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14.1: Base histórica del entendimiento moderno - Biología

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Habilidades para desarrollar

  • Explicar la transformación del ADN.
  • Describir los experimentos clave que ayudaron a identificar que el ADN es el material genético.
  • Enunciar y explicar las reglas de Chargaff.

La comprensión moderna del ADN ha evolucionado desde el descubrimiento del ácido nucleico hasta el desarrollo del modelo de doble hélice. En la década de 1860, Friedrich Miescher (Figure ( PageIndex {1} )), médico de profesión, fue la primera persona en aislar las sustancias químicas ricas en fosfato de los glóbulos blancos o leucocitos. Llamó a estas sustancias químicas (que eventualmente se conocerían como ARN y ADN) nucleína porque estaban aisladas de los núcleos de las células.

Link to LearningL Para ver a Miescher realizar un experimento paso a paso, haga clic en esta revisión de cómo descubrió el papel clave del ADN y las proteínas en el núcleo.

Medio siglo después, el bacteriólogo británico Frederick Griffith fue quizás la primera persona en demostrar que la información hereditaria se podía transferir de una célula a otra "horizontalmente", en lugar de por descendencia. En 1928, informó sobre la primera demostración de transformación bacteriana, un proceso en el que una célula absorbe el ADN externo, cambiando así la morfología y la fisiología. Estaba trabajando con Steotococos neumonia, la bacteria que causa la neumonía. Griffith trabajó con dos cepas, rugosa (R) y suave (S). La cepa R no es patógena (no causa enfermedad) y se denomina rugosa porque su superficie exterior es una pared celular y carece de cápsula; como resultado, la superficie celular parece irregular bajo el microscopio. La cepa S es patógena (causa de enfermedad) y tiene una cápsula fuera de su pared celular. Como resultado, tiene una apariencia suave bajo el microscopio. Griffith inyectó la cepa R viva en ratones y sobrevivieron. En otro experimento, cuando inyectó a ratones con la cepa S muerta por calor, también sobrevivieron. En una tercera serie de experimentos, se inyectó a ratones una mezcla de cepa R viva y cepa S muerta por calor y, para su sorpresa, los ratones murieron. Tras aislar las bacterias vivas del ratón muerto, solo se recuperó la cepa de bacterias S. Cuando se inyectó esta cepa S aislada en ratones frescos, los ratones murieron. Griffith concluyó que algo había pasado de la cepa S muerta por calor a la cepa R viva y la transformó en la cepa S patógena, y llamó a esto el principio de transformación (Figura ( PageIndex {2} )). Estos experimentos ahora se conocen como los experimentos de transformación de Griffith.

Los científicos Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty (1944) estaban interesados ​​en explorar más este principio transformador. Aislaron la cepa S de los ratones muertos y aislaron las proteínas y los ácidos nucleicos, a saber, el ARN y el ADN, ya que eran posibles candidatos para la molécula de la herencia. Llevaron a cabo un estudio de eliminación sistemático. Usaron enzimas que degradaban específicamente cada componente y luego usaron cada mezcla por separado para transformar la cepa R. Descubrieron que cuando el ADN se degradaba, la mezcla resultante ya no podía transformar las bacterias, mientras que todas las demás combinaciones podían transformar las bacterias. Esto los llevó a concluir que el ADN era el principio transformador.

Conexión profesional: científicos forenses y análisis de ADN

La evidencia de ADN se utilizó por primera vez para resolver un caso de inmigración. La historia comenzó con un adolescente que regresaba a Londres desde Ghana para estar con su madre. Las autoridades de inmigración en el aeropuerto sospecharon de él, pensando que viajaba con un pasaporte falso. Después de mucha persuasión, se le permitió irse a vivir con su madre, pero las autoridades de inmigración no abandonaron el caso en su contra. Se proporcionaron a las autoridades todo tipo de pruebas, incluidas fotografías, pero no obstante se iniciaron los procedimientos de deportación. Casi al mismo tiempo, el Dr. Alec Jeffreys de la Universidad de Leicester en el Reino Unido había inventado una técnica conocida como huellas dactilares de ADN. Las autoridades de inmigración se acercaron al Dr. Jeffreys en busca de ayuda. Tomó muestras de ADN de la madre y tres de sus hijos, además de una madre sin parentesco, y comparó las muestras con el ADN del niño. Debido a que el padre biológico no estaba en la imagen, el ADN de los tres niños se comparó con el ADN del niño. Encontró una coincidencia en el ADN del niño tanto para la madre como para sus tres hermanos. Llegó a la conclusión de que el niño era de hecho el hijo de la madre.

Los científicos forenses analizan muchos elementos, incluidos documentos, escritura a mano, armas de fuego y muestras biológicas. Analizan el contenido de ADN del cabello, el semen, la saliva y la sangre, y lo comparan con una base de datos de perfiles de ADN de delincuentes conocidos. El análisis incluye el aislamiento, la secuenciación y el análisis de secuencias de ADN; La mayoría de los análisis forenses de ADN implican la amplificación por reacción en cadena de la polimerasa (PCR) de loci de repetición en tándem cortos (STR) y electroforesis para determinar la longitud del fragmento amplificado por PCR. Solo el ADN mitocondrial se secuencia para fines forenses. Se espera que los científicos forenses se presenten en las audiencias de la corte para presentar sus hallazgos. Por lo general, se emplean en los laboratorios de delitos de las agencias gubernamentales de la ciudad y el estado. Los genetistas que experimentan con técnicas de ADN también trabajan para organizaciones científicas y de investigación, industrias farmacéuticas y laboratorios universitarios. Los estudiantes que deseen seguir una carrera como científico forense deben tener al menos una licenciatura en química, biología o física y, preferiblemente, algo de experiencia trabajando en un laboratorio.

Los experimentos llevados a cabo por Martha Chase y Alfred Hershey en 1952 proporcionaron evidencia confirmatoria de que el ADN era el material genético y no las proteínas. Chase y Hershey estaban estudiando un bacteriófago, que es un virus que infecta a las bacterias. Los virus suelen tener una estructura simple: una cubierta de proteína, llamada cápside, y un núcleo de ácido nucleico que contiene el material genético, ya sea ADN o ARN. El bacteriófago infecta la célula bacteriana huésped al adherirse a su superficie y luego inyecta sus ácidos nucleicos dentro de la célula. El ADN del fago hace múltiples copias de sí mismo utilizando la maquinaria del huésped y, finalmente, la célula huésped estalla, liberando una gran cantidad de bacteriófagos. Hershey y Chase etiquetaron un lote de fagos con azufre radiactivo, 35S, para etiquetar la capa de proteína. Otro lote de fagos se marcó con fósforo radiactivo, 32P. Dado que el fósforo se encuentra en el ADN, pero no en las proteínas, el ADN y no la proteína se marcaría con fósforo radiactivo.

Se permitió que cada lote de fagos infectara las células por separado. Después de la infección, la suspensión bacteriana del fago se colocó en un mezclador, lo que provocó que la capa del fago se desprendiera de la célula huésped. La suspensión de fagos y bacterias se centrifugó en una centrífuga. Las células bacterianas más pesadas se asentaron y formaron un sedimento, mientras que las partículas de fagos más ligeros permanecieron en el sobrenadante. En el tubo que contenía el fago etiquetado con 35S, el sobrenadante contenía el fago marcado radiactivamente, mientras que no se detectó radiactividad en el sedimento. En el tubo que contenía el fago etiquetado con 32P, se detectó radiactividad en el sedimento que contenía las células bacterianas más pesadas y no se detectó radiactividad en el sobrenadante. Hershey y Chase concluyeron que era el ADN del fago el que se inyectaba en la célula y transportaba información para producir más partículas de fago, lo que proporciona evidencia de que el ADN era el material genético y no las proteínas (Figura ( PageIndex {3} )).

Por esta misma época, el bioquímico austríaco Erwin Chargaff examinó el contenido de ADN en diferentes especies y descubrió que las cantidades de adenina, timina, guanina y citosina no se encontraban en cantidades iguales, y que variaba de una especie a otra, pero no entre individuos de la misma especie. Descubrió que la cantidad de adenina es igual a la cantidad de timina, y la cantidad de citosina es igual a la cantidad de guanina, o A = T y G = C. Esto también se conoce como reglas de Chargaff. Este hallazgo resultó inmensamente útil cuando Watson y Crick se estaban preparando para proponer su modelo de doble hélice de ADN.

Resumen

El ADN fue aislado por primera vez de los glóbulos blancos por Friedrich Miescher, quien lo llamó nucleína porque estaba aislado de los núcleos. Los experimentos de Frederick Griffith con cepas de steotococos neumonia proporcionó el primer indicio de que el ADN puede ser el principio transformador. Avery, MacLeod y McCarty demostraron que el ADN es necesario para la transformación de bacterias. Experimentos posteriores de Hershey y Chase utilizando el bacteriófago T2 demostraron que el ADN es el material genético. Chargaff descubrió que la proporción de A = T y C = G, y que el contenido porcentual de A, T, G y C es diferente para diferentes especies.

transformación
proceso en el que el ADN externo es absorbido por una célula

14.1: Base histórica del entendimiento moderno - Biología

El descubrimiento del ADN generalmente se atribuye a Watson y Crick, pero muchos otros científicos contribuyeron al descubrimiento.

Objetivos de aprendizaje

Explicar la secuencia de eventos que llevaron al descubrimiento de la estructura del ADN.

Conclusiones clave

Puntos clave

  • El ADN es una de las moléculas más básicas de la vida que lleva instrucciones genéticas para el desarrollo, funcionamiento y reproducción de todos los organismos vivos conocidos.
  • El descubrimiento de la estructura de doble hélice del ADN # 8217 se atribuye en gran parte a los científicos Watson y Crick, por los que ganaron un Premio Nobel.
  • Sin embargo, el trabajo de cristalografía de rayos X de Rosalind Franklin y Erwin Chargaff y el trabajo de # 8217 para descubrir la composición del ADN fueron fundamentales para el descubrimiento de la estructura del ADN.

Términos clave

  • doble hélice: Estructura formada por moléculas bicatenarias de ácidos nucleicos como el ADN.

¿Qué es el ADN?

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es una molécula que transporta la mayoría de las instrucciones genéticas utilizadas en el desarrollo, funcionamiento y reproducción de todos los organismos vivos conocidos y muchos virus.

El ADN es un ácido nucleico junto con las proteínas y los carbohidratos, los ácidos nucleicos son una de las tres macromoléculas principales esenciales para todas las formas de vida conocidas. El ADN almacena información biológica y participa en la expresión de rasgos en todos los organismos vivos.

El camino al descubrimiento

En la década de 1950, Francis Crick y James Watson trabajaron juntos para determinar la estructura del ADN en la Universidad de Cambridge, Inglaterra. En ese momento, otros científicos como Linus Pauling y Maurice Wilkins también estaban explorando activamente este campo. Pauling había descubierto la estructura secundaria de las proteínas mediante cristalografía de rayos X.

Regla de Chargaff & # 8217s

Erwin Chargaff conoció a Francis Crick y James D. Watson en Cambridge en 1952 y, a pesar de no llevarse bien con ellos personalmente, les explicó sus hallazgos. La regla de Chargaff & # 8217s mostró que en el ADN natural, el número de unidades de guanina es igual al número de unidades de citosina y el número de unidades de adenina es igual al número de unidades de timina. Esto insinuó fuertemente la composición del par de bases del ADN. La investigación de Chargaff & # 8217 ayudaría al equipo de laboratorio de Watson y Crick a deducir la estructura de doble hélice del ADN.

Franklin y la difracción de rayos X

En el laboratorio de Wilkins, la investigadora Rosalind Franklin utilizó métodos de difracción de rayos X para comprender la estructura del ADN. Watson y Crick pudieron armar el rompecabezas de la molécula de ADN sobre la base de los datos de Franklin, porque Crick también había estudiado la difracción de rayos X. En 1962, James Watson, Francis Crick y Maurice Wilkins recibieron el Premio Nobel de Medicina.

Un esfuerzo de equipo: El trabajo de los científicos pioneros James Watson, Francis Crick y Maclyn McCarty (en la foto de la izquierda) condujo a nuestra comprensión actual del ADN. La científica Rosalind Franklin descubrió el patrón de difracción de rayos X del ADN (en la imagen de la derecha), que ayudó a dilucidar su estructura de doble hélice. (crédito a: modificación del trabajo de Marjorie McCarty, Public Library of Science)

Desafortunadamente para entonces, Franklin había muerto. Los premios Nobel no se otorgan póstumamente y, aunque su trabajo fue crucial para el descubrimiento del ADN, Franklin nunca fue nominada para un premio Nobel. Francis Crick, James Watson y Maurice Wilkins recibieron el Premio Nobel por el descubrimiento de la estructura del ADN en 1962. Todavía existe mucha controversia sobre cómo se le dio su imagen a Watson y Crick y por qué no se le dio el debido crédito.


Enlace al aprendizaje

Para ver a Miescher realizar un experimento paso a paso, haga clic en esta revisión de cómo descubrió el papel clave del ADN y las proteínas en el núcleo.

Medio siglo después, el bacteriólogo británico Frederick Griffith fue quizás la primera persona en demostrar que la información hereditaria podía transferirse de una célula a otra "horizontalmente", en lugar de por descendencia. En 1928, informó sobre la primera demostración de transformación bacteriana, un proceso en el que una célula absorbe el ADN externo, cambiando así la morfología y la fisiología. Estaba trabajando con Steotococos neumonia, la bacteria que causa la neumonía. Griffith trabajó con dos cepas, rugosa (R) y suave (S). La cepa R no es patógena (no causa enfermedad) y se llama rugosa porque su superficie exterior es una pared celular y carece de cápsula, como resultado, la superficie celular parece irregular bajo el microscopio. La cepa S es patógena (causa de enfermedad) y tiene una cápsula fuera de su pared celular. Como resultado, tiene una apariencia suave bajo el microscopio. Griffith inyectó la cepa R viva en ratones y sobrevivieron. En otro experimento, cuando inyectó a ratones con la cepa S muerta por calor, también sobrevivieron. En una tercera serie de experimentos, se inyectó a ratones una mezcla de cepa R viva y cepa S muerta por calor y, para su sorpresa, los ratones murieron. Tras aislar las bacterias vivas del ratón muerto, solo se recuperó la cepa de bacterias S. Cuando se inyectó esta cepa S aislada en ratones frescos, los ratones murieron. Griffith concluyó que algo había pasado de la cepa S muerta por calor a la cepa R viva y la transformó en la cepa S patógena, y llamó a esto el principio de transformación ([enlace]). Estos experimentos ahora se conocen como los experimentos de transformación de Griffith.

Dos cepas de S. pneumoniae se utilizaron en los experimentos de transformación de Griffith & rsquos. La cepa R no es patógena. La cepa S es patógena y causa la muerte. Cuando Griffith inyectó a un ratón la cepa S muerta por calor y una cepa R viva, el ratón murió. La cepa S se recuperó del ratón muerto. Por lo tanto, Griffith concluyó que algo había pasado de la cepa S muerta por calor a la cepa R, transformando la cepa R en cepa S en el proceso. (crédito & quot; ratón vivo & quot: modificación del trabajo por el NIH; crédito & quot; ratón muerto & quot: modificación del trabajo de Sarah Marriage)


Conexión profesional

Científico forense Los científicos forenses utilizaron pruebas de análisis de ADN por primera vez para resolver un caso de inmigración. La historia comenzó con un adolescente que regresaba a Londres desde Ghana para estar con su madre. Las autoridades de inmigración en el aeropuerto sospecharon de él, pensando que viajaba con un pasaporte falso. Después de mucha persuasión, se le permitió irse a vivir con su madre, pero las autoridades de inmigración no abandonaron el caso en su contra. Se proporcionaron a las autoridades todo tipo de pruebas, incluidas fotografías, pero no obstante se iniciaron los procedimientos de deportación. Casi al mismo tiempo, el Dr. Alec Jeffreys de la Universidad de Leicester en el Reino Unido había inventado una técnica conocida como huellas dactilares de ADN. Las autoridades de inmigración se acercaron al Dr. Jeffreys en busca de ayuda. Tomó muestras de ADN de la madre y tres de sus hijos, así como de una madre sin parentesco, y comparó las muestras con el ADN del niño. Debido a que el padre biológico no estaba en la imagen, el ADN de los tres niños se comparó con el ADN del niño. Encontró una coincidencia en el ADN del niño tanto para la madre como para sus tres hermanos. Llegó a la conclusión de que el niño era de hecho el hijo de la madre.

Los científicos forenses analizan muchos elementos, incluidos documentos, escritura a mano, armas de fuego y muestras biológicas. Analizan el contenido de ADN del cabello, el semen, la saliva y la sangre, y lo comparan con una base de datos de perfiles de ADN de delincuentes conocidos. El análisis incluye el aislamiento, la secuenciación y el análisis de secuencias de ADN. Se espera que los científicos forenses se presenten en las audiencias de la corte para presentar sus hallazgos. Por lo general, se emplean en los laboratorios de delitos de las agencias gubernamentales de la ciudad y el estado. Los genetistas que experimentan con técnicas de ADN también trabajan para organizaciones científicas y de investigación, industrias farmacéuticas y laboratorios universitarios. Los estudiantes que deseen seguir una carrera como científico forense deben tener al menos una licenciatura en química, biología o física, y preferiblemente algo de experiencia trabajando en un laboratorio.

Aunque los experimentos de Avery, McCarty y McLeod habían demostrado que el ADN era el componente informativo transferido durante la transformación, todavía se consideraba que el ADN era una molécula demasiado simple para transportar información biológica. Las proteínas, con sus 20 aminoácidos diferentes, se consideraron candidatos más probables. El experimento decisivo, realizado por Martha Chase y Alfred Hershey en 1952, proporcionó evidencia confirmatoria de que el ADN era de hecho el material genético y no las proteínas. Chase y Hershey estaban estudiando un bacteriófago, un virus que infecta a las bacterias. Los virus suelen tener una estructura simple: una cubierta de proteína, llamada cápside, y un núcleo de ácido nucleico que contiene el material genético (ya sea ADN o ARN). El bacteriófago infecta la célula bacteriana huésped al adherirse a su superficie y luego inyecta sus ácidos nucleicos dentro de la célula. El ADN del fago hace múltiples copias de sí mismo utilizando la maquinaria del huésped y, finalmente, la célula huésped estalla, liberando una gran cantidad de bacteriófagos. Hershey y Chase seleccionaron elementos radiactivos que distinguirían específicamente la proteína del ADN en las células infectadas. Etiquetaron un lote de fagos con azufre radiactivo, 35 S, para marcar la cubierta de proteína. Otro lote de fagos se marcó con fósforo radiactivo, 32 P. Dado que el fósforo se encuentra en el ADN, pero no en la proteína, el ADN y no la proteína se marcaría con fósforo radiactivo. Asimismo, el azufre está ausente en el ADN, pero está presente en varios aminoácidos como la metionina y la cisteína.

Se permitió que cada lote de fagos infectara las células por separado. Después de la infección, la suspensión bacteriana del fago se colocó en un mezclador, lo que provocó que la capa del fago se separara de la célula huésped. A continuación, se examinaron las células expuestas el tiempo suficiente para que ocurriera la infección para ver cuál de las dos moléculas radiactivas había entrado en la célula. La suspensión de fagos y bacterias se centrifugó en una centrífuga. Las células bacterianas más pesadas se asentaron y formaron un sedimento, mientras que las partículas de fagos más ligeros permanecieron en el sobrenadante. En el tubo que contenía el fago marcado con 35 S, el sobrenadante contenía el fago marcado radiactivamente, mientras que no se detectó radiactividad en el sedimento. En el tubo que contenía el fago marcado con 32 P, se detectó radiactividad en el sedimento que contenía las células bacterianas más pesadas y no se detectó radiactividad en el sobrenadante. Hershey y Chase concluyeron que fue el ADN del fago el que se inyectó
en la célula y transportaba información para producir más partículas de fagos, lo que proporciona evidencia de que el ADN era el material genético y no las proteínas ((Figura)).


Por esta misma época, el bioquímico austriaco Erwin Chargaff examinó el contenido de ADN en diferentes especies y descubrió que las cantidades de adenina, timina, guanina y citosina no se encontraban en cantidades iguales, y que las concentraciones relativas de las cuatro bases de nucleótidos variaban de una especie a otra. a especies, pero no dentro de tejidos del mismo individuo o entre individuos de la misma especie. También descubrió algo inesperado: que la cantidad de adenina era igual a la cantidad de timina y la cantidad de citosina era igual a la cantidad de guanina (es decir, A = T y G = C). Diferentes especies tenían cantidades iguales de purinas (A + G) y pirimidinas (T + C), pero diferentes proporciones de A + T a G + C. Estas observaciones se conocieron como reglas de Chargaff. Los hallazgos de Chargaff & # 8217 resultaron inmensamente útiles cuando Watson y Crick se estaban preparando para proponer su modelo de doble hélice de ADN. Después de leer las últimas páginas, puede ver cómo la ciencia se basa en descubrimientos anteriores, a veces en un proceso lento y laborioso.


Biología 171


Las tres letras "ADN" ahora se han convertido en sinónimo de resolución de delitos y pruebas genéticas. El ADN se puede recuperar del cabello, la sangre o la saliva. El ADN de cada persona es único y es posible detectar diferencias entre individuos dentro de una especie sobre la base de estas características únicas.

El análisis de ADN tiene muchas aplicaciones prácticas más allá de la ciencia forense. En los seres humanos, las pruebas de ADN se aplican a numerosos usos: determinación de la paternidad, rastreo de la genealogía, identificación de patógenos, investigación arqueológica, rastreo de brotes de enfermedades y estudio de patrones de migración humana. En el campo de la medicina, el ADN se utiliza en el diagnóstico, el desarrollo de nuevas vacunas y la terapia del cáncer. Ahora es posible determinar la predisposición a las enfermedades al observar los genes.

Cada célula humana tiene 23 pares de cromosomas: un conjunto de cromosomas se hereda de la madre y el otro conjunto se hereda del padre. También existe un genoma mitocondrial, heredado exclusivamente de la madre, que puede estar involucrado en trastornos genéticos hereditarios. En cada cromosoma, hay miles de genes que se encargan de determinar el genotipo y fenotipo del individuo. Un gen se define como una secuencia de ADN que codifica un producto funcional. El genoma haploide humano contiene 3.000 millones de pares de bases y tiene entre 20.000 y 25.000 genes funcionales.

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Explicar la transformación del ADN.
  • Describir los experimentos clave que ayudaron a identificar que el ADN es el material genético.
  • Enunciar y explicar las reglas de Chargaff.

Nuestra comprensión actual del ADN comenzó con el descubrimiento de ácidos nucleicos seguido del desarrollo del modelo de doble hélice. En la década de 1860, Friedrich Miescher ((Figura)), médico de profesión, aisló sustancias químicas ricas en fosfato de los glóbulos blancos (leucocitos). Él nombró a estos químicos (que eventualmente se conocerían como ADN) nucleina porque se aislaron de los núcleos de las células.


Descubra cómo Miescher descubrió el papel clave del ADN y las proteínas en el núcleo a través de un experimento paso a paso en & # 8220El ADN y las proteínas son moléculas clave del núcleo celular & # 8221 (página web, animación).

Medio siglo después, en 1928, el bacteriólogo británico Frederick Griffith informó de la primera demostración de transformación bacteriana, un proceso en el que una célula absorbe el ADN externo, cambiando así su morfología y fisiología. Griffith llevó a cabo sus experimentos con Steotococos neumonia, una bacteria que causa neumonía. Griffith trabajó con dos cepas de esta bacteria llamadas rugosa (R) y suave (S). (Los dos tipos de células se denominaron "rugosas" y "lisas" después de la aparición de sus colonias cultivadas en una placa de agar nutritivo).

La cepa R no es patógena (no causa enfermedad). La cepa S es patógena (causa de enfermedad) y tiene una cápsula fuera de su pared celular. La cápsula permite que la célula escape a las respuestas inmunitarias del ratón huésped.

Cuando Griffith inyectó la cepa S viva en ratones, murieron de neumonía. Por el contrario, cuando Griffith inyectó la cepa R viva en ratones, sobrevivieron. En otro experimento, cuando inyectó a ratones con la cepa S muerta por calor, también sobrevivieron. Este experimento mostró que la cápsula por sí sola no fue la causa de la muerte. En una tercera serie de experimentos, se inyectó a ratones una mezcla de cepa R viva y cepa S muerta por calor y, para su sorpresa, los ratones murieron. Tras aislar las bacterias vivas del ratón muerto, solo se recuperó la cepa de bacterias S. Cuando se inyectó esta cepa S aislada en ratones frescos, los ratones murieron. Griffith concluyó que algo había pasado de la cepa S muerta por calor a la cepa R viva y la transformó en la cepa S patógena. Llamó a esto el principio transformador ((Figura)). Estos experimentos ahora se conocen como experimentos de transformación de Griffith & # 8217s.


Los científicos Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty (1944) estaban interesados ​​en explorar más este principio transformador. Aislaron la cepa S de los ratones muertos y aislaron las proteínas y los ácidos nucleicos (ARN y ADN), ya que eran posibles candidatos para la molécula de la herencia. Usaron enzimas que degradaban específicamente cada componente y luego usaron cada mezcla por separado para transformar la cepa R. Descubrieron que cuando el ADN se degradaba, la mezcla resultante ya no podía transformar las bacterias, mientras que todas las demás combinaciones podían transformar las bacterias. Esto los llevó a concluir que el ADN era el principio transformador.

Los científicos forenses utilizaron pruebas de análisis de ADN por primera vez para resolver un caso de inmigración. La historia comenzó con un adolescente que regresaba a Londres desde Ghana para estar con su madre. Las autoridades de inmigración en el aeropuerto sospecharon de él, pensando que viajaba con un pasaporte falso. Después de mucha persuasión, se le permitió irse a vivir con su madre, pero las autoridades de inmigración no abandonaron el caso en su contra. Se proporcionaron a las autoridades todo tipo de pruebas, incluidas fotografías, pero no obstante se iniciaron los procedimientos de deportación. Casi al mismo tiempo, el Dr. Alec Jeffreys de la Universidad de Leicester en el Reino Unido había inventado una técnica conocida como huellas dactilares de ADN. Las autoridades de inmigración se acercaron al Dr. Jeffreys en busca de ayuda. Tomó muestras de ADN de la madre y tres de sus hijos, así como de una madre sin parentesco, y comparó las muestras con el ADN del niño. Debido a que el padre biológico no estaba en la imagen, el ADN de los tres niños se comparó con el ADN del niño. Encontró una coincidencia en el ADN del niño tanto para la madre como para sus tres hermanos. Llegó a la conclusión de que el niño era de hecho el hijo de la madre.

Los científicos forenses analizan muchos elementos, incluidos documentos, escritura a mano, armas de fuego y muestras biológicas. Analizan el contenido de ADN del cabello, el semen, la saliva y la sangre, y lo comparan con una base de datos de perfiles de ADN de delincuentes conocidos. El análisis incluye el aislamiento, la secuenciación y el análisis de secuencias de ADN. Se espera que los científicos forenses se presenten en las audiencias de la corte para presentar sus hallazgos. Por lo general, se emplean en los laboratorios de delitos de las agencias gubernamentales de la ciudad y el estado. Los genetistas que experimentan con técnicas de ADN también trabajan para organizaciones científicas y de investigación, industrias farmacéuticas y laboratorios universitarios. Los estudiantes que deseen seguir una carrera como científicos forenses deben tener al menos una licenciatura en química, biología o física, y preferiblemente algo de experiencia trabajando en un laboratorio.

Aunque los experimentos de Avery, McCarty y McLeod habían demostrado que el ADN era el componente informativo transferido durante la transformación, todavía se consideraba que el ADN era una molécula demasiado simple para transportar información biológica. Las proteínas, con sus 20 aminoácidos diferentes, se consideraron candidatos más probables. El experimento decisivo, realizado por Martha Chase y Alfred Hershey en 1952, proporcionó evidencia confirmatoria de que el ADN era de hecho el material genético y no las proteínas. Chase y Hershey estaban estudiando un bacteriófago, un virus que infecta a las bacterias. Los virus suelen tener una estructura simple: una cubierta de proteína, llamada cápside, y un núcleo de ácido nucleico que contiene el material genético (ya sea ADN o ARN). El bacteriófago infecta la célula bacteriana huésped al adherirse a su superficie y luego inyecta sus ácidos nucleicos dentro de la célula. El ADN del fago hace múltiples copias de sí mismo utilizando la maquinaria del huésped y, finalmente, la célula huésped estalla, liberando una gran cantidad de bacteriófagos. Hershey y Chase seleccionaron elementos radiactivos que distinguirían específicamente la proteína del ADN en las células infectadas. Etiquetaron un lote de fagos con azufre radiactivo, 35 S, para marcar la cubierta de proteína. Otro lote de fagos se marcó con fósforo radiactivo, 32 P. Dado que el fósforo se encuentra en el ADN, pero no en la proteína, el ADN y no la proteína se marcaría con fósforo radiactivo. Asimismo, el azufre está ausente en el ADN, pero está presente en varios aminoácidos como la metionina y la cisteína.

Se permitió que cada lote de fagos infectara las células por separado. Después de la infección, la suspensión bacteriana del fago se colocó en un mezclador, lo que provocó que la capa del fago se separara de la célula huésped. A continuación, se examinaron las células expuestas el tiempo suficiente para que ocurriera la infección para ver cuál de las dos moléculas radiactivas había entrado en la célula. La suspensión de fagos y bacterias se centrifugó en una centrífuga. Las células bacterianas más pesadas se asentaron y formaron un sedimento, mientras que las partículas de fagos más ligeros permanecieron en el sobrenadante. En el tubo que contenía el fago marcado con 35 S, el sobrenadante contenía el fago marcado radiactivamente, mientras que no se detectó radiactividad en el sedimento. En el tubo que contenía el fago marcado con 32 P, se detectó radiactividad en el sedimento que contenía las células bacterianas más pesadas y no se detectó radiactividad en el sobrenadante. Hershey y Chase concluyeron que fue el ADN del fago el que se inyectó
en la célula y transportaba información para producir más partículas de fagos, lo que proporciona evidencia de que el ADN era el material genético y no las proteínas ((Figura)).


Por esta misma época, el bioquímico austriaco Erwin Chargaff examinó el contenido de ADN en diferentes especies y descubrió que las cantidades de adenina, timina, guanina y citosina no se encontraban en cantidades iguales, y que las concentraciones relativas de las cuatro bases de nucleótidos variaban de una especie a otra. a especies, pero no dentro de tejidos del mismo individuo o entre individuos de la misma especie. También descubrió algo inesperado: que la cantidad de adenina era igual a la cantidad de timina y la cantidad de citosina era igual a la cantidad de guanina (es decir, A = T y G = C). Diferentes especies tenían cantidades iguales de purinas (A + G) y pirimidinas (T + C), pero diferentes proporciones de A + T a G + C. Estas observaciones se conocieron como reglas de Chargaff. Los hallazgos de Chargaff & # 8217 resultaron inmensamente útiles cuando Watson y Crick se estaban preparando para proponer su modelo de doble hélice de ADN. Después de leer las últimas páginas, puede ver cómo la ciencia se basa en descubrimientos anteriores, a veces en un proceso lento y laborioso.

Resumen de la sección

El ADN fue aislado por primera vez de los glóbulos blancos por Friedrich Miescher, quien lo llamó nucleína porque estaba aislado de los núcleos. Frederick Griffith & # 8217s experimentos con cepas de steotococos neumonia proporcionó el primer indicio de que el ADN puede ser el principio transformador. Avery, MacLeod y McCarty demostraron que el ADN es necesario para la transformación de bacterias. Experimentos posteriores de Hershey y Chase utilizando el bacteriófago T2 demostraron que el ADN es el material genético. Chargaff descubrió que la proporción de A = T y C = G, y que el contenido porcentual de A, T, G y C es diferente para diferentes especies.

Respuesta libre

Explique los experimentos de transformación de Griffith & # 8217s. ¿Qué concluyó de ellos?

Las células R vivas adquirieron información genética de las células S muertas por calor que "transformaron" las células R en células S.

¿Por qué se utilizaron azufre y fósforo radiactivos para marcar bacteriófagos en los experimentos de Hershey y Chase & # 8217s?

El azufre es un elemento que se encuentra en las proteínas y el fósforo es un componente de los ácidos nucleicos.

Cuando Chargaff estaba realizando sus experimentos, la hipótesis del tetranucleótido, que afirmaba que el ADN estaba compuesto por repeticiones de nucleótidos GACT, era la visión más aceptada de la composición del ADN. ¿Cómo refutó Chargaff esta hipótesis?

Si la hipótesis del tetranucleótido fuera cierta, entonces el ADN tendría que contener cantidades iguales de los cuatro nucleótidos (A = T = G = C). Sin embargo, Chargaff demostró que A = T y G = C, pero que los cuatro nucleótidos no están presentes en cantidades iguales.

Glosario


66 Base histórica del entendimiento moderno

Al final de esta sección, podrá hacer lo siguiente:

  • Explicar la transformación del ADN.
  • Describir los experimentos clave que ayudaron a identificar que el ADN es el material genético.
  • Enunciar y explicar las reglas de Chargaff.

Nuestra comprensión actual del ADN comenzó con el descubrimiento de ácidos nucleicos seguido del desarrollo del modelo de doble hélice. En la década de 1860, Friedrich Miescher ((Figura)), médico de profesión, aisló sustancias químicas ricas en fosfato de los glóbulos blancos (leucocitos). Él nombró a estos químicos (que eventualmente se conocerían como ADN) nucleina porque se aislaron de los núcleos de las células.


Para ver a Miescher realizar su experimento que lo llevó a descubrir el ADN y las proteínas asociadas en el núcleo, haga clic en esta revisión.

Medio siglo después, en 1928, el bacteriólogo británico Frederick Griffith informó de la primera demostración de transformación bacteriana, un proceso en el que una célula absorbe el ADN externo, cambiando así su morfología y fisiología. Griffith realizó sus experimentos con Steotococos neumonia, una bacteria que causa neumonía. Griffith trabajó con dos cepas de esta bacteria llamadas rugosa (R) y suave (S). (Los dos tipos de células se denominaron "rugosas" y "lisas" después de la aparición de sus colonias cultivadas en una placa de agar nutritivo).

La cepa R no es patógena (no causa enfermedad). La cepa S es patógena (causa de enfermedad) y tiene una cápsula fuera de su pared celular. La cápsula permite que la célula escape a las respuestas inmunitarias del ratón huésped.

Cuando Griffith inyectó la cepa S viva en ratones, murieron de neumonía. Por el contrario, cuando Griffith inyectó la cepa R viva en ratones, sobrevivieron. En otro experimento, cuando inyectó a ratones con la cepa S muerta por calor, también sobrevivieron. Este experimento mostró que la cápsula por sí sola no fue la causa de la muerte. En una tercera serie de experimentos, se inyectó a ratones una mezcla de cepa R viva y cepa S muerta por calor y, para su sorpresa, los ratones murieron. Tras aislar las bacterias vivas del ratón muerto, solo se recuperó la cepa de bacterias S. Cuando se inyectó esta cepa S aislada en ratones frescos, los ratones murieron. Griffith concluyó que algo había pasado de la cepa S muerta por calor a la cepa R viva y la transformó en la cepa S patógena. Llamó a esto el principio transformador ((Figura)). Estos experimentos ahora se conocen como experimentos de transformación de Griffith & # 8217s.


Los científicos Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty (1944) estaban interesados ​​en explorar más este principio transformador. Aislaron la cepa S de los ratones muertos y aislaron las proteínas y los ácidos nucleicos (ARN y ADN), ya que eran posibles candidatos para la molécula de la herencia. Usaron enzimas que degradaban específicamente cada componente y luego usaron cada mezcla por separado para transformar la cepa R. Descubrieron que cuando el ADN se degradaba, la mezcla resultante ya no podía transformar las bacterias, mientras que todas las demás combinaciones podían transformar las bacterias. Esto los llevó a concluir que el ADN era el principio transformador.

Científico forense Los científicos forenses utilizaron pruebas de análisis de ADN por primera vez para resolver un caso de inmigración. La historia comenzó con un adolescente que regresaba a Londres desde Ghana para estar con su madre. Las autoridades de inmigración en el aeropuerto sospecharon de él, pensando que viajaba con un pasaporte falso. Después de mucha persuasión, se le permitió irse a vivir con su madre, pero las autoridades de inmigración no abandonaron el caso en su contra. Se proporcionaron a las autoridades todo tipo de pruebas, incluidas fotografías, pero no obstante se iniciaron los procedimientos de deportación. Casi al mismo tiempo, el Dr. Alec Jeffreys de la Universidad de Leicester en el Reino Unido había inventado una técnica conocida como huellas dactilares de ADN. Las autoridades de inmigración se acercaron al Dr. Jeffreys en busca de ayuda. Tomó muestras de ADN de la madre y tres de sus hijos, así como de una madre sin parentesco, y comparó las muestras con el ADN del niño. Debido a que el padre biológico no estaba en la imagen, el ADN de los tres niños se comparó con el ADN del niño. Encontró una coincidencia en el ADN del niño tanto para la madre como para sus tres hermanos. Llegó a la conclusión de que el niño era de hecho el hijo de la madre.

Los científicos forenses analizan muchos elementos, incluidos documentos, escritura a mano, armas de fuego y muestras biológicas. Analizan el contenido de ADN del cabello, el semen, la saliva y la sangre, y lo comparan con una base de datos de perfiles de ADN de delincuentes conocidos. El análisis incluye el aislamiento, la secuenciación y el análisis de secuencias de ADN. Se espera que los científicos forenses se presenten en las audiencias de la corte para presentar sus hallazgos. Por lo general, se emplean en los laboratorios de delitos de las agencias gubernamentales de la ciudad y el estado. Los genetistas que experimentan con técnicas de ADN también trabajan para organizaciones científicas y de investigación, industrias farmacéuticas y laboratorios universitarios. Los estudiantes que deseen seguir una carrera como científico forense deben tener al menos una licenciatura en química, biología o física, y preferiblemente algo de experiencia trabajando en un laboratorio.

Aunque los experimentos de Avery, McCarty y McLeod habían demostrado que el ADN era el componente informativo transferido durante la transformación, todavía se consideraba que el ADN era una molécula demasiado simple para transportar información biológica. Las proteínas, con sus 20 aminoácidos diferentes, se consideraron candidatos más probables. El experimento decisivo, realizado por Martha Chase y Alfred Hershey en 1952, proporcionó evidencia confirmatoria de que el ADN era de hecho el material genético y no las proteínas. Chase y Hershey estaban estudiando un bacteriófago, un virus que infecta a las bacterias. Los virus suelen tener una estructura simple: una cubierta de proteína, llamada cápside, y un núcleo de ácido nucleico que contiene el material genético (ya sea ADN o ARN). El bacteriófago infecta la célula bacteriana huésped al adherirse a su superficie y luego inyecta sus ácidos nucleicos dentro de la célula. El ADN del fago hace múltiples copias de sí mismo utilizando la maquinaria del huésped y, finalmente, la célula huésped estalla, liberando una gran cantidad de bacteriófagos. Hershey y Chase seleccionaron elementos radiactivos que distinguirían específicamente la proteína del ADN en las células infectadas. Etiquetaron un lote de fagos con azufre radiactivo, 35 S, para marcar la cubierta de proteína. Otro lote de fagos se marcó con fósforo radiactivo, 32 P. Dado que el fósforo se encuentra en el ADN, pero no en la proteína, el ADN y no la proteína se marcaría con fósforo radiactivo. Asimismo, el azufre está ausente en el ADN, pero está presente en varios aminoácidos como la metionina y la cisteína.

Se permitió que cada lote de fagos infectara las células por separado. Después de la infección, la suspensión bacteriana del fago se colocó en un mezclador, lo que provocó que la capa del fago se separara de la célula huésped. A continuación, se examinaron las células expuestas el tiempo suficiente para que ocurriera la infección para ver cuál de las dos moléculas radiactivas había entrado en la célula. La suspensión de fagos y bacterias se centrifugó en una centrífuga. Las células bacterianas más pesadas se asentaron y formaron un sedimento, mientras que las partículas de fagos más ligeros permanecieron en el sobrenadante. En el tubo que contenía el fago marcado con 35 S, el sobrenadante contenía el fago marcado radiactivamente, mientras que no se detectó radiactividad en el sedimento. En el tubo que contenía el fago marcado con 32 P, se detectó radiactividad en el sedimento que contenía las células bacterianas más pesadas y no se detectó radiactividad en el sobrenadante. Hershey y Chase concluyeron que fue el ADN del fago el que se inyectó
en la célula y transportaba información para producir más partículas de fagos, lo que proporciona evidencia de que el ADN era el material genético y no las proteínas ((Figura)).


Por esta misma época, el bioquímico austriaco Erwin Chargaff examinó el contenido de ADN en diferentes especies y descubrió que las cantidades de adenina, timina, guanina y citosina no se encontraban en cantidades iguales, y que las concentraciones relativas de las cuatro bases de nucleótidos variaban de una especie a otra. a especies, pero no dentro de tejidos del mismo individuo o entre individuos de la misma especie. También descubrió algo inesperado: que la cantidad de adenina era igual a la cantidad de timina y la cantidad de citosina era igual a la cantidad de guanina (es decir, A = T y G = C). Diferentes especies tenían cantidades iguales de purinas (A + G) y pirimidinas (T + C), pero diferentes proporciones de A + T a G + C. These observations became known as Chargaff’s rules . Chargaff’s findings proved immensely useful when Watson and Crick were getting ready to propose their DNA double helix model! You can see after reading the past few pages how science builds upon previous discoveries, sometimes in a slow and laborious process.

Resumen de la sección

DNA was first isolated from white blood cells by Friedrich Miescher, who called it nuclein because it was isolated from nuclei. Frederick Griffith’s experiments with strains of steotococos neumonia provided the first hint that DNA may be the transforming principle. Avery, MacLeod, and McCarty showed that DNA is required for the transformation of bacteria. Later experiments by Hershey and Chase using bacteriophage T2 proved that DNA is the genetic material. Chargaff found that the ratio of A = T and C = G, and that the percentage content of A, T, G, and C is different for different species.

Preguntas de revisión

If DNA of a particular species was analyzed and it was found that it contains 27 percent A, what would be the percentage of C?

The experiments by Hershey and Chase helped confirm that DNA was the hereditary material on the basis of the finding that:

  1. radioactive phage were found in the pellet
  2. radioactive cells were found in the supernatant
  3. radioactive sulfur was found inside the cell
  4. radioactive phosphorus was found in the cell

Bacterial transformation is a major concern in many medical settings. Why might health care providers be concerned?

  1. Pathogenic bacteria could introduce disease-causing genes in non-pathogenic bacteria.
  2. Antibiotic resistance genes could be introduced to new bacteria to create “superbugs.”
  3. Bacteriophages could spread DNA encoding toxins to new bacteria.
  4. Todo lo anterior.

Preguntas de pensamiento crítico

Explain Griffith’s transformation experiments. What did he conclude from them?

Live R cells acquired genetic information from the heat-killed S cells that “transformed” the R cells into S cells.

Why were radioactive sulfur and phosphorous used to label bacteriophage in Hershey and Chase’s experiments?

Sulfur is an element found in proteins and phosphorus is a component of nucleic acids.

When Chargaff was performing his experiments, the tetranucleotide hypothesis, which stated that DNA was composed of GACT nucleotide repeats, was the most widely accepted view of DNA’s composition. How did Chargaff disprove this hypothesis?

If the tetranucleotide hypothesis were true, then DNA would have to contain equal amounts of all four nucleotides (A=T=G=C). However, Chargaff demonstrated that A=T and G=C, but that the four nucleotides are not present in equal amounts.


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