En 1958 Crick postuló el dogma central de la biología molecular: El flujo de información va desde el ADN al ARN, y del ARN a las proteínas. Sin embargo, quedaba una cuestión por resolver: Cómo puede el alfabeto de cuatro letras del ADN (A, C, T y G) o sus equivalentes en el ARN (A, C, U y G) codificar el alfabeto de 20 letras de los aminoácidos que forman nuestras proteínas?
Watson Biologia Molecular Del Ge
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Esta actividad es adecuada para alumnos de 14 a 18 años trabajando en grupos de 3 o 4, y requiere unas dos horas repartidas en cuatro bloques más una discusión final. Está diseñada como una introducción a la biología molecular, antes de que el profesor explique el código genético o el dogma central de la biología molecular.
Después de esta discusión, explica a tus alumnos que las secuencias eran secuencias de ADN y aminoácidos, y que ellos acaban de reproducir un experimento real clave para la biología molecular. Los estudiantes deberían estar motivados ahora para aprender más sobre el código genético y el dogma central de la biología molecular. Destaca lo similar que es la actividad que acaban de realizar a la forma en la que se descubrió el código genético en la realidad.
Akila joined Scientific Reports in September 2022 after working for four years with BMC Series Journals as a Senior Editor. She has a PhD in Microbiology from University of Aberdeen, UK and worked as an EMBO postdoctoral Fellow at Instituto Gulbenkian de Ciência, Portugal. Over her eleven years in research, she worked on understanding telomere biology and has experience in cell, molecular and developmental biology.
En la Universidad de Columbia, Thomas H. Morgan y sus alumnos comprobaron, en las primeras décadas del siglo xx, que los genes son, en efecto, entes materiales que se encuentran alineados a lo largo de los cromosomas, y elaboraron mapas detallados de los cuatro cromosomas de la mosca de la fruta. Por sus descubrimientos, Morgan recibió el premio Nobel en fisiología o medicina en 1933. En 1926, Herman J. Muller (antiguo alumno de Morgan) descubrió que los rayos X incrementan considerablemente la tasa de mutación de la mosca de la fruta, reforzando la concepción material del gen. Muller recibió en 1946 el premio Nobel en fisiología o medicina. En 1944, Oswald T. Avery demostró en el Instituto (hoy Universidad) Rockefeller que el ácido desoxirribonucleico (adn) es la sustancia de la cual están hechos los genes. Sin embargo, el descubrimiento definitivo que materializó la concepción molecular de los genes, y de hecho marcó la transición entre la genética y la biología molecular, fue el descubrimiento en 1953 de la estructura atómica del adn por parte de Watson y Crick.
La biología molecular surgió y se consolidó entre 1940 y 1960, aproximadamente. Por muy diversos caminos, toda una pléyade de físicos emigraron hacia la biología y jugaron un papel de primera línea en el nacimiento de esta nueva ciencia. En palabras de Max Delbrück, los físicos contribuyeron con técnicas experimentales, modelos y herramientas matemáticas sin las cuales difícilmente podríamos concebir a la biología molecular como la boyante ciencia que es hoy en día.
Uno de los objetivos del presente trabajo es enfatizar las contribuciones de científicos educados formalmente en física y matemáticas al desarrollo de la biología molecular. Esto, sin embargo, no es con ánimo de reclamar créditos para los físicos, sino de mostrar con un ejemplo paradigmático cómo traspasar las fronteras de las ciencias tradicionales puede incentivar avances científicos de primer nivel. En este punto es necesario mencionar que, aunque importantes, las aportaciones de físicos y matemáticos sólo fueron una parte de la gran obra conjunta que dio origen a la biología molecular. El nacimiento y evolución de esta disciplina no hubieran sido posibles sin las aportaciones fundamentales de científicos formados en el área biológica. Más aún, el interés de los físicos por la materia viva y la codificación genética fue despertado por los descubrimientos de biólogos y genetistas notables. En este artículo se revisan someramente las aportaciones de los principales forjadores de la biología molecular (biólogos, químicos y físicos, principalmente) y, por las razones mencionadas anteriormente, se enfatiza cuando de físicos o matemáticos se trata.
En otro orden de ideas, dada la espectacular explosión de conocimientos que hoy en día atestiguamos, en lo que a sistemas moleculares se refiere, existe una amplia gama de oportunidades para físicos y matemáticos que deseen incursionar en las ciencias biológicas. El desarrollo de la biología molecular constituye un excelente ejemplo de cómo una formación sólida en física y matemáticas puede ser un buen punto de partida para una interesante carrera científica en un campo aparentemente inconexo, como es la biología.
De acuerdo con Gunther Stent, hasta la década de los sesenta del siglo pasado se podían reconocer dos escuelas claramente diferenciadas dentro de la biología molecular: la escuela estructural y la escuela informática. Ambas tuvieron una gran influencia en el desarrollo de la biología molecular, y ambas fueron inspiradas por corrientes filosóficas que defendían dos formas distintas de aproximarse a la biología partiendo de la física. Los investigadores de la escuela estructural pretendían entender la función de las moléculas biológicas a partir de su estructura tridimensional. Por el contrario, los científicos de la escuela informática estaban más interesados en la manera en que la información está arreglada linealmente a lo largo de los cromosomas y en cómo esta información se usa para formar y controlar los más diversos sistemas biológicos (Stent, 1968).
W. H. Bragg y W. L. Bragg (padre e hijo, ambos físicos) inventaron la cristalografía de rayos X en 1912 y fundaron una escuela de cristalografía que hizo de la Universidad de Cambridge el principal polo de atracción de estructuralistas moleculares en el mundo. Por su descubrimiento, los Bragg recibieron el premio Nobel de física en 1915. En ese entonces, ya existía en Cambridge una importante tradición en biofísica, iniciada en parte por A. V. Hill y sus estudios sobre la energética de la contracción muscular. Después de la Segunda Guerra Mundial, investigadores avecindados en Cambridge produjeron resultados tan importantes como el modelo de Hodgkin y Huxley, el cual explica a partir de leyes físicas fundamentales la actividad eléctrica de una célula animal: el axón gigante del calamar. Este descubrimiento significó la consolidación de la ciencia conocida como electrofisiología.
Con el tiempo, los físicos moleculares de Cambridge fueron estudiando moléculas más y más complejas, hasta que eventualmente se sintieron con la confianza de enfocar sus rayos X hacia moléculas de importancia biológica. Estaban convencidos de que la fisiología de la célula sólo puede entenderse en términos de la configuración tridimensional de sus componentes. Entre los primeros discípulos de Bragg que adoptaron esta línea de trabajo destacan W. T. Astbury y J. D. Bernal (físico) quienes, hacia el final de la década de los treintas, abordaron el análisis estructural de proteínas y ácidos nucleicos, y aun de agregados nucleo-proteínicos, como los virus. Algunos resultados importantes de la escuela estructural fueron el reconocimiento, en 1939, de que el virus del mosaico del tabaco consiste de un arreglo de cientos de subunidades proteínicas idénticas, así como el descubrimiento en 1945, por parte de Astbury, de que las bases de purina y pirimidina forman un agregado denso perpendicular al eje longitudinal de la molécula de adn.
Mientras tanto, en el laboratorio de W. L. Bragg, en Cambridge, Max Perutz y John C. Kendrew habían estado trabajando en la estructura de las proteínas hemoglobina y mioglobina. Su progreso había sido más bien lento, dado lo limitado de las herramientas con que contaban entonces. A pesar del enorme éxito de Pauling, los biólogos moleculares de Cambridge continuaron con su proyecto. La utilización de la técnica de sustitución de algunos átomos de las proteínas por otros más pesados, así como la disponibilidad de computadoras más potentes para el análisis de las fotografías de rayos X, permitieron a Perutz y Kendrew encontrar, a principios de los sesenta, las estructuras terciarias de sus respectivas proteínas. Por estos resultados, Perutz y Kendrew fueron galardonados con el premio Nobel de química en 1962.
En retrospectiva, se puede decir que la gran influencia de la escuela estructural en la biología general se debe a su preocupación en la estructura más que en la información. Esta manera de hacer las cosas era reflejo de un punto de vista según el cual todos los fenómenos biológicos, sin importar qué tan complejos puedan ser, pueden explicarse mediante las leyes convencionales de la física. Puesto que el estudio de la estructura molecular era un área en la que la física podía hacer contribuciones importantes a la biología, enfocarse en la estructura de moléculas de interés biológico fue una decisión completamente lógica en la década de los treintas.
En 1932, Delbrück regresó a Berlín para trabajar como asistente de Lise Meither, con la esperanza de iniciar un proyecto de investigación en biología. Paradojicamente, estas buenas intenciones fueron impulsadas por la llegada al poder de los nazis, lo que hizo que los seminarios oficiales parecieran menos interesantes. Así, un pequeño grupo de físicos y biólogos empezaron a reunirse en la casa de Delbrück desde 1934. A este grupo pertenecía el genetista N. W. Timoféeff-Ressovsky. A partir de estas reuniones surgió un pequeño artículo, publicado en 1935 por Timoféeff-Ressovsky, Zimmer y Delbrück, en el que se proponía una explicación a las mutaciones inducidas por rayos X con base en la mecánica cuántica. Este artículo fue importante porque discute, por primera vez, una teoría molecular de la genética con base en principios físicos, y porque fue la principal fuente de inspiración para que Schrödinger escribiera su libro What is life? (Qué es la vida?) en 1944. 2ff7e9595c
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