HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO DEL ADN COMO SOPORTE DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

1.- HISTORIA DEL DESCUBRIMIENTO DEL ADN COMO SOPORTE DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

El material genético fue descubierto en 1869 por el doctor Friedrich Miescher. Al encontrarse sólo en el núcleo de las células lo llamó “nucleína” y era una sustancia blanca, azucarada, ligeramente ácida y contenía fósforo y nitrógeno.

Análisis químicos posteriores del material nuclear, mostraban que los cromosomas de células eucariotas (sospechosos de ser los portadores del mensaje hereditario por su comportamiento en la mitosis y meiosis) estaban formados por ADN y proteínas, en cantidades aproximadamente iguales.

¿Cuál de los dos tipos de moléculas sería el material portador de la información hereditaria? Los biólogos teóricos se apresuraron a señalar que serían las proteínas, puesto que el número de aminoácidos era cercano al de las letras del alfabeto; los aminoácidos parecían constituir el “lenguaje de la vida” que deletreaba las instrucciones para todas las actividades de la célula. Pensaban que los cromosomas tenían modelos maestros de todas las proteínas que fueran necesarias para la célula; esta hipótesis resultó ser errónea.

Los partidarios de la otra hipótesis (el ADN como material portador de la información) fijaron su atención en un experimento que años atrás, en 1928, un bacteriólogo inglés, Frederick Griffith, había realizado con una bacteria causante de neumonía, el neumococo (Streptococcus pneumoniae). Existían dos tipos de neumococo, una forma virulenta, causante de la enfermedad, que presentaba una cápsula de polisacáridos como envoltura y formaba en cultivo colonias lisas (cepa S), y otra forma no virulenta (inocua) sin cápsula que origina colonias rugosas (cepa R). Del experimento que se muestra en la ilustración, Griffith sacó la conclusión de que había “algo” que hacía revivir a las bacterias virulentas muertas por el calor y las transformaba en bacterias capsuladas. En años posteriores, se comprobó que el mismo efecto se obtenía con extractos de bacterias encapsuladas muertas añadidos a cultivos de bacterias vivas inocuas. A este fenómeno se le conoce desde entonces como transformación.

En 1944 se publica el trabajo de Avery y col. En el que se describe su experimento hecho “in vitro”, usando la morfología de las colonias en placas de cultivo en lugar de la producción de neumonía en ratones. Concluyendo que la sustancia responsable de la transformación bacteriana era el ADN, puesto que las únicas enzimas capaces de eliminar la capacidad transformante eran enzimas destructoras de ADN. Esto supuso la primera evidencia experimental de que el ADN era el material genético. Otro experimento que apoya al ADN lo realizan Hersey y Chase en 1952 usando virus bacteriófagos marcados con un isótopo de fósforo (32P), que es un elemento del ADN y con un isótopo de azufre (35S), elemento de las proteínas.

2.- REPLICACIÓN O DUPLICACIÓN DE ADN

La molécula que constituyera el material genético o hereditario debería cumplir una serie de requisitos, entre ellos ser autorreplicable, es decir, de formar copias idénticas a ella.

Este cualidad del ADN se pudo demostrar poco después del descubrimiento de su estructura, pues ya Watson y Crick propusieron una forma de llevarse a cabo: las dos cadenas de nucleótidos se separan (como se abre una cremallera) y a medida que ocurre esto las cadenas actúan como moldes de modo que cada una dirige la formación de una nueva cadena complementaria.

En 1958, M. Meselson y F. Stahl (Ha caido en PAU sept 02) llevaron a cabo un diseño experimental para decidir entre tres posibles hipótesis que se habían sugerido:

a) Hipótesis conservativa: Las dos cadenas originales se mantienen juntas en un ADN, siendo la otra molécula de ADN totalmente nueva.

b) Hipótesis seemiconservativa: Se conserva una de las dos cadenas de ADN original en cada replicación, la otra es de nueva formación (sugerida por Watson y Crick).

c) Hipótesis dispersiva: Las dos cadenas del ADN original se reparten en fragmentos entre las cuatro cadenas formadas en la replicación.

Cultivaron la bacteria E. Coli en un medio que contenía un isótopo pesado del nitrógeno, el 15N (el isótopo normal es el 14N). Después de crecer durante varias generaciones en un medio con 15N, el ADN de las bacterias era más denso. Aunque la densidad de este ADN era sólo aproximadamente 1% mayor que la del ADN normal, formó una banda separada y distinta en el gradiente de CsCl. Luego colocaron una muestra de células que contenían 15N; las células quedaron en ese medio el tiempo suficiente como para que el ADN se replicase una vez (una sola generación de bacterias). Se sometió una muestra del ADN de estas células a un proceso de ultracentrifugación. Con otras muestras se hizo lo mismo pero después de dos y tres generaciones de células. Se pudo comprobar que la cantidad de ADN liviano (con 14N) aumentaba en cada generación y en las tres generaciones obtenidas se observaba una franja de ADN con densidad intermedia (por contener 15N y 14N).

Esto confirmó la hipótesis llamada semiconservativa (por conservarse una de las hebras del ADN original en cada replicación, siendo la otra hebra o cadena de nucleótidos de nueva formación) propuesta por los descubridores de la doble hélice.

MECANISMO DE REPLICACIÓN

El mecanismo de replicación es un proceso que ocurre una sola vez en cada generación celular, durante la fase S del ciclo celular.

El principio de la replicación según el cual cada cadena de la doble hélice de ADN sirve como molde para la formación de una nueva cadena es considerablemente complejo. Se pueden diferenciar las siguientes etapas:

1.- La iniciación siempre comienza con una secuencia específica de nucleótidos conocida como origen de la replicación; requiere enzimas llamadas helicasas, las cuales rompen los enlaces de hidrógeno que mantienen unidas las bases complementarias, abriendo así la doble hélice.

2.- Las separaciones de las cadenas, provoca superenrollamientos en las zonas vecinas, por lo que existen otras enzimas, las topoisomerasas o girasas que rebajan la tensión.

3.- Una vez separadas

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