Los ácidos nucleicos son los portadores de la información genética

A lo largo del siglo XX se descubrió la inmensa importancia biológica de los ácidos nucleicos como moléculas portadoras de la información biológica, mediante varias experiencias científicas:

Experimento de Griffith (1928) con ratones y Streptococcus (Diplococcus) pneumoniae (Bacterias causantes de la neumonía o neumococos):

A un ratón se le inoculaban bacterias S (capsuladas y virulentas), entonces el ratón moría y se recuperaban bacterias S vivas.

A otro ratón se le inoculaban bacterias R (sin cápsula y no virulentas), entonces el ratón sobrevivía y no se recuperaban bacterias.

Si a otro ratón se le inoculaban bacterias S muertas por el calor, el ratón también sobrevivía y no se recuperaban bacterias.

A otro ratón se le inoculaban bacterias R y bacterias S muertas por el calor, entonces el ratón moría y se recuperaban bacterias S vivas.

F. Griffith supuso que existía un “principio transformante” que pasaba de las bacterias S muertas a las bacterias R, siendo éstas transformadas en bacterias S que mataban al ratón. Por tanto, dicho "principio" llevaba la información biológica de las bacterias S. 

Su muerte en un bombardeo durante la 2ª guerra mundial, en 1941, le privó de todo reconocimiento de la comunidad científica, ya que hasta bastantes años después no se hizo evidente la importancia de su famoso experimento.

Experiencias de Avery, Mac Leod y Mc Carty (1944) que completaron los trabajos anteriores con bacterias de la neumonía y demostraron que el "principio transformante" es el ADN bacteriano.

Los resultados obtenidos por Avery y sus colaboradores, fruto del trabajo de muchos años, fueron difundidos en las más importantes publicaciones científicas, pero no obtuvieron el inmediato reconocimiento que hubiera sido de esperar. Casi nadie conoce a O.T. Avery y ni siquiera recibió ningún premio importante en reconocimiento a su trabajo: se dice que probablemente éste haya sido el más grande científico entre los que no han recibido el Premio Nobel.

Experiencias de Hershey y Chase (1952) que trabajaron con fagos T2 marcados radiactivamente con P³², que marca el ácido nucleico, y con S³⁵ que marca la proteína. Cuando se infectaba bacterias con fagos marcados con fósforo y azufre radiactivos se obtenían nuevos fagos sólo marcados con fósforo, lo que demostraba que la molécula infectante era el ácido nucleico y no la proteína.

Animación del experimento

Experiencias de Gierer y Scharamm (1956) con el virus del mosaico del tabaco (TMV) que no contiene ADN sino ARN. Cuando se inoculaban hojas de tabaco con el TMV se producía la enfermedad (mosaico). Si se inoculaba sólo con la proteína o cápside del virus no había infección, pero ésta se producía al inocular con el ARN vírico.

Si se utilizaban virus mixtos (ARN del TMV_A y proteína del TMV_B) se producía una infección típica del TMV_A. Y si se usaba ARN del TMV_B y proteína del _TMVA se producía una infección típica del TMV_B 

Por tanto, todas estas experiencias demostraron que los ácidos nucleicos, tanto el ADN como el ARN (este último sólo en ciertos virus), son las moléculas que llevan la información hereditaria (genes) de los individuos, y son capaces de transmitirla a la siguiente generación.

Historia de un descubrimiento fundamental en Biología

Para comenzar el tema de genética molecular nos viene estupendamente hacer un poco de historia sobre el descubrimiento de los ácidos nucleicos y de su importantísima función en los seres vivos. El texto está copiado de nuestra web colaborativa de Ampliación de Biología y geología de 4º de ESO:

Entre 1868 y 1869, el suizo Friedrich Miescher (1844-1895), siendo estudiante postdoctoral en el laboratorio de Frierich Hoppe-Seyler en Tübingen, aisló núcleos a partir de leucocitos del pus de los vendajes usados de hospital. Tras un tratamiento simple, comprobó que estaban formados por una única sustancia química muy homogénea y no proteica que denominó nucleína —el término «ácido nucleico» fue acuñado posteriormente por R. Altman en 1889—. Según sus palabras, la nucleína son «sustancias ricas en fósforo localizadas exclusivamente en el núcleo celular».

Este descubrimiento, que se publicó por primera vez en 1871, al principio no pareció relevante, hasta que Albrecht Kossel hizo las primeras investigaciones de su estructura química. Establece las bases de la estructura del ADN, al estudiar las nucleínas (nucleoproteínas) mostrando que consistían en una porción proteica y otra no proteica (ácidos nucleicos).

Este trabajo dio acceso a Kossel al Premio Nobel en 1910. El trabajo fue continuado por su discípulo, el químico ruso-americano Phoebus Levene (1869-1940), quien comprobó en 1900 que la nucleína se encontraba en todos los tipos de células animales analizadas. Más adelante, en 1909, comprobó las evidencias de Kossel, obteniendo que los ácidos nucleicos estaban compuestos de ácido fosfórico, una pentosa, y las bases nitrogenadas. La pentosa aislada de la nucleína de levadura comprobó que era ribosa. Tuvo que esperar hasta 1929 para identificar que la pentosa aislada del timo de los animales era desoxirribosa. Esta diferencia le hizo proponer que la nucleína de los animales era el nucleato de desoxirribosa (hoy en día llamado ácido desoxirribonucleico o ADN), mientras que los vegetales contenían el nucleato de ribosa (ácido ribonucleico o ARN).

E. Zacharias demuestra en 1881 que la naturaleza química de los cromosomas era nucleína. Entre 1879 y 1882 Walther Flemming (1843-1905) y Robert Feulgen, independientemente, desarrollan nuevas técnicas de tinción (se conoce como tinción de Feulgen) y logran visualizar los cromosomas en división, lo que les permitió describir la manera en que se replican los cromosomas (la mitosis).

En 1889 August Weismann (1834-1914) asocia de manera teórica, casi intuitiva, la herencia y los cromosomas, puesto que hubo que esperar hasta 1902 para que Walter S. Sutton (1877-1916) proponga, gracias a evidencias experimentales, que los genes de Mendel son unidades físicas que realmente se localizan en los cromosomas (la llamada teoría cromosómica de la herencia). Parte del trabajo que permitió a Sutton proponer ese modelo se debió al descubrimiento de la meiosis, junto a Theodor Boveri (1862-1915).

A su vez, Thomas Hunt Morgan (1866-1945) en la Universidad de Columbia (1909), realiza los experimentos con la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) que hoy se consideran clásicos sobre los rasgos genéticos ligados al sexo, lo que le valió el Premio Nobel en 1933.

Rosalind Franklin

El posterior y famosísimo descubrimiento de la estructura en doble hélice del ADN (ver animación y vídeo), en 1953,  por James Watson y Francis Crick, gracias a las reglas de Chargaff y, sobre todo, a las imágenes de cristalografía de rayos X obtenidas por M. Wilkins (quien compartió el premio Nobel en 1962 con Watson y Crick) y Rosalind Franklin, daría para una montaña de libros, pero nos podemos conformar con ver el siguiente vídeo y este otro vídeo en V.O.S.

Imagen de rayos X del ADN ("fotografía 51")

Y merece la pena conocer más del trabajo de investigación y de la biografía de Rosalind Franklin (1920-1958) y este vídeo en galego.

El enorme mérito de Mendel

Releyendo una pequeña historia de la Genética y de los genetistas en el delicioso libro de N. Lúchnik, de título "Por qué me parezco a mi padre", me vuelve a aparecer la meritoria figura de  J. Gregor Mendel, considerado por muchos como el "padre" de la Genética.

¿Por qué se le considera el precursor de la Genética moderna? Una posible explicación se puede deducir del siguiente texto, extraído del libro anteriormente mencionado:

"A diferencia de sus antecesores, quienes realizaban cruzamientos interespecíficos, es decir, trataban con las diferencias de un gran número de caracteres, Mendel se puso a investigar caracteres aislados y bien discernibles. En todos los experimentos cruzaba plantas que sólo se diferenciaban en uno de los caracteres y eran totalmente idénticos en todo lo demás.

Para comenzar, Mendel encargó a distintas casas especializadas en semillas 34 variedades de guisante (Pisum sativum). Pero los experimentos no los empezó de inmediato. Durante dos años estuvo comprobando la pureza de las variedades recibidas y una vez convencido de que daban una descendencia totalmente homogénea, comenzó los experimentos.

Los experimentos eran difíciles y minuciosos. El guisante se eligió, en particular, porque en él está excluida por completo la polinización cruzada fortuita (el estigma se cubre con su propio polen antes del florecimiento). Mendel depositaba polen ajeno en el estigma. Este procedimiento debía repetirlo con cada flor, y eran centenares y miles.

Uniformidad de los híbridos de la 1ª generación

En todos los experimentos se obtuvo un cuadro análogo. Mendel cruzaba, por ejemplo, plantas de semillas redondas (lisas) y semillas arrugadas, mientras que los descendientes de todas resultaron redondas. Además, ese resultado se obtenía independientemente de si semillas redondas las tenía o no la planta materna o paterna. Significaba que la forma redonda o lisa dominaba totalmente sobre la forma arrugada.

 Después  Mendel siembra las semillas híbridas y no hace nada más: que se autopolinicen. Y qué cosa tan asombrosa: si en la primera generación todas las plantas eran totalmente homogéneas y manifestaban sólo caracteres dominantes, en cambio, en la segunda se observaba mayor diversidad. Había muchas más plantas con caracteres dominantes, pero también eran bastantes las que tenían caracteres opuestos (llamados recesivos). Y lo más interesante era que entre los caracteres dominantes y recesivos se observaba una correlación muy determinada. La cantidad de semillas lisas fue 2,96 veces mayor, es decir, casi 3 veces.

Mendel no sólo repitió, sino que continuó lo empezado. Observó cómo sería, después de la autopolinización, la tercera generación y otra vez se presentó un cuadro nuevo. Después de la autopolinización de las plantas con caracteres recesivos no se producía ninguna segregación: toda la generación resultaba ser homogénea. En lo referente a las plantas con caracteres dominantes, éstas se portaban de manera distinta. Algunas, al igual que las plantas con caracteres recesivos, a continuación no presentaban segregación. Las demás, igual que antes, originaban la segregación de 1 : 3. Y aquí también se manifestaba una correlación cuantitativa determinada: una tercera parte de los dominantes no se segregaban; las dos terceras partes restantes se segregaban.

Mendel llegó a la conclusión de que sería más justo sustituir la segregación observada de 3 : 1 por la proporción de 2 : 1 : 1. Es decir, 1/2 daba semillas híbridas; 1/4, dominantes que no se segregaban y 1/4, recesivas. Esto era todo el cuadro. El fenómeno hereditario encajó en varias reglas sencillas. Para hacer una narración de ellas, nos hicieron falta bastantes palabras, pero representadas en un esquema, estas reglas tienen un aspecto muy simple. Estas son precisamente las famosas leyes de Mendel, como las llamara más tarde el botánico holandés Hugo De Vries".

Las células más sencillas: los procariotas

Después de estudiar una breve historia del descubrimiento de la célula (el término surgió en el siglo XVII) y su investigación posterior (para ello es muy recomendable visitar la web titulada "La ventana de Hooke"), gracias fundamentalmente a los avances en microscopía, vamos a ver las células más simples y, probablemente, más antiguas y de las que derivan las células eucariotas. Se trata de las células procariotas, que constituyen el Reino de los Móneras.








Y unos vídeos muy originales: