Hace 50 años [4]

Nakai — Dom, 13/01/2008 - 23:04

En 1958, Matthew MESELSON y Franklin W. STAHL demostraron que cuando el ADN se replica lo hace por un mecanismo semiconservativo, tal como habían postulado James D. WATSON y Francis H. C. CRICK en 1953.

Permítame el lector que retroceda a esa última fecha, cuando WATSON y CRICK proponen el modelo según el cual la molécula de ADN es una estructura doble, compuesta por dos cadenas helicoidales dextrógiras arrolladas alrededor de un eje imaginario común, de tal forma que las cadenas no pueden separarse sin desenrrollarse, o sea, sin girar una respecto a la otra (este tipo de arrollamiento, a modo de cuerda, se denomina plectonémico).

Cada una de dichas cadenas está formada por una parte repetitiva y una parte variable.

La parte repetitiva está formada por azúcar (Az) (siempre el mismo: 2-desoxirribosa) y fosfato (P), que van alternándose.

A cada azúcar va unida una base nitrogenada (BN), que puede ser de cuatro tipos: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Las sucesivas BN constituyen la parte variable de la cadena.

También de acuerdo con WATSON y CRICK, en una molécula de ADN, cada BN de una cadena va apareada con una BN de la otra cadena. Ahora bien, estos apareamientos (estabilizados mediante puentes de hidrógeno) son muy específicos, de modo que

si un miembro del par es A, el otro miembro es siempre T, y

si un miembro del par es G, el otro miembro es siempre C.

Por eso se dice que las dos cadenas son "complementarias". Si logramos determinar la secuencia de BN de una de las cadenas, puede deducirse automáticamente la secuencia de BN de la otra, basándose en el principio de complementaridad de las BN.

Una vez publicado este modelo de ADN, cosa que ocurrió en abril de 1953, WATSON y CRICK vislumbraron rápidamente el mecanismo por el cual el ADN podía replicarse (duplicarse) y publicaron la idea un mes después. Téngase en cuenta que desde 1944 había indicios de que el ADN es la sustancia que transporta la información hereditaria y, por otro lado (y esto era de conocimiento general), que cualquiera que fuese la "sustancia hereditaria" debería sufrir un proceso de replicación antes del inicio de la división celular, para que cada célula hija portase una copia de la misma.

¿Cuál fue el mecanismo de replicación propuesto por WATSON y CRICK? El más sencillo y lógico que podía concebirse y algo nunca visto antes en biología molecular.

Dado que el apareamiento de BN es específico, ambas cadenas pueden actuar como un par de moldes. Pensaron que el dúplex de ADN debía desenrrollarse y las dos cadenas separarse, de modo que cada una de ellas servía como molde (o plantilla) para la síntesis de una nueva cadena compañera. Cuando el proceso concluyera tendríamos dos moléculas de ADN donde antes sólo teníamos una.

De acuerdo con esto, en una molécula de ADN, una de la cadenas proviene íntegramente de la molécula "madre", siendo la otra cadena "nueva" toda ella. Este mecanismo fue llamado semiconservativo para diferenciarlo de otros posibles mecanismos de replicación.

Volvamos a 1958.

MESELSON y STAHL demostraron que la replicación ocurría como WATSON y CRICK habían dicho. Seguidamente comentamos cómo lo consiguieron.

Lo primero que hicieron fue idear un procedimiento que permitiera distinguir el ADN previo a la replicación del ADN ya replicado, es decir, el ADN "madre" del ADN "nuevo" formado por replicación. Para ello hicieron crecer células de Escherichia coli en dos cultivos. En ambos cultivos, la fuente de nitrógeno (N) era cloruro de amonio (NH₄Cl), pero uno de los cultivos sólo tenía el isótopo ¹⁴N, mientras que el otro sólo tenía el isótopo ¹⁵N, más pesado. Transcurridas muchas generaciones todo el N celular sería ¹⁴N en uno de los cultivos, y ¹⁵N en el otro. No olvidemos que el ADN contiene N, localizado en las bases nitrogenadas.

Comprobaron además que los ADNs con ¹⁵N ó ¹⁴N, una vez extraídos de las células y mezclados, podían ser diferenciados mediante una técnica especial basada en su diferente densidad. Usando la ultracentrífuga (140.000 x g durante 20 horas), a partir de una mezcla de dichos ADNs se obtenían dos bandas de sedimentación, una inferior que contenía el ADN pesado (formado por ¹⁵N) y otra superior que contenía el ADN ligero (fomado por ¹⁴N).

Una vez completada esa etapa, idearon un experimento que les permitiría averiguar cómo era el ADN "nuevo". Para ello, transfirieron células que habían crecido muchas generaciones en un medio con ¹⁵N a otro medio de cultivo cuyo N era el isótopo ¹⁴N y las dejaron dividirse varias veces, tomando muestras a intervalos de tiempo para averiguar cómo era el ADN que portaban las células hijas que se iban fomando. Se trataba de hacer un seguimiento del ADN que se formaba tras cada turno de replicación.

Los resultados obtenidos en el experimento fueron los siguientes: