Acidos Nucleicos

ACIDOS NUCLEICOS

INTRODUCCIÓN

Las biomoléculas son sustancias estrechamente relacionadas con los procesos vitales; como ejemplo de ellas podemos mencionar a los carbohidratos, lípidos y proteínas, las cuales al ser metabolizadas producen energía y nuevos materiales celulares.

Una cuarta biomolécula son los ácidos nucleicos, los cuales no son transformados a energía o nuevos materiales por nuestro metabolismo. Su importancia radica en que participan en la transmisión de los caracteres hereditarios y en la síntesis de proteínas. Los llamados ácidos nucleicos son dos tipos de moléculas: ácido desoxirribonucleico o DNA y el ácido ribonucleico o RNA.

Al DNA lo encontramos principalmente en el núcleo celular, una pequeña cantidad en las mitocondrias y en los cloroplastos; el 80% del RNA se encuentra en los ribosomas (Fig. 1).

Fig. 1: Ubicación del DNA y el RNA en la célula

Durante la división celular, la cromatina sufre una serie de enrollamientos y acortamientos transformándose en pequeñas estructuras llamadas cromosomas, las cuales se ven dobles (Fig. 2). Las células humanas presentan 23 pares de cromosomas. Cada cromosoma consiste en dos hebras llamadas cromátidas, las cuales se unen en una región llamada cinetocoro; el DNA queda en el interior de estas estructuras formando unidades llamadas genes. Nuestra información está almacenada en unos 26,383 a 39,114 genes, de acuerdo a los resultados derivados del Proyecto Genoma Humano a cargo de Francis Collins y la secuenciación realizada por la empresa Celera Genomic a cargo de Craig Venter.

Fig. 2: Condensación de la cromatina, cromosomas y genes

Uno de los grandes retos de la Biología molecular fue el establecimiento de la estructura del DNA, biomolécula que juega un papel importante en el desarrollo del individuo y sus características, ya que contiene la información genética. Una vez conocida la estructura, a la que se conoce con el nombre de la doble hélice, se pudo explicar como se almacenaba la información genética, como se duplicaba dicha información y de que manera se transmitía a la descendencia.

Una pregunta que nos podemos plantear al hablar de la molécula del DNA es la siguiente:

¿Cómo descubrieron que el DNA era el material de la herencia?

Para resolver este cuestionamiento, haremos un bosquejo histórico de la serie de investigaciones que ayudaron a establecer las bases moleculares de la herencia y la relación gene-DNA-herencia.

EL DNA: MATERIAL DE LA HERENCIA

Este bosquejo lo iniciamos con Friedrich Miescher, un médico alemán que en 1869 logró aislar del núcleo de glóbulos blancos y esperma del salmón, una sustancia a la que denominó nucleina. Miescher no pudo establecer la composición química y la relación de esta sustancia con la herencia; sin embargo, años más tarde, al analizar esta sustancia se encontró que estaba formada por proteínas y una sustancia ácida a la que se llamó ácido nucleico; posteriormente se identificaron dos tipos de ácidos nucleicos: el ácido desoxirribonuleico o DNA y el ácido ribonucleico o RNA.

En 1880, Wilhelm Roux, propone que la información genética está almacenada en los cromosomas. En 1884 Oscar Hertwing, sugirió que la cromatina de los cromosomas era el material responsable de la transmisión de los caracteres hereditarios. Para 1914, Robert Feulgen, utilizando un colorante llamado fucsina logra teñir al DNA, observando que esta sustancia se encontraba en todos los núcleos de células eucarióticas, especialmente en los cromosomas.

En los animales y plantas superiores, el cromosoma es una estructura sumamente compleja, cuyos componente son: 27% de DNA, 66% de proteínas y 6% de RNA. La elevada proporción de proteínas en los cromosomas hicieron pensar que las proteínas y no los ácidos nucleicos eran los responsables de la herencia (Fig. 3).

Fig. 3: Composición química de los cromosomas

Con el descubrimiento de Miescher y las aportaciones posteriores de otros investigadores como Roux y Feulgen, se inician los trabajos encaminados a encontrar "quien" o "que" era el responsable de la herencia. Probablemente, el punto de partida fueron las ideas que prevalecían en ese momento:

Los cromosomas están relacionados con la herencia.

En la composición química de los cromosomas intervienen proteínas, DNA y RNA.

Alguna de estas tres sustancias debe ser la responsable de la herencia.

Quien resulte responsable debe ser capaz de duplicarse a si mismo.

Esta sustancia debe transmitirse a la descendencia.

Hasta este momento no se había establecido una relación entre la molécula de DNA y la herencia. Para lograr tal relación, fueron necesarias las aportaciones de varios investigadores, entre ellos: Fred Griffith, Osvald Avery y colaboradores, Phoebus Aarón Levene, Erwin Chargaff, Alfred D. Hershey y Martha Chase, James Watson y Francis Crick, además de Matthew Meselson y Franklin W. Stahl, entre otros.

PHOEBUS AARON LEVENE

En 1920, Levene, un investigador ruso, había establecido que en la composicón química del DNA se encontraban: cuatro bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y timina), una molécula de azúcar (desoxirribosa) y un grupo fosfato.

FRED GRIFFITH

La bacteria neumococo, asociada a una enfermedad denominada neumonía, jugó un papel importante en el descubrimiento del papel genético del DNA; de esta bacteria se conocen dos formas mutantes. Una de ellas, la forma lisa o "S" (smooth= liso, uniforme) estaba bordeada por una cápsula delgada y brillante de polisacáridos que era esencial para que la bacteria pudiera causar neumonía en los humanos y otros mamíferos (fig. 4); la otra, era la forma rugosa o "R", la cual no tenía cápsula por lo tanto no producía la enfermedad.

Fig. 4: Streptococo pneumoniae

En 1928, Fred Griffith al trabajar con estas bacterias descubrió que los neumococos rugosos, no patógenos, se podían convertir en neumococos lisos que causaban la neumonía. El experimento que le permitió descubrir este hecho se describe a continuación:

1. Inyectó neumococos "S" vivos a un grupo de ratones, los cuales murieron a causa de la neumonía. Al analizar la sangre de los ratones muertos encontró neumococos "S" vivos.

2. Tomó un segundo grupo de ratones a los cuales inyectó neumococos "R"

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