El ADN. Una molécula sorprendente
Decir hoy en día que el ADN es la molécula responsable de la transmisión hereditaria resulta hasta trivial, pero realmente no somos conscientes de la grandeza biológica que guarda tal enunciado. Es decir, estamos hablando de que la vida se puede perpetuar en el tiempo gracias a una molécula que tiene propiedades autorreplicativas y no solo eso, sino que además se organiza de tal manera que es capaz de transmitir de generación en generación todas las características que aparecen en la ontogenia de un individuo y que además los define dentro de una especie concreta.
En otras palabras, gracias al ADN se cumple una de las características inherentes a los seres vivos que es poder dejar descendencia a modo de individuos similares a los progenitores siendo esta descendencia fértil. Es decir, estamos hablando de la función de reproducción.
¿Pero realmente, qué es el ADN desde un punto de vista químico? Podríamos decir que el ADN es una molécula repetitiva compuesta por tres compuestos fundamentales que son un azúcar (desoxirribosa), una base nitrogenada que puede pertenecer al grupo de las purinas o de las pirimidinas y el ácido ortofosfórico. Estos compuestos se unen creando una estructura repetitiva que denominamos nucleótido. Los nucleótidos se van enlazando mediante un tipo de enlace que denominamos fosfodiéster entre el grupo fosfato que se encuentra en el carbono 5 de un nucleótido y el grupo OH en posición 3 del azúcar de otro nucleótido liberándose una molécula de agua en dicho enlace. Este enlace se repetirá entre un número determinado de nucleótidos creando una molécula o hebra de ADN.
Pero la complejidad del ADN puede ir mucho más allá ya que en infinidad de organismos el ADN es de tipo bicatenario. ¿Y qué quiere decir esto? Pues, que la molécula de ADN no está compuesta por una solo sucesión de nucleótidos (hebra) sino por dos, las cuales están unidas por puentes de hidrógeno dándose siempre el mismo patrón de unión entre bases nitrogenadas que quedan en el interior de la molécula y de una manera perpendicular respecto de su eje. Así, el patrón de unión que encontramos normalmente es:
- Adenina – Timina: donde entran en juego dos puentes de hidrógeno.
- Citosina – Guanina: donde entran en juego tres puentes de hidrógeno.
Es por esto que se dice que las hebras del ADN son complementarias, pero es que además son también antiparalelas. Es decir, que la orientación de las dos sucesiones polinucleótidas es contraria. En otras palabras y para que se entienda mejor, una de las hebras tendrá en un extremo un grupo fosfato libre el cual llamamos extremo 5´ y en el otro extremo tendremos un OH de la pentosa libre y lo llamamos 3´. Pues bien, en la otra cadena en los extremos encontraríamos justo lo contrario, es decir, el 5´ de una cadena esta enfrentado al 3´de la otra cadena y viceversa.
En busca de la molécula de la herencia
A principios del siglo XX si bien se sabía que la herencia de los caracteres entre generaciones seguía una serie de dictámenes expuestos por Gregor Mendel pero poco se sabía de los mecanismos citológicos y mucho menos moleculares que hacían posible que esos caracteres pudieran pasar de generación en generación.
Poco a poco se fueron llevando a cabo grandes avances en el campo de la citología y es al biólogo suizo J.F Miescher al que se le atribuye el descubrimiento del ADN si bien el no era sabedor de la función e importancia de esta molécula. Miescher consiguió aislar un nuevo componente celular a partir de pus de los vendajes y esperma de salmón tratando las células con pepsinas enzimáticas y centrifugando. A este nuevo componente celular lo llamó nucleína observando la presencia de fósforo en ella.
Pero sin duda, los experimentos que empezaron a sacar a la luz la importancia de esta molécula fueron los llevados a cabo por los científicos O. Avery, C. McLeod y M. McCarty donde demostraron que el ADN era una sustancia transformadora que podía cambiar las características de un organismo vivo (en su caso bacterias) es decir, que en definitiva podría ser la sustancia responsable de que una característica determinada se herede.
Para demostrar tal fin, llevaron a cabo un genial experimento con dos cepas de la bacteria Streptoccocus pneumoniae. Una de ellas de bordes rugosos (cepa R) se mostraba como inocua al ser inyectada en ratones sin embargo otra cepa de bordes lisos (cepa L) se comportaba como virulenta y mataba a los ratones los cuales desarrollaban neumonía. Avery y sus colaboradores se dieron cuenta de varias cosas:
- Bacterias S muertas por calor eran inocuas para los ratones.
- Si se inyectaban a los ratones combinados de bacterias S muertas por calor y bacterias R inocuas los ratones sí desarrollaban la enfermedad y morían.
- En la sangre de ratones a los cuales se le había inyectado el combinado anterior se hallaban células S vivas.
La conclusión de todo esto fue que al mezclar ambas cepas bacterianas, las bacterias R inocuas habían tomado “algo” de las bacterias S que las transformaba en virulentas por lo que ese “algo” lo llamaron principio transformante. Empezaba aquí un arduo trabajo de laboratorio para intentar identificar ese principio transformante el cual tras lavar, separar o destruir otros componentes celulares no era otro que el ADN.
Experimentos posteriores como los de Hershey y Chase donde utilizaban isótopos radioactivos de fosforo en la infección de bacterias por fagos vinieron a corroborar que los experimentos de Avery y colaboradores eran acertados.
Las leyes de Chargaff
A principios del siglo XX, la definición de la estructura molecular del ADN no estuvo exenta de cierta controversia dentro de la comunidad científica. Uno de los modelos presentados para explicar dicha estructura fue la del tetranucleótido repetitivo (desoxi-A, desoxi-C, desoxi-G, desoxi-T). Dados los descubrimientos del ADN como molécula transformante, algunos científicos llegaron a la conclusión de que una molécula tan repetitiva y monótona no podía ser la responsable de llevar la información hereditaria por lo que o el ADN no era la molécula de la herencia y o bien poseía otra estructura molecular distinta.
La respuesta la dio Erwin Chargaff el cual investigó el ADN de varias especies de organismos vivos fijándose en la composición molar de sus bases nitrogenadas. Observando el ADN de esas especies, Chargaff descubrió que las bases nitrogenadas no estaban en cantidades iguales y no solo eso, sino que además, la cantidad de bases variaba entre especies y no entre individuos de la misma especie.
Además de esto, Chargaff llegó a la conclusión de que las cantidades de A eran siempre iguales a las cantidades de T y que las cantidades de C eran iguales a G. En otras palabras podemos deducir que A+G/T+C es igual a la unidad.
Estas conclusiones fueron fundamentales para el modelo que Watson – Crick - Franklin propusieron para la doble hélice del ADN. Además, de estos descubrimientos se deducen varias reglas comunes al ADN:
- La proporción A+T/G+C es propia de cada organismo y por consiguiente es variable de un organismo a otro. Además, dicha proporción es igual en cada hebra complementaria y en la molécula completa.
- La proporción A+G/T+C es igual a la unidad en la molécula completa y si la miramos individualmente en cada una de las hebras una es la inversa de las otras. Es decir, en una hebra sería A+G/T+C y en la otra hebra T+C/A+G.
Bibliografía
- Matheus C (2013) “Bioquímica”
- Strayer L (2013). “Bioquímica”.
- https://es.khanacademy.org/
