Introducción a la ciencia II. Ciencias Biológicas (29 page)

El ácido nucleico de la levadura contenía «ribosa», mientras que el ácido timonucleico contenía un azúcar idéntico a la ribosa, salvo por la ausencia de un átomo de oxígeno, de tal modo que este azúcar fue denominado «desoxirribosa». Sus fórmulas son:

En consecuencia, las dos variedades de ácido nucleico fueron denominadas «ácido ribonucleico» (ARN) y «ácido desoxirribonucleico» (ADN).

Además de por sus azúcares, los dos ácidos nucleicos también difieren en una de las pirimidinas. El ARN tiene «uracilo» en lugar de timina. No obstante, el uracilo es muy similar a la timina, como puede apreciarse a partir de la fórmula:

Hacia 1934 Levene fue capaz de demostrar que los ácidos nucleicos podían ser escindidos en fragmentos que contenían una purina o una pirimidina, la ribosa o la desoxirribosa, y un grupo fosfato. A esta combinación se la denominó «nucleótido». Levene indicó que la molécula de ácido nucleico estaba constituida por nucleótidos, de la misma manera que una proteína está formada por aminoácidos. Sus estudios cuantitativos le sugirieron que la molécula consistía precisamente de cuatro unidades de nucleótidos, una conteniendo adenina, otra guanina, otra citosina y por último otra timina (en el ADN) o uracilo (en el ARN). Sin embargo, con el tiempo se apreció que lo que Levene había aislado no eran moléculas de ácido nucleico, sino fragmentos de ellas, y, más tarde, a mediados de la década de los cincuenta, los bioquímicos hallaron que los pesos moleculares de los ácidos nucleicos llegaban a ser de hasta 6 millones. Así, pues, realmente, los ácidos nucleicos tienen un tamaño molecular igual o quizá superior al de las proteínas.

La forma exacta en que los nucleótidos están constituidos y engarzados fue confirmada por el bioquímico británico Alexander Robertus Todd, quien sintetizó una serie de nucleótidos a partir de fragmentos más simples y unió cuidadosamente los nucleótidos entre sí, en condiciones que sólo permitían la formación de un determinado tipo de enlace. Por este trabajo recibió el premio Nobel de Química de 1957.

En consecuencia, la estructura general del ácido nucleico podría ser considerada como algo similar a la estructura general de las proteínas. La molécula proteica está constituida por una columna vertebral de naturaleza polipéptida, de la que emergen las cadenas laterales de los aminoácidos individuales. En los ácidos nucleicos, la porción azúcar de un nucleótido se halla unida a la porción azúcar del próximo mediante un grupo fosfato unido a ambas. Así, pues, existe en ellos un «cuerpo de azúcar fosfato», que corre a lo largo de la molécula. Desde ésta se proyectan purinas y pirimidinas, una a partir de cada nucleótido.

Quedó así claro que las nucleoproteínas consistían en dos partes, que eran cada una de ellas unas grandes
macromoléculas
. Y así se hacía cada vez más urgente resolver el asunto de la función de la porción acidonucleica.

Mediante el uso de técnicas de coloración, los investigadores comenzaron a establecer la localización de los ácidos nucleicos en la célula. El químico alemán Robert Feulgen, empleando un colorante rojo que teñía al ADN, pero no al ARN, halló que el ADN estaba localizado en el núcleo celular, específicamente en los cromosomas. Detectó este ácido, no solamente en las células animales, sino también en las vegetales. Además, por tinción del ARN, demostró que este ácido nucleico existía tanto en las células animales como en las vegetales. En resumen, los ácidos nucleicos eran materiales de distribución universal, que existían en todas las células vivientes.

El bioquímico sueco Torbjörn Caspersson estudió más detalladamente la cuestión, suprimiendo uno de los ácidos nucleicos (mediante una enzima que los escindía en fragmentos solubles, que podían ser eliminados de las células mediante su lavado) y concentrando el otro. Seguidamente fotografió la célula con luz ultravioleta; ya que un ácido nucleico absorbe este tipo de luz con mucha más intensidad de lo que lo hacen los otros componentes celulares, se pudo apreciar claramente la localización del ADN o del ARN, según fuera el que permanecía en la célula. El ADN aparecía localizado sólo en los cromosomas. El ARN se hallaba principalmente en ciertas partículas de citoplasma. Parte del ARN también se encontraba en el «nucleolo», una estructura en el interior del núcleo. (En 1948, el bioquímico Alfred Ezra Mirsky, del «Instituto Rockefeller», demostró que pequeñas cantidades del ARN se hallaban presentes en los cromosomas, mientras que Ruth Sager demostró a su vez que el ADN podía encontrarse en el citoplasma, particularmente en los cloroplastos de las plantas.)

Las fotografías de Caspersson pusieron de manifiesto que el ADN se hallaba localizado en bandas existentes en los cromosomas. ¿Era posible que las moléculas de ADN no fueran otra cosa que genes, los cuales, hasta entonces, sólo habían tenido una existencia vaga y amorfa?

Durante los años cuarenta, los bioquímicos siguieron esta senda con creciente excitación. Consideraban particularmente significativo que la cantidad de ADN en las células del organismo fuera siempre rígidamente constante, salvo en los espermatozoides y óvulos, que contenían la mitad de esta cantidad, lo que era de esperar ya que tenían sólo la mitad del número de cromosomas de las células normales. La cantidad de ARN y de proteína en los cromosomas podía variar considerablemente, pero la cantidad de ADN permanecía fija. Éste, evidentemente, parecía indicar una estrecha relación entre el ADN y los genes.

La cola del ácido nucleico estaba comenzando a mover al perro protína, y a continuación se realizaron algunas notables observaciones que parecían mostrar que la cola
era
el perro

Los bacteriólogos hacía mucho tiempo que habían estudiado dos cepas diferentes de neumococos criados en el laboratorio; uno con un suave manto compuesto por complejos hidratos de carbono; el otro carecía de este manto y, por lo tanto, era de apariencia rugosa. Al parecer, la cepa rugosa carecía de alguna enzima necesaria para formar la cápsula de hidratos de carbono. Pero, un bacteriólogo inglés, llamado Fred Griffith, descubrió que, si bacterias muertas de la variedad lisa se mezclaban con las vivas de variedad rugosa y luego se inyectaban en un ratón, los tejidos del ratón infectado llegarían en su momento a contener neumococos vivos de la variedad lisa … ¿Y cómo podía suceder esto? Los neumococos muertos era imposible que hubiesen vuelto a la vida. Algo debía de haber transformado a los neumococos rugosos, puesto que ahora eran capaces de formar un manto liso. ¿Y qué era eso? Evidentemente, se trataba de algún factor procedente de las bacterias muertas de la cepa de manto liso.

En 1944, tres bioquímicos norteamericanos, Oswald Theodore Avery, Colin Munro Macleod y Maclyn McCarty, identificaron el principio que determinaba esta transformación. Era el ADN. Cuando aislaron a este ácido puro a partir de la cepa lisa y lo adicionaron a neumococos rugosos, aquél bastó para transformar la cepa rugosa en una lisa.

Las investigaciones prosiguieron a fin de aislar otros principios transformadores, que implicaban otras bacterias y otras propiedades y, en todos los casos, el principio demostró ser una variedad de ADN. La única conclusión plausible era que el ADN podía actuar como un gen. En realidad, varias investigaciones, realizadas particularmente con virus (ver capítulo 14), mostraron que la proteína asociada al ADN es casi superflua desde el punto de vista genético: el ADN puede producir efectos genéticos por sí mismo, ya sea en el cromosoma o —en el caso de la herencia no cromosómica— en los cuerpos citoplásmicos tales como los cloroplastos y mitocondrios .

Si el ADN es la clave de la herencia, debe poseer una estructura compleja, puesto que debe transportar un modelo elaborado, o clave de instrucciones (el «código genético»), para la síntesis de enzimas específicas. Y si está compuesto por las cuatro clases de nucleótidos, no puede encontrarse en una disposición regular, como, por ejemplo, 1, 2, 3, 4, 1, 2, 3, 4, 1, 2, 3, 4 … Una molécula así sería demasiado simple para llevar un proyecto original para las enzimas. En efecto, el bioquímico norteamericano Erwin Chargaff y sus colaboradores encontraron, en 1948, que la composición de los ácidos nucleicos era mucho más compleja de lo que se había creído. Su análisis mostró que las diversas purinas y primidinas no se hallaban presentes en iguales cantidades, y que la proporción varía en los diferentes ácidos nucléicos.

Todo parecía revelar que las cuatro purinas y pirimidinas se hallaban distribuidas al azar a lo largo de la columna vertebral del ADN de manera similar a como las cadenas laterales de los aminoácidos se hallan dispuestas a lo largo de la columna vertebral peptídica. Pero, al parecer, ciertos hechos se repetían con regularidad. En cualquier molécula de ADN dada, el número total de purinas parecía ser siempre igual al número total de pirimidinas. Además, el número de adeninas (una purina) era siempre igual al número de timinas (una pirimidina), en tanto que el número de guaninas (la otra purina) siempre era idéntico al de citosinas (la otra pirimidina).

Podríamos simbolizar la adenina con una A, la guanina con una G, la timina con una T y la citosina con una C. En tal caso, las purinas serían A + G y las pirimidinas T + C. Los resultados obtenidos por lo que respecta a la composición de cualquier molécula dada de ADN podrían resumirse de la manera siguiente:

A = T

G = C

A + G = T + C

También se apreciaron características más generales que aparecían con regularidad. Ya en el año 1938, Astbury había señalado que los ácidos nucleicos difractaban los rayos X, lo que constituía un hecho positivo en favor de la existencia de regularidades estructurales en la molécula. El bioquímico británico de origen neocelandés, Maurice Hugh Frederick Wilkins, calculó que estas regularidades se repetían a intervalos considerablemente mayores que la distancia de un nucleótido a otro. Una conclusión lógica era que la molécula de ácido nucleico adoptaba la forma de una hélice, con las espirales de la hélice formando la unidad de repetición apreciada mediante los rayos X. Esta hipótesis era sumamente atractiva debido a que Linus Pauling demostró por aquel entonces la estructura helicoidal de ciertas moléculas proteicas.

Las conclusiones de Wilkins se basaron en gran parte en la tarea de difracción de los rayos X llevada a cabo por su colaboradora, Rosalind Elsie Franklin, cuyo papel en los estudios no pudieron dar mucho de sí, en parte a causa de las actitudes antifeministas por parte del
stablishment
científico brtánico

En 1953, el físico inglés Francis Harry Compton Crick y sus colaboradores, el bioquímico norteamericano (y, al mismo tiempo, «niño prodigio») James Dewey Watson, reunieron toda la información disponible y elaboraron un modelo revolucionario de la molécula del ácido nucleico —un modelo que se representó no simplemente como una hélice, sino (y éste era el punto clave) como una hélice doble— dos cuerpos de azúcar-fosfato, que arrollaban de manera similar a una escala en espiral con dos vías de ascensión, dispuestas a lo largo del mismo eje vertical. A partir de cada cadena de azúcar-fosfato emergían las purinas y pirimidinas aproximándose entre sí y formando los peldaños de esta escalera en espiral (fig. 13.6).

Fig.13.6. Modelo de la molécula de ácido nucleico. El dibujo a la izquierda muestra la doble hélice; en el centro se muestra con mayor detalle una porción de ella (omitiendo los átomos de hidrógeno); a la derecha se representan las combinaciones de nucleótidos.