James Dewey Watson
Biólogo estadounidense
Calambres dolorosos
Frances Harry Compton · Crick
Biofísico británico
A principios de la década de 1950, el científico británico Wilkins y otros utilizaron tecnología de difracción de rayos X para estudiar la estructura del ADN durante tres años y entendieron que el ADN tiene una estructura helicoidal. La física Franklin tomó una fotografía muy clara del ADN mediante difracción de rayos X a finales de 1951.
En 1952, el químico estadounidense Pauling publicó un informe de investigación sobre el modelo de tres cadenas de ADN, al que llamó hélice α. Watson discutió el modelo de Pauling con Wilkins y Franklin. Wilkins mostró una fotografía de difracción de rayos de ADN que Franklin había tomado un año antes. Watson vio la estructura helicoidal dentro del ADN e inmediatamente se le ocurrió un nuevo concepto: el ADN debería ser una estructura bicatenaria, no una estructura triple. Continúan siguiendo esta línea de pensamiento y se esfuerzan por centrar sus esfuerzos de investigación en esta área. Basándose en diversa información sobre la investigación del ADN y en sus propias investigaciones y análisis, Watson y Crick llegaron a una conclusión: el ADN es una estructura de doble hélice. ¡Qué descubrimiento tan emocionante! Watson y Crick inmediatamente tomaron medidas e inmediatamente se unieron para construir un modelo de doble hélice de ADN en el laboratorio. A partir del 22 de febrero de 1953 trabajaron día y noche, olvidándose de comer o dormir. Finalmente, el 7 de marzo, construyeron con éxito su propio y hermoso modelo de ADN.
El modelo de Watson y Crick refleja correctamente la estructura molecular del ADN. Desde entonces, la historia de la genética y la biología ha pasado de la etapa celular a la etapa molecular.
Watson, Crick y Wilkins compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1962 por sus destacadas contribuciones al estudio de las moléculas de ADN.
James Watson
Watson (nacido en 1928) es un biólogo estadounidense.
Después de que el ADN fuera reconocido como material genético a finales de los años 40 y principios de los 50, los biólogos tuvieron que enfrentarse a un problema difícil: ¿Qué estructura debería tener el ADN para soportar la importante tarea de la herencia? Debe poder transportar información genética, copiar y transmitir información genética por sí mismo, expresar información genética para controlar las actividades celulares y poder mutar y retener mutaciones. Estos cuatro puntos son indispensables. ¿Cómo construir un modelo molecular de ADN para explicar todo esto?
En aquel momento, tres grandes laboratorios trabajaban en modelos moleculares de ADN casi al mismo tiempo. El primer laboratorio fue el Laboratorio Wilkins y Franklin del King's College de Londres. Estudiaron la estructura cristalina del ADN mediante difracción de rayos X. Cuando los rayos X inciden en el cristal de una macromolécula biológica, los átomos o moléculas de la red cristalina desvían los rayos. De la imagen de difracción resultante se puede deducir la estructura y forma aproximadas de la molécula. El segundo laboratorio fue el del gran químico Linus Pauling en Caltech. Pauling ya había descubierto la estructura helicoidal de las proteínas. El tercer tipo son los grupos de estudio informales. De hecho, no hicieron nada. Cuando el joven genetista Watson, de 23 años, llegó de Estados Unidos para trabajar como becario postdoctoral en la Universidad de Cambridge en 1951, aunque su verdadera intención era estudiar la estructura molecular del ADN, su proyecto principal era estudiar el virus del mosaico del tabaco. Crick, que era 12 años mayor que él, estaba trabajando en su tesis doctoral en ese momento, titulada "Péptidos y proteínas: estudios de rayos X". Watson convenció a Crick, que compartía oficina con él, para que trabajara en un modelo molecular de ADN. Necesitaba los conocimientos de Crick sobre cristalografía de rayos X. Construyeron el modelo de octubre de 1951. Después de varios intentos, finalmente consiguieron el modelo correcto en marzo de 1953. La forma en que los tres laboratorios compitieron entre sí se conoce mejor a través de la autobiografía de Watson, The Double Helix, que se convirtió en un éxito mundial. Una pregunta que vale la pena discutir es: por qué Watson y Crick no tenían datos experimentales de primera mano como Wilkins y Franklin, y no tenían tanta experiencia en la construcción de modelos moleculares como Pauling (ambos estaban construyendo modelos moleculares por primera vez). ), pero ¿ganó el concurso?
Estas personas, excepto Watson, no son genetistas, sino físicos o químicos.
Aunque Wilkins estudió por primera vez la estructura cristalina del ADN en 1950, en ese momento no sabía nada sobre el papel del ADN en las células. Sólo en 1951 pensó que el ADN podría estar implicado en la herencia controlada por proteínas nucleares. Franklin tampoco comprendió la importancia del ADN en las células biológicas. El estudio de Pauling de la molécula de ADN fue puramente accidental. Vio un artículo sobre la estructura de los ácidos nucleicos en el Journal of the American Chemical Society en 19511 y pensó que era ridículo. Para refutar el artículo, se propuso construir un modelo molecular de ADN. Estudió las moléculas de ADN como compuestos químicos más que como material genético. Los dos grupos de investigación basaron su modelo enteramente en los patrones de difracción del cristal, y Pauling incluso lo basó en fotografías de difracción borrosas tomadas en los años 1930. Sin comprender las funciones biológicas del ADN, hay demasiadas posibilidades para elegir basándose únicamente en patrones de difracción de cristales, y es difícil hacer un modelo correcto.
Antes de que Watson llegara a Cambridge en 1951, ya había realizado experimentos sobre etiquetado de isótopos para rastrear el ADN de fagos y creía firmemente que el ADN era material genético. Según sus recuerdos, cuando llegó a Cambridge descubrió que Crick también era "una persona que sabía que el ADN era más importante que las proteínas". Pero según el propio Crick, en ese momento no sabía mucho sobre el ADN y no creía que fuera más importante genéticamente que las proteínas. Simplemente sentía que valía la pena estudiar el ADN, como sustancia que se une a las proteínas nucleares. Para un estudiante de posgrado, determinar la estructura de una molécula desconocida es un esfuerzo que vale la pena. Después de confirmar que el ADN es material genético, también debemos comprender qué propiedades se requieren para que el material genético funcione como un gen. Al igual que Crick y Wilkins, Watson destacó más tarde el "¿Qué es la vida?" de Schrödinger. Incluso dijo que después de leer el libro en la Universidad de Chicago, estaba decidido a resolver el misterio genético. Si esto es cierto, es difícil entender por qué Watson se postuló a la ornitología cuando estaba solicitando ingreso a la escuela de posgrado en la Universidad de Indiana. Debido a que el Departamento de Zoología de la Universidad de Indiana no se especializaba en ornitología, Watson recurrió a la genética por sugerencia del decano. En aquel momento, el gran genetista Hermann Mueller era profesor en la Universidad de Indiana. Watson no sólo tomó el curso "Mutación y Genes" de Mueller (con una A), sino que también consideró convertirse en su estudiante de posgrado. Sin embargo, sentí que las moscas de la fruta estudiadas por Muller habían pasado por un período glorioso en genética, así que recurrí a Salvador Luria, que estudiaba la herencia de los fagos, como mi maestro. Sin embargo, la opinión de Muller de que el material genético debe poseer las triples características de autocatálisis, heterocatálisis y mutación debe haber tenido una profunda influencia en Watson. Precisamente porque Watson y Crick creyeron firmemente que el ADN es material genético y entendieron qué características debería tener el material genético, pudieron hacer un descubrimiento tan grande basándose en tan pocos datos.
Se basaron únicamente en tres datos: El primero era ampliamente conocido en su momento, es decir, el ADN está compuesto por seis pequeñas moléculas: desoxirribosa, fosfato y cuatro bases (A, G, T, C ). Estas pequeñas moléculas están formadas por los cuatro nucleótidos que forman el ADN. La segunda prueba es la más reciente. Las imágenes de difracción obtenidas por Franklin mostraron que el ADN es una doble hélice compuesta por dos largas cadenas de 20 angstroms de ancho. La tercera prueba es la más crítica. El bioquímico estadounidense Erwin Chargoff determinó la composición molecular del ADN y descubrió que el contenido de las cuatro bases del ADN era diferente de lo que tradicionalmente se pensaba. Aunque las cuatro bases están presentes en diferentes cantidades en diferentes especies, A y T siempre están presentes en la misma cantidad, al igual que G y C.
Chagaff publicó este importante resultado ya en 1950, pero curiosamente, los tres laboratorios que estudiaban la estructura molecular del ADN ignoraron este resultado. Incluso después de que Chargaff visitara Cambridge en la primavera de 1951 y conociera a Watson y Crick, Watson y Crick prestaron poca atención a sus resultados. Después de que Watson y Crick finalmente se dieron cuenta de la importancia de la relación de Chargaff y pidieron al joven matemático John Griffith de Cambridge que calculara que A atrae a T, G atrae a C y que el ancho de A T es igual al ancho de G C, rápidamente reconstruyeron la relación. modelo correcto de la molécula de ADN.
Watson y Crick publicaron sus hallazgos en la revista Nature el 25 de abril de 1953, con más de 1.000 palabras e ilustraciones.
En su artículo, Watson y Crick insinuaron la importancia genética de este modelo estructural con modestia: "No ignorábamos que los emparejamientos especiales que planteamos sugirieron inmediatamente un mecanismo para la replicación del material genético". explicó en detalle la gran importancia del modelo de doble hélice del ADN para el estudio de la genética: en primer lugar, puede explicar la autorreplicación del material genético. La idea de una "replicación semiconservadora" fue confirmada más tarde por Matthew Meselson y Franklin W. Starr mediante experimentos de rastreo de isótopos. En segundo lugar, podría explicar cómo el material genético transporta información genética. En tercer lugar, puede explicar cómo mutan los genes. Las mutaciones genéticas se deben a cambios en la secuencia de bases y pueden conservarse mediante replicación.
Pero la cuarta característica del material genético, ¿cómo se expresa la información genética para controlar las actividades celulares? Este patrón no se puede explicar. Watson y Crick también admitieron públicamente en ese momento que no sabían cómo el ADN podía "producir efectos muy específicos en las células". Sin embargo, en este momento, la función principal de los genes es controlar la síntesis de proteínas, lo que se ha convertido en * * conocimiento. Entonces, ¿cómo controlan los genes la síntesis de proteínas? ¿Es posible conectar directamente aminoácidos y proteínas utilizando el ADN como plantilla? Algún tiempo después de que Watson y Crick propusieran el modelo de doble hélice del ADN, plantearon la hipótesis de que en la estructura del ADN, diferentes pares de bases forman diferentes "agujeros" de diferentes formas. Insertar diferentes aminoácidos en estos agujeros puede formar una estructura con una proteína de una específica. secuencia. Sin embargo, esta hipótesis se enfrenta a un gran problema: el ADN cromosómico se encuentra en el núcleo, mientras que la mayoría de las proteínas se encuentran en el citoplasma. El núcleo y el citoplasma están separados por una membrana nuclear que no puede ser penetrada por moléculas grandes. Si la proteína se sintetiza directamente a partir del ADN, la proteína no puede ingresar al citoplasma. Otro tipo de ácido nucleico, el ARN, se encuentra principalmente en el citoplasma. Las composiciones de ARN y ADN son muy similares, excepto por dos diferencias. Tiene ribosa pero no desoxirribosa, y uracilo (U) pero no timina (T). Incluso antes de proponer el modelo de doble hélice del ADN en 1952, Watson ya había asumido que la información genética se transmite del ADN al ARN y luego del ARN a las proteínas. Durante 1953 y 1954, Watson pensó más en este problema. Él cree que durante la expresión genética, el ADN se transfiere del núcleo al citoplasma y su desoxirribosa se convierte en ribosa para convertirse en ARN bicatenario, y luego los agujeros entre los pares de bases se utilizan como plantillas para sintetizar proteínas. Esta extravagante idea fue rechazada por Crick antes de enviarla para su publicación. Crick señaló que ni el ADN ni el ARN en sí pueden servir directamente como plantilla para unir aminoácidos. La información genética sólo se refleja en la secuencia de bases del ADN y se necesita un conector para conectar la secuencia de bases y los aminoácidos. Esta "hipótesis del conector" fue rápidamente confirmada experimentalmente.
Del 65438 al 0958, Crick propuso dos teorías, que sentaron las bases teóricas de la genética molecular. La primera teoría es la "hipótesis de la secuencia", que cree que la especificidad de un ácido nucleico está completamente determinada por su secuencia de bases. La secuencia de bases codifica la secuencia de aminoácidos de una proteína específica, y la secuencia de aminoácidos de la proteína determina la. Estructura tridimensional de la proteína. La segunda teoría es el "Dogma Central". La información genética sólo puede transferirse de un ácido nucleico a otro, o de un ácido nucleico a una proteína, pero no de una proteína a otra ni de una proteína. Más tarde, Watson expresó más claramente la regla central de que la información genética sólo puede pasar del ADN al ARN y luego del ARN a la proteína. Como resultado, en 1970 se descubrió que en los virus existe una transcripción inversa de ARN para sintetizar ADN. La gente dice que es necesario modificar la regla central si se agrega un fragmento de información genética para que pueda transferirse del ARN al ADN. De hecho, según la declaración original de Crick, no había necesidad de cambiar la regla central.
¿Cómo codifican las secuencias de bases los aminoácidos? Crick también hizo grandes contribuciones para descifrar este código genético. Hay 20 tipos de aminoácidos que forman las proteínas, pero sólo 4 tipos de bases. Obviamente, es imposible codificar un aminoácido a partir de una base. Si 1 aminoácido está codificado por dos bases, sólo existen 16 combinaciones (4 al cuadrado), lo cual no es suficiente. Por lo tanto, al menos tres bases codifican un aminoácido y existen 64 * * * combinaciones para satisfacer las necesidades.
En 1961, Crick et al. demostraron en "Bacteriófago T4" que la secuencia de un aminoácido en una proteína está codificada por tres bases (llamada codón). Ese mismo año, dos genetistas moleculares estadounidenses, Marshall Nirenberg y John Matthay, descifraron el primer codón. En 1966, se habían identificado los 64 codones (incluidas tres señales de terminación de síntesis). Como una de las evidencias de que todos los seres vivos provienen del mismo ancestro, los codones son básicamente los mismos en todos los seres vivos. Desde entonces, los humanos tenemos una tabla de códigos para descifrar los misterios de la genética.
El descubrimiento del modelo de doble hélice del ADN (incluido el dogma central) es uno de los descubrimientos científicos más importantes del siglo XX y el único descubrimiento en la historia de la biología que se puede comparar con la teoría de Darwin. evolución. Junto con la selección natural, unificó los grandes conceptos de la biología y marcó el nacimiento de la genética molecular. Esta nueva disciplina, que combina genética, bioquímica, biofísica e informática, domina la investigación en todas las disciplinas de la biología. Es el resultado del esfuerzo conjunto de muchas personas. Crick, Wilkins, Franklin y Watson, especialmente Crick, son los héroes más destacados.
Calambres dolorosos
Francis Harry Compton Crick (Frances Harry Compton Crick 1916. 6. 8 - 28 de julio de 2004)
Nacido en Northampton, capital de una condado en el centro-sur de Inglaterra. Cuando era niño, amaba la física. Después de graduarse de la escuela secundaria en 1934, fue admitido en el Departamento de Física de la Universidad de Londres. Se graduó en la universidad tres años después e inmediatamente estudió un doctorado. Sin embargo, el estallido de la Segunda Guerra Mundial en 1939 interrumpió sus estudios. Ingresó al Departamento de Marina para estudiar torpedos, pero no logró ningún logro. Al final de la guerra, Crick, que tenía unos treinta años, todavía no había logrado nada en su carrera. En 1950, a la edad de 34 años, fue admitido en el Departamento de Física de la Universidad de Cambridge como estudiante de posgrado, con la esperanza de estudiar partículas elementales en el famoso Laboratorio Cavendish.
En ese momento, Crick leyó un libro "Qué es la vida" del famoso físico Schrödinger. El libro predijo que una nueva era de investigación biológica estaba a punto de comenzar y señaló que los problemas biológicos eventualmente desaparecerán. se explicará mediante la física y la química, y hay muchas posibilidades de que se descubran nuevas leyes de la física a partir de la investigación biológica. Crick estaba convencido de que sus conocimientos de física serían útiles en la investigación biológica, pero carecía de conocimientos de química, por lo que comenzó a estudiar química orgánica, teoría y tecnología de difracción de rayos X, y se preparó para explorar la estructura de las proteínas.
En 1951, Watson, un doctor en biología estadounidense de 23 años, llegó al Laboratorio Cavendish. También fue influenciado por "Qué es la vida" de Schrödinger. Crick se llevó bien con él y comenzó a colaborar para estudiar la estructura molecular del ADN, el material genético. Aunque tienen personalidades diferentes, tienen ideas afines en sus carreras. Watson tiene una base sólida en biología y está bien capacitado. Crick, por otro lado, confiaba en sus ventajas en física y no estaba limitado por conceptos biológicos tradicionales, y a menudo pensaba en los problemas desde una nueva perspectiva. Aprendieron de las fortalezas de cada uno y de los resultados de Pauling, Wilkins y Franklin, quienes también estaban estudiando la estructura molecular del ADN en ese momento. Como resultado, el modelo de estructura de doble hélice de la molécula de ADN se completó en menos de dos años. Además, con su profunda visión científica, Crick insistió en añadir "el principio del emparejamiento específico del ADN" a su primer artículo, a pesar de las dudas de Watson, lo que inmediatamente recordó a la gente el posible mecanismo de replicación del material genético: "Esta frase, por tanto, no". Solo descubrió la estructura molecular del ADN, sino que también la explicó desde la perspectiva de la estructura y función del grupo.
Del año 65438 al 0962, Crick, de 46 años, ganó el Premio Nobel de Biología o Medicina junto con Watson y Wilkins.
Más tarde, Crick propuso por primera vez de forma independiente el dogma central de la síntesis de proteínas, es decir, la dirección del código genético es: ADN → ARN → proteína. También contribuyó al estudio de las proporciones del código genético y el mecanismo de traducción. Del 65438 al 0977, Crick dejó Cambridge y se convirtió en profesor en el Instituto Salk en San Diego, California.
En la tarde del 28 de julio de 2004, Francis Crick murió en el Hospital Thornton de San Diego, California, a la edad de 88 años después de una larga batalla contra el cáncer de colon.