Aceptación Temprana y Estructura del ADN

Aceptación Temprana del ADN

• En la década de 1940, los biólogos se resistían a considerar el ADN como material genético debido a su aparente simplicidad química.
• El ADN era considerado un polímero simple compuesto solo de cuatro subunidades químicamente similares.

Estudios de Difracción de Rayos X

• A principios de la década de 1950, se aplicó la difracción de rayos X al estudio del ADN, una técnica para determinar la estructura tridimensional de una molécula a resolución atómica.
• Los primeros resultados de la difracción de rayos X proporcionaron pistas cruciales que llevaron a Watson y Crick a descubrir la estructura del ADN.
• El modelo estructural del ADN reveló la capacidad de la molécula para la replicación y el almacenamiento de información.

Componentes Básicos del ADN

• Los componentes básicos del ADN eran conocidos desde hacía muchos años y fueron aislados y analizados mediante la ruptura parcial del ADN purificado.
• El ADN se compone de cuatro moléculas básicas llamadas nucleótidos.
• Cada nucleótido contiene un fosfato, un azúcar desoxirribonucleico y una base nitrogenada.
• Las cuatro bases son adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T).
• Adenina y guanina son purinas, mientras que citosina y timina son pirimidinas.

Elucidación de la Estructura por Watson y Crick

• Muchos científicos buscaron determinar la estructura del ADN para comprender cómo una molécula con un rango tan limitado de componentes distintos podría almacenar la gran variedad de información necesaria para codificar las estructuras primarias de todas las proteínas.
• Watson y Crick lograron este objetivo en 1953.
• Se valieron de datos de difracción de rayos X de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins, que sugerían que el ADN es largo, muy delgado y consta de dos partes similares que corren paralelas entre sí, y que la molécula es helicoidal.

Reglas de Chargaff

• Watson y Crick también se basaron en el trabajo de Erwin Chargaff, quien estableció reglas empíricas sobre las cantidades de cada componente del ADN.
• Chargaff observó que la cantidad total de nucleótidos pirimídicos (T + C) siempre es igual a la cantidad total de nucleótidos púricos (A + G).
• La cantidad de T siempre es igual a la de A, y la cantidad de C siempre es igual a la de G.
• Sin embargo, la cantidad de A + T no es necesariamente igual a la de G + C; esta proporción varía entre distintos organismos.

Modelo de la Doble Hélice

• Watson y Crick postularon una estructura de doble hélice entrelazada para el ADN.
• Una molécula de ADN está formada por dos largas cadenas de polinucleótidos compuestas por cuatro tipos de subunidades nucleotídicas.
• Las dos cadenas se mantienen unidas entre sí mediante enlaces de hidrógeno que se forman entre las bases de los nucleótidos.
• Los nucleótidos están unidos covalentemente entre sí a través de los azúcares y los fosfatos, formando un esqueleto de azúcar-fosfato.

Polaridad del ADN

• Las subunidades nucleotídicas se unen entre sí formando la cadena de ADN de manera que confieren a la molécula una polaridad química.
• Cada cadena completa tiene todas sus subunidades alineadas en la misma orientación, con un extremo 5' (fosfato) y un extremo 3' (hidroxilo).

Emparejamiento de Bases Complementarias

• Las dos cadenas se mantienen unidas entre sí por enlaces de hidrógeno que se forman entre las bases de las diferentes cadenas.
• Una purina (A o G) siempre se aparea con una pirimidina (T o C): A se aparea con T, y G se aparea con C.
• Este apareamiento de bases complementarias permite que los pares de bases se empaqueten en el interior de la doble hélice de la forma más favorable energéticamente.

Estructura Tridimensional

• Los dos esqueletos de azúcar-fosfato se enrollan uno en torno al otro formando una doble hélice que da una vuelta completa cada 10 pares de bases.
• Las dos cadenas son antiparalelas, es decir, la polaridad de una cadena está orientada de manera opuesta a la de la otra cadena.
• Cada una de las cadenas de una molécula de ADN contiene una secuencia de nucleótidos exactamente complementaria a la secuencia de nucleótidos de la otra.

Estabilidad de la Doble Hélice

• Las bases aparecen como estructuras planas que se apilan parcialmente unas sobre otras en la estructura retorcida de la hélice doble.
• Este apilamiento de bases contribuye a la estabilidad de la molécula al excluir las moléculas de agua de los espacios entre los pares de bases.

Formas de ADN y Surcos

• Se observaron dos formas de ADN en las fibras analizadas mediante difracción: la forma A (menos hidratada y más compacta) y la forma B (más común en las células vivas).
• El apilamiento de las bases en la doble hélice genera dos surcos en los esqueletos azúcar-fosfatos: el surco mayor y el surco menor.

Implicaciones del Descubrimiento de Watson y Crick

• La elucidación de la estructura del ADN provocó una gran excitación entre los genetistas y en todas las áreas de la biología

Duplicación y Código Genético

• La estructura sugería una forma obvia por la que la molécula puede ser duplicada o replicada, ya que cada base determina a su complementaria mediante los puentes de hidrógeno.
• La estructura sugiere que la secuencia de pares de nucleótidos del ADN dicta la secuencia de aminoácidos de la proteína determinada por un gen.
• Se llegó a la idea de que algún tipo de código genético podría escribir información en el ADN como una secuencia de pares de nucleótidos y traducirla luego al lenguaje diferente de secuencias de aminoácidos de las proteínas.