" Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid " 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 volumen 171 (fechado el 25 de abril de 1953). [1] [2]
Este artículo se suele calificar de "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 conserven en el interior de los organismos y cómo se transmiten de generación en generación. El artículo presenta una solución sencilla 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 .
La aplicación de la física y la química a los problemas biológicos condujo al desarrollo de la biología molecular, que se ocupa especialmente del flujo y las consecuencias de la información biológica del ADN a las proteínas . El descubrimiento de la doble hélice del ADN dejó claro que los genes son partes funcionalmente definidas de las moléculas de ADN y que debe haber una manera de que las células traduzcan la información del ADN a aminoácidos específicos, que forman las 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 de importancia fundamental de las proteínas. A principios de 1953, Pauling publicó un modelo de triple hélice del ADN, que posteriormente resultó ser incorrecto. [3] Tanto Crick como, en particular, 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 Delbrück sobre la base física de la vida estimuló a Erwin Schrödinger a escribir ¿Qué es la vida?. El libro de Schrödinger ejerció una importante influencia sobre Crick y Watson. Los esfuerzos de Delbrück por promover el " Grupo de los Fagos " (que exploraba la genética a través de los virus que infectan a las bacterias) fueron importantes para el desarrollo temprano de la biología molecular en general y para el desarrollo de los intereses científicos de Watson en particular. [4]
Crick, Watson y Maurice Wilkins ganaron el Premio Nobel de Medicina en reconocimiento por su descubrimiento de la doble hélice del ADN.
No siempre es fácil relacionar la estructura de una molécula con su función. Lo que hace que la estructura del ADN esté tan claramente relacionada con su función se describe 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".
El "emparejamiento específico" es una característica clave del modelo de Watson y Crick del ADN, el apareamiento de subunidades de nucleótidos . [5] En el ADN, la cantidad de guanina es igual a la de citosina y la cantidad de adenina es igual a la de timina . Los pares A:T y C:G son estructuralmente similares. En particular, la longitud de cada par de bases es la misma y encajan 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 modelo de doble hélice del ADN con los enlaces de hidrógeno en el núcleo de la hélice proporcionando una forma de descomprimir las dos hebras complementarias para una fácil replicación : el último requisito clave para un modelo probable de la molécula genética.
De hecho, el apareamiento de bases sugirió una manera de copiar una molécula de ADN: basta con separar las dos cadenas principales de azúcar y fosfato, cada una con sus componentes A, T, G y C unidos por enlaces de hidrógeno. Cada hebra podría entonces usarse como plantilla para ensamblar una nueva hebra complementaria de pares de bases.
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Cuando Watson y Crick produjeron su modelo de doble hélice del ADN, se sabía que la mayoría de las características especializadas de las diferentes formas de vida en la Tierra son posibles gracias a las proteínas . Estructuralmente, las proteínas son largas cadenas de subunidades de aminoácidos . De alguna manera, la molécula genética, el ADN, tenía que contener instrucciones sobre cómo fabricar las miles de proteínas que se encuentran en las células. A partir del modelo de doble hélice del 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 que fabriquen proteínas específicas fueron elaborados 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 del código genético . [6]
Otros avances en biología molecular derivados del descubrimiento de la doble hélice del ADN condujeron finalmente 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 central 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 hacer de Estructura molecular de los ácidos nucleicos; Estructura del ácido nucleico desoxirribonucleico uno de los artículos de biología más destacados del siglo XX.
Aunque Watson y Crick fueron los primeros en reunir todos los fragmentos dispersos de información que se requerían para producir un modelo molecular exitoso del ADN, sus hallazgos se basaron en datos recopilados por investigadores de varios otros laboratorios. Por ejemplo, se basaron en investigaciones publicadas relacionadas con el descubrimiento de los 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 utilizó una cantidad considerable de material del trabajo inédito de Rosalind Franklin , AR Stokes , Maurice Wilkins y HR 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 reconocía que habían sido "estimulados" por los resultados experimentales de los investigadores del King's College, y un reconocimiento similar fue publicado por Wilkins, Stokes y Wilson en el siguiente artículo de tres páginas.
En 1968, Watson publicó un relato autobiográfico muy controvertido del descubrimiento de la estructura molecular de doble hélice del ADN llamado The Double Helix , que no fue aceptado públicamente ni por Crick ni por Wilkins. [13] Además, Erwin Chargaff también publicó una "crítica bastante antipática" 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 tuvieron acceso a algunos de los datos de Franklin de una fuente que ella desconocía, y también que había visto, sin su permiso, el patrón de difracción de rayos X del ADN-B 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 de Cambridge, que contaba con el apoyo del MRC, mientras que Wilkins y Franklin trabajaban en el laboratorio de King's, en Londres, que contaba con el apoyo del MRC. Estos informes del MRC no solían circular 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 de B-ADN y A-ADN a Crick y Watson fue que el informe contenía información que Watson había escuchado antes, en noviembre de 1951, cuando Franklin habló sobre sus resultados no publicados con Raymond Gosling durante una reunión organizada por MHF Wilkins en el 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 por promover un contacto más amplio entre diferentes grupos de investigación del MRC y no era confidencial. [16] 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 del MRC de Franklin. Crick y Watson luego buscaron permiso del director del Laboratorio Cavendish, William Lawrence Bragg , para publicar su modelo molecular de doble hélice del ADN 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 Franklin estaba diciendo sobre la simetría estructural de la molécula de ADN. [14] Crick, sin embargo, conociendo 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 indicativo de que lo más probable es que el ADN fuera una doble hélice con las dos cadenas de polinucleótidos corriendo en direcciones opuestas. Crick estaba así 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 lo admitió explícitamente en su libro La doble hélice . [14]
