Identificación de la estructura del ADN:
En 1949 Crick se trasladó al Laboratorio Cavendish de la Universidad de Cambridge para obtener el título de doctor. Trabajando con el físico y premio Nobel británico William Bragg, Crick estudió la estructura de las proteínas mediante difracción de rayos X. La técnica de difracción de rayos X permite obtener modelos de la estructura química de una molécula. Finalmente, se cambió a una unidad del Medical Research Council (MRC), un laboratorio de financiación pública localizado en la Universidad de Cambridge. Crick trabajó bajo la tutela del bioquímico británico de origen austriaco Max Perutz y, junto al bioquímico británico, John Kendrew, dos futuros premios Nobel. Crick estudió inicialmente la estructura de la hemoglobina, una proteína de color rojo, rica en hierro, que transporta el oxígeno en la sangre. Sin embargo, no pasó mucho tiempo hasta que Crick centró su interés en el estudio de la estructura del ácido desoxirribonucleico. En 1951 Watson se unió a Crick en el Laboratorio del Medical Research Council (MRC). Ambos compartieron el mismo deseo apasionado por determinar la estructura del ADN y, durante los dos años siguientes, trabajaron juntos en esas investigaciones. Wilkins y la biofísica británica Rosalind Franklin empleaban el análisis mediante difracción de rayos X para el estudio de la molécula de ADN en el King´s College de Londres. Crick y Watson aplicaron los estudios de difracción de rayos X creados por Wilkins y Franklin a sus propias investigaciones. Después de varios intentos sin éxito, Crick y Watson usaron los modelos obtenidos por Franklin mediante difracción de rayos X para desarrollar un modelo tridimensional de la estructura del ADN. Este modelo representaba el ADN como dos cadenas complementarias enrolladas formando una doble hélice. En 1953 Crick y Watson publicaron sus hallazgos en la revista científica Nature. Gracias a estos trabajos, los científicos pudieron comprender y describir los seres vivos en términos de estructura e interacción de moléculas por primera vez. Reconocido como uno de los descubrimientos más significativos del siglo XX, la identificación de la estructura del ADN influye prácticamente en todas las disciplinas científicas de las ciencias de la vida.

Otras contribuciones a la Genética:
Crick recibió su grado de doctor por la Universidad de Cambridge en 1953. Después trabajó con Watson durante algún tiempo, estudiando la estructura de los virus. Pero, finalmente, regresó al estudio del ADN y sus hallazgos provocaron numerosos avances en el campo de la genética. Él y sus colaboradores determinaron cómo el orden de las bases, subunidades químicas del ADN, actúan como un código que determina la secuencia de aminoácidos en las proteínas. Junto al genetista británico de origen sudafricano Sydney Brenner, Crick descubrió que los codones, grupos de tres bases, proporcionan las instrucciones para la síntesis de los veinte aminoácidos conocidos. Crick lanzó dos teorías sorprendentes que han superado la prueba del tiempo. En su hipótesis del adaptador, Crick sugirió que pequeñas moléculas de ácido ribonucleico (ARN) junto con diversos enzimas funcionan como intermediarios entre el ADN y los aminoácidos durante la síntesis de proteínas. Recibida inicialmente con escepticismo por la comunidad científica, la teoría acabó confirmando su validez con el descubrimiento del ARN de transferencia y las enzimas adaptadoras. Crick también postuló la teoría de que el flujo de información genética va del ADN al ARN y desde éste a la proteína, y que la información genética no puede fluir en el otro sentido. Esta teoría ha sido puesta a prueba repetidamente desde que Crick la presentara en una reunión de la Sociedad Experimental de Biología en 1957 y en la actualidad está considerada un principio crucial de la biología molecular.

Ultimas investigaciones:
En 1977 Crick se trasladó al Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla (California), donde desarrolló su interés por la neurobiología, estudiando el funcionamiento del cerebro. También trabajó en cuestiones relacionadas con los orígenes de la vida en la Tierra. Nunca tuvo miedo de emitir una teoría controvertida y en 1981 escribió Life itself, libro en el que argumentaba que la vida en la Tierra podría haberse originado a partir de microorganismos que llegaron desde cualquier otro lugar del Universo. Otros libros de Crick son Molecules and Men (Moléculas y hombres, 1966) y The Astonishing Hipotesis (La hipótesis asombrosa, 1994). También publicó más de 130 artículos científicos. Además del Premio Nobel, Crick recibió el Premio Lasker. Fue miembro de la Academia Nacional de Ciencias de Estados Unidos, la Royal Society, la Academia Francesa de las Ciencias y la Academia Irlandesa.

Acidos nucleicos:
Moléculas muy complejas que producen las células vivas y los virus. Reciben este nombre porque fueron aisladas por primera vez del núcleo de células vivas. Sin embargo, ciertos ácidos nucleicos no se encuentran en el núcleo de la célula, sino en el citoplasma celular. Los ácidos nucleicos tienen al menos dos funciones: transmitir las características hereditarias de una generación a la siguiente y dirigir la síntesis de proteínas específicas. El modo en que los ácidos nucleicos realizan estas funciones es el objetivo de algunas de las más prometedoras e intensas investigaciones actuales. Los ácidos nucleicos son las sustancias fundamentales de los seres vivos, y se cree que aparecieron hace unos 3.000 millones de años, cuando surgieron en la Tierra las formas de vida más elementales. Los investigadores han aceptado que el origen del código genético que portan estas moléculas es muy cercano en el tiempo al origen de la vida en la Tierra (véase Evolución; Genética). Los bioquímicos han conseguido descifrarlo, es decir, determinar la forma en que la secuencia de los ácidos nucleicos dicta la estructura de las proteínas. Las dos clases de ácidos nucleicos son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). Tanto la molécula de ARN como la molécula de ADN tienen una estructura de forma helicoidal. Su peso molecular es del orden de millones. A las cadenas se les unen una gran cantidad de moléculas más pequeñas (grupos laterales) de cuatro tipos diferentes (véase Aminoácidos). La secuencia de estas moléculas a lo largo de la cadena determina el código de cada ácido nucleico particular. A su vez, este código indica a la célula cómo reproducir un duplicado de sí misma o las proteínas que necesita para su supervivencia. Todas las células vivas codifican el material genético en forma de ADN. Las células bacterianas pueden tener una sola cadena de ADN, pero esta cadena contiene toda la información necesaria para que la célula produzca unos descendientes iguales a ella. En las células de los mamíferos las cadenas de ADN están agrupadas formando cromosomas. En resumen, la estructura de una molécula de ADN, o de una combinación de moléculas de ADN, determina la forma y la función de la descendencia. Algunos virus, llamados retrovirus, sólo contienen ARN en lugar de ADN, pero los virus no suelen considerarse verdaderos organismos vivos. La investigación pionera que reveló la estructura general del ADN fue llevada a cabo por los biofísicos británicos Francis Crick, Maurice Wilkins y Rosalind Franklin, y por el bioquímico estadounidense James Watson. Utilizando una fotografía de una difracción de rayos X de la molécula de ADN obtenida por Wilkins en 1951, Watson y Crick elaboraron un modelo de la molécula de ADN, que fue completado en 1953. La estructura del ARN fue descrita por el científico español Severo Ochoa y por el bioquímico estadounidense Arthur Kornberg. Ambos sintetizaron ADN a partir de distintas sustancias. Este ADN tenía una estructura similar a la del ADN natural, pero no era biológicamente activo. Sin embargo, en 1967 junto con un equipo de investigadores de la Universidad de Stanford (EEUU) consiguieron sintetizar ADN biológicamente activo a partir de reactivos muy sencillos. Ciertos tipos de ARN tienen una función diferente de la del ADN. Toman parte en la síntesis de las proteínas que una célula produce. Esto es muy interesante para los virólogos, puesto que muchos virus se reproducen obligando a las células huésped a sintetizar más virus. El virus inyecta su propio ARN en el interior de la célula huésped, y ésta obedece el código del ARN invasor en lugar de obedecer al suyo propio. De este modo, la célula produce proteínas que son, de hecho, víricas en lugar de las proteínas necesarias para el funcionamiento celular. La célula huésped es destruida y los virus recién formados son libres para inyectar su ARN en otras células huésped. Se ha determinado la estructura y la función en la síntesis de proteínas de dos tipos de ARN. El químico indio nacionalizado estadounidense Har Gobind Khorana ha realizado importantes investigaciones sobre la interpretación del código genético y su papel en la síntesis de proteínas. En 1970 realizó la primera síntesis completa de un gen y repitió su logro en 1973. Desde entonces se ha sintetizado un tipo de ARN y se ha demostrado que en algunos casos el ARN puede funcionar como un verdadero catalizador. Véase también Herencia (biología).

Francis Harry Compton Crick (1916-2004):
Biofísico británico galardonado con el premio Nobel de Medicina y Fisología en 1962. Compartió el galardón con el biólogo estadounidense James D. Watson y con el biofísico británico Maurice Wilkins por sus descubrimientos sobre la estructura del ADN, una larga molécula que almacena la información genética de los organismos (véase Ácidos nucleicos). Nació en Northampton, Inglaterra. Asistió a la escuela local y consiguió una beca para estudiar en la Escuela Mill Hill, en el norte de Londres, a los 14 años. Estudió Física en el University College de Londres. Después de su graduación, en 1937, Crick intentó conseguir el título de doctor estudiando las propiedades del agua a temperatura y presión elevadas. La II Guerra Mundial interrumpió sus estudios; durante este periodo Crick trabajó en el servicio científico del Ministerio de Marina, colaborando en el diseño de minas magnéticas y acústicas. Después de la II Guerra Mundial, Crick decidió que su interés estaba en la biología. Hubo dos temas por los que se interesó especialmente: lo que más tarde él mismo describió como la “frontera entre la vida y la no vida” y la neurobiología. Decidió concentrarse inicialmente en el primer objetivo, estudiando los componentes químicos que forman la base de los seres vivos. Así, en 1947 regresó al ámbito escolar para estudiar biología en el Laboratorio de Investigación Strangeways de la Universidad de Cambridge.

James Dewey Watson (1928- ):
Biólogo y genetista estadounidense, galardonado con el Premio Nobel de Fisiología y Medicina. Compartió el premio con los biofísicos británicos Francis Crick y Maurice Wilkins por su contribución al descubrimiento de la estructura del ácido desoxirribonucleico (ADN), la molécula que contiene la información genética. Watson colaboró también en la realización del Proyecto Genoma Humano, programa internacional de colaboración científica que condujo a la identificación de la dotación genética completa de los seres humanos. Nació el 6 de abril de 1928 en Chicago. Compartió con su padre un profundo interés por las aves y a los 15 años ingresó en la Universidad de Chicago para estudiar Zoología. Tras licenciarse en 1947, se trasladó a la Universidad de Indiana. Su intención era doctorarse en ornitología pero, después de la lectura del libro ¿Qué es la vida? (1944), del premio Nobel austriaco Erwin Schrödinger, Watson empezó a interesarse por la genética. En Indiana, estudió con dos premios Nobel: el genetista estadounidense Hermann Muller y el médico estadounidense de origen italiano Salvador Luria. Luria fue uno de los fundadores del Grupo Fago, un grupo informal de científicos de diferentes universidades que estudiaban los bacteriófagos, virus parásitos de las bacterias. Watson realizó la tesis doctoral sobre el efecto de los rayos X sobre la replicación de los bacteriófagos. Obtuvo el doctorado por la Universidad de Indiana en 1950. Siguiendo el consejo de Luria, viajó a Europa para realizar estudios posdoctorales. Desde septiembre de 1950 hasta septiembre de 1951 obtuvo una beca del Nacional Research Council para estudiar en Copenhague y Amsterdam. Durante ese año estudió el ADN en los virus bacteriófagos. En mayo de 1951, Watson acudió a una reunión científica donde conoció a Wilkins del King’s College de Londres. Wilkins mostró a Watson una imagen de difracción de los rayos X por el ADN, molécula que transmite las características genéticas de una generación a la siguiente. La técnica de difracción de los rayos X proporciona modelos de la estructura química de las moléculas. El proyecto de Wilkins condujo a Watson a cambiar la orientación de sus investigaciones hacia el estudio de la estructura molecular del ácido desoxirribonucleico. Watson creía que era posible determinar la estructura del ADN mediante el análisis de los patrones de difracción de los rayos X, y que identificar la estructura del ADN sería la clave para conocer los genes. Para conseguir este objetivo, Watson se incorporó en 1951 al Laboratorio Cavendish en la Universidad de Cambridge, uno de los centros más avanzados de todo el mundo en la aplicación de las técnicas de difracción de rayos X.

Equipo Watson-Crick:
Watson conoció a Crick en Cambridge, donde este último estaba realizando su doctorado sobre la estructura de las proteínas. Ambos estaban profundamente interesados en estudiar la estructura del ADN y, desde 1951 a 1953, Watson y Crick colaboraron en sus estudios sobre esta molécula, mientras continuaban otras investigaciones de forma independiente. Para ayudarles en su investigación, pidieron a Wilkins y a la biofísica británica Rosalind Franklin del King’s College de Londres, que realizaran un análisis de la molécula de ADN mediante difracción de rayos X. Watson y Crick usaron los patrones de difracción de rayos X de la molécula de ADN creados por Franklin para desarrollar un modelo tridimensional de la estructura del ADN. Este modelo representaba el ADN como dos cadenas complementarias enrolladas en una doble hélice. La famosa fotografía de los dos científicos junto a su modelo de doble hélice se ha convertido en un icono de la biología molecular. Watson y Crick presentaron su descubrimiento en la revista científica británica Nature, el 25 de abril de 1953. El modelo de Watson y Crick, como se conoce desde entonces, tuvo una importancia capital en biología. Este modelo permitió a los científicos comprender y describir a los seres vivos, por primera vez, en términos de estructura e interacción de moléculas. El bioquímico estadounidense Arthur Kornberg aportó, en 1956, pruebas experimentales de la exactitud de este modelo. El descubrimiento de la estructura del ADN estableció la base para los rápidos avances obtenidos en biología molecular durante los siguientes cincuenta años.

Ultimas investigaciones:
En 1953 Watson regresó a Estados Unidos, incorporándose, durante el verano, al Laboratorio de Biología Cuantitativa de Cold Spring Harbor de Nueva York, junto al biólogo estadounidense de origen alemán Max Delbrück. Después, hizo un curso de investigación en el Instituto de Tecnología de California, donde empleó la difracción de rayos X para estudiar la estructura del ácido ribonucleico (ARN), una molécula importante para la síntesis de proteínas. En 1955 pasó un año con Crick en la Universidad de Cambridge, estudiando la estructura de los virus, antes de aceptar un cargo en el Departamento de Biología de la Universidad de Harvard. En Harvard, Watson impartió clases de biología molecular y continuó sus investigaciones sobre la función del ARN en la síntesis de proteínas. En 1968, fue nombrado director del Laboratorio de Biología Cuantitativa de Cold Spring Harbor, mientras continuaba trabajando en Harvard. En 1976 dejó esta universidad para convertirse en director con dedicación plena del Laboratorio Cold Spring Harbor. Bajo su dirección, el laboratorio se convirtió en líder en el campo de los oncogenes (genes del cáncer) y de las bases moleculares del cáncer. Entre 1988 y 1992 dirigió el Proyecto Genoma Humano, en los Institutos Nacionales de Salud. En las primeras fases de este proyecto, Watson resultó esencial para convencer al gobierno de Estados Unidos de que aportara la financiación necesaria y para conseguir la colaboración de los gobiernos y de los principales científicos de todo el mundo. Sus preocupaciones sobre la ética de la ciencia y sobre la mala interpretación por la población general de los temas científicos, le llevaron a crear un programa de temas éticos, legales y sociales como parte del trabajo del Proyecto Genoma Humano. Mientras impartía clases en Harvard, Watson escribió un libro muy influyente, La biología molecular de los genes (1965), que estableció las nuevas referencias en este campo. Más tarde, reflejó su propia visión del descubrimiento de la estructura del ADN en La doble hélice (1968). Este libro no sólo constituyó una novedosa autobiografía y un éxito de ventas internacional, sino que impulsó un verdadero debate entre científicos y deleitó a sus numerosos lectores. Además del Premio Nobel, Watson recibió numerosas distinciones, como el Premio Lasker (1960) o la Medalla Nacional de la Ciencia, concedida por el presidente Bill Clinton en 1997.

Mitocondria:
Estructura celular de doble membrana responsable de la conversión de nutrientes en el compuesto rico en energía trifosfato de adenosina (ATP), que actúa como combustible celular. Por esta función que desempeñan, llamada respiración, se dice que las mitocondrias son el motor de la célula. Se encuentran mitocondrias en las células eucariotas (células con el núcleo delimitado por membrana). El número de mitocondrias de una célula depende de la función de esta. Las células con demandas de energía particularmente elevadas, como las musculares, tienen muchas más mitocondrias que otras. Por su acusado parecido con las bacterias aeróbicas (es decir, que necesitan oxígeno), los científicos creen que las mitocondrias han evolucionado a partir de una relación simbiótica o de cooperación entre una bacteria aeróbica y una célula eucariota ancestral.

ESTRUCTURA DE LAS MITOCONDRIAS:
La mitocondria, de formar alargada u oval, tiene una longitud comprendida entre 0,5 y 1 micrómetro, y está envuelta en una membrana doble, de estructura similar a la de la membrana plasmática. La membrana exterior lisa está separada de la interior por un espacio intermembranoso. La membrana interior, replegada en unas estructuras llamadas crestas, rodea una matriz líquida que contiene gran cantidad de enzimas o catalizadores biológicos. Dentro de esta matriz líquida hay ácido desoxirribonucleico mitocondrial (ADNm), que contiene información sobre síntesis directa de proteínas.

FUNCIÓN MITOCONDRIAL:
La principal función de las mitocondrias es generar energía para mantener la actividad celular mediante procesos de respiración aerobia. Los nutrientes se escinden en el citoplasma celular para formar ácido pirúvico, que penetra en la mitocondria. El ácido pirúvico entra en la matriz mitocondrial y, mediante un proceso de descarboxilación oxidativa, produce ácido acético en forma de acetil-coenzima A. Posteriormente, el ácido acético se oxida totalmente, en una serie cíclica de reacciones denominada ciclo de Krebs o ciclo del ácido cítrico, formando dióxido de carbono y transfiriendo electrones (junto con sus núcleos de hidrógeno) a moléculas transportadoras denominadas coenzimas. Los transportadores de electrones NAD+ y FAD se reducen para formar NADH y FADH2. Las reacciones del ciclo de Krebs también tienen lugar en la matriz de la mitocondria. Los electrones recogidos por el NADH y el FADH2 fluyen a lo largo de varios complejos enzimáticos situados en la membrana interna, que constituyen la cadena transportadora de electrones o cadena respiratoria. Estos complejos recogen los electrones y los transportan hasta el oxígeno, su aceptor final. Este transporte de electrones genera un gradiente electroquímico de protones que es utilizado para sintetizar ATP. Este proceso se realiza en los complejos proteicos ATP sintasas, situados en la membrana interna. El ATP formado se libera en el citoplasma de la célula, que lo utiliza prácticamente en todas las reacciones que necesitan energía. Se convierte en ADP, que la célula devuelve a la mitocondria para volver a fosforilarlo.

ORIGEN DE LAS MITOCONDRIAS:
Las mitocondrias tienen características parecidas a los organismos procariotas, células primitivas que carecen de núcleo. Su ADN es circular, como el ADN de la mayoría de los procariotas, y los ribosomas mitocondriales son similares a los de los organismos procariotas. Las mitocondrias se pueden dividir independientemente mediante fisión binaria, el método de división celular empleado por las células procariotas. Todas estas similitudes llevaron a desarrollar la hipótesis endosimbiótica, que supone que ciertos procariotas de vida libre, capaces de realizar la respiración aerobia, fueron engullidos por otros procariotas de mayor tamaño, que no los digirieron sino que los conservaron en su interior. Las dos células desarrollaron una relación simbiótica, de cooperación, en la que la célula hospedadora proporcionaba nutrientes y la célula engullida utilizaba estos nutrientes para llevar a cabo la respiración aerobia, suministrando a la célula hospedadora moléculas de ATP. Estas células procariotas engullidas evolucionaron a mitocondrias.

INVESTIGACIÓN RECIENTE SOBRE LAS MITOCONDRIAS:
El ADN mitocondrial se utiliza para rastrear ciertas enfermedades genéticas y para buscar los ancestros de organismos que contienen células eucariotas. En muchas especies animales, las mitocondrias tienden a seguir una pauta de herencia materna. Cuando una célula se divide, las mitocondrias se duplican con independencia del núcleo. Las dos células hijas formadas después de la división reciben cada una la mitad de las mitocondrias. Cuando el espermatozoide fecunda al óvulo, las mitocondrias del espermatozoide quedan fuera del huevo. El cigoto fecundado hereda, por tanto, solo las mitocondrias de la madre. Esta herencia materna crea un árbol familiar que no se ve afectado por la recombinación de genes que tiene lugar entre el padre y la madre. El ADN mitocondrial además de dirigir la síntesis de enzimas necesarias para llevar a cabo la respiración aerobia, también codifica la síntesis de proteínas presentes en los sistemas nervioso y circulatorio y otras que participan en funciones corporales. Ciertas enfermedades genéticas, como algunas formas de diabetes mellitus, alguna sordera, algunas patologías del corazón, la enfermedad de Alzheimer, la enfermedad de Parkinson o la neuropatía óptica hereditaria de Leber, una forma de ceguera que afecta a jóvenes y adultos, pueden estar asociadas con mutaciones producidas en el ADN mitocondrial. Los científicos tratan de entender el papel de las mutaciones mitocondriales en las enfermedades genéticas. Una comparación reciente de muestras de ADNm humano sugiere que la humanidad desciende de una mujer que vivió en África hace entre 140.000 y 290.000 años. Muestras genéticas tomadas de grupos étnicos africanos, asiáticos, australianos, europeos y de Nueva Guinea han revelado un número específico de tipos de ADNm. La comparación de estos tipos ha permitido a los científicos construir un árbol genealógico que sugiere que los distintos grupos empezaron probablemente a evolucionar por separado. En este árbol, el ADNm africano ocupa la rama más larga y antigua y de ella brotan los demás grupos étnicos. Probablemente había muchas otras mujeres vivas en la época de la llamada Eva mitocondrial, pero sus líneas de herencia materna se han extinguido. Esto ocurre habitualmente cuando una generación de una familia no produce ninguna hija. El análisis de ADNm se aplica también en investigación forense. De esta forma, se estableció la identidad de unos esqueletos atribuidos a Nicolás II, último zar de Rusia, y a su familia. El ADN mitocondrial obtenido de un pariente vivo de la familia del zar resultó ser idéntico al encontrado en los restos de Alejandra de Rusia, esposa de Nicolás, y en tres de sus hijos. Como el ADNm se hereda por línea materna, el del esqueleto del zar no coincidía con el hallado en los restos de la zarina y de sus hijos. (Encarta)

 

  

[ Inicio | Peces | Vida Marte | Canarias:Biodiversidad | Sylvia Earle | Australia | Algas ]