling, de que los libros de texto de la época estaban equivocados, que condujo a la estructura resuelta
  • El experimento de Avery-MacLeod-McCarty fue la primera demostración de que era probable que el ADN fuera el material genético
  • La regla de Chargraff que mostró que A: T y G: C ocurrieron en cantidades iguales

Referencias

  1. ^ Watson JD, Crick FH (abril de 1953). "Estructura molecular de los ácidos nucleicos; una estructura para el ácido nucleico desoxirribosa" (PDF) . Naturaleza . 171 (4356): 737–738. Código Bibliográfico : 1953Natur.171..737W . doi : 10.1038 / 171737a0 . PMID  13054692 .
  2. ^ Cochran W, Crick FHC y Vand V. (1952) "La estructura de polipéptidos sintéticos. I. La transformación de átomos en una hélice", Acta Crystallogr., 5, 581–586.
  3. ^ Pauling L, Corey RB (1953). "Una estructura propuesta para los ácidos nucleicos" . PNAS . 39 (2): 84–97. Código Bibliográfico : 1953PNAS ... 39 ... 84P . doi : 10.1073 / pnas.39.2.84 . PMC 1063734 . PMID 16578429 .  
  4. ^ Judson, Horace Freeland (1979). Octavo día de la creación: creadores de la revolución en biología . Nueva York: Simon & Schuster. ISBN 9780671254100.
  5. ^ Descubra las reglas del emparejamiento de bases de ADN con un simulador en línea .
  6. ^ Perutz MF, Randall JT, Thomson L, Wilkins MH, Watson JD (junio de 1969). "Hélice de ADN" . Ciencia . 164 (3887): 1537–9. Código Bibliográfico : 1969Sci ... 164.1537W . doi : 10.1126 / science.164.3887.1537 . PMID 5796048 . 
  7. ^ "Historia - Figuras históricas: Watson y Crick (1928-)" . BBC . Consultado el 15 de junio de 2014 .
  8. ^ JM Gulland; DO Jordan; HF Taylor; (1947) Ácidos nucleicos de desoxipentosa; Parte II titulación electrométrica de los grupos ácido y básico del ácido nucleico desoxipentosa del timo de ternera. J Chem Soc. 1947; 25: 1131-41.
  9. ^ Creeth, JM, Gulland, JM y Jordan, DO (1947) Ácidos nucleicos desoxipentosa. Parte III. Viscosidad y birrefringencia de flujo de soluciones de la sal sódica del ácido nucleico desoxipentosa del timo de ternera. J. Chem. Soc. 1947,25 1141-1145
  10. ^ Watson, James D., 2012 La doble hélice anotada e ilustrada, Ed. Gann & Witkowski, Simon & Schuster, Nueva York (pp196-7)
  11. ^ Franklin R, Gosling RG (25 de abril de 1953). "Configuración molecular en timonucleato de sodio" (PDF) . Naturaleza . 171 (4356): 740–741. Código Bibliográfico : 1953Natur.171..740F . doi : 10.1038 / 171740a0 . PMID 13054694 .  
  12. ^ Wilkins MH, Stokes AR, Wilson HR (25 de abril de 1953). "Estructura molecular de los ácidos nucleicos desoxipentosa" (PDF) . Naturaleza . 171 (4356): 738–740. Código Bibliográfico : 1953Natur.171..738W . doi : 10.1038 / 171738a0 . PMID 13054693 .  
  13. ↑ a b Beckwith, Jon (2003). "Doble toma en la doble hélice" . En Victor K. McElheny (ed.). Watson y el ADN: haciendo una revolución científica . Cambridge, MA: Perseus Publishing. pag. 363 . ISBN 978-0-738-20341-6. OCLC  51440191 .
  14. ↑ a b c Watson, James D. (1980). La doble hélice: un relato personal del descubrimiento de la estructura del ADN . Ateneo. ISBN 978-0-689-70602-8. (publicado por primera vez en 1968)
  15. ^ Sayre, Anne (1975). Rosalind Franklin y ADN . Nueva York: Norton.
  16. ^ Perutz MF, Randall JT, Thomson L, Wilkins MH, Watson JD (27 de junio de 1969). "Hélice de ADN" . Ciencia . 164 (3887): 1537-1539. Código Bibliográfico : 1969Sci ... 164.1537W . doi : 10.1126 / science.164.3887.1537 . PMID 5796048 . 

Bibliografía

  • Judson, Horace Freeland (1979). El octavo día de la creación. Creadores de la revolución en biología . Simon y Schuster. ISBN 978-0-671-22540-7.
  • Maddox, Brenda (2002). Rosalind Franklin: La dama oscura del ADN . ISBN 978-0-060-98508-0.
  • Olby, Robert (1974). El camino hacia la doble hélice: descubrimiento del ADN . MacMillan. ISBN 978-0-486-68117-7. (con prólogo de Francis Crick; revisado en 1994, con una posdata de 9 páginas).
  • Watson, James D. (1980). La doble hélice: un relato personal del descubrimiento de la estructura del ADN . Ateneo. ISBN 978-0-689-70602-8. (publicado por primera vez en 1968)
  • Wilkins, Maurice (2003). El tercer hombre de la doble hélice: la autobiografía de Maurice Wilkins . ISBN 978-0-198-60665-9.
  • Life Story (película de televisión) una dramatización de la BBC sobre la carrera científica para descubrir la doble hélice del ADN.

enlaces externos

  • Copia comentada del artículo del Exploratorium de San Francisco
  • Acceda al artículo de Excellence Classic Collection sobre la estructura del ADN .
  • Linus Pauling y la carrera por el ADN: una historia documental

Versiones online

  • Versión en línea (texto original) en nature.com
  • Copia en PDF de la Biblioteca Nacional de Medicina en la Colección de Documentos de Francis Crick .
  • Versión HTML conmemorativa Am J Psychiatry 160: 623-624, abril de 2003.

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