De la doble hélice

Experientia docet

ADNDoble hélice es el nombre que se asocia con la estructura molecular del ácido desoxirribonucleico (ADN). Si bien el ADN ya había sido aislado en el siglo XIX e identificado químicamente en 1909, su estructura no fue definida hasta 1953 cuando Francis Crick y James Watson publicaron su modelo.

El investigador pionero en ácidos nucleicos, Phoebus Levene, ya tenía claro en 1910 que la molécula de ADN estaba compuesta por cuatro bases (adenina, guanina, citosina y timina) organizadas sobre una estructura de azúcar-fosfato. Levene pensaba que la unión entre las bases se producía, no directamente, sino a través de esta estructura de azúcar-fosfato. Su modelo hablaba de iguales cantidades de las cuatro bases formando un tetranucleótido. Este modelo fue el predominante hasta comienzos de los años 50 del siglo XX.

Un modelo del ADN tan pequeño y poco versátil no podía ser capaz de representar la forma de almacenar todas las sutilezas y especificidades del material genético y, sin embargo, se sabía desde hacía mucho tiempo que el ADN era el principal constituyente de los cromosomas. De aquí que surgiese la idea de que el ADN actuase como un molécula asistente cuya misión sería ayudar a las proteínas a duplicarse.

En los años 40 quedó claramente establecido que el ADN era una macromolécula implicada en la transferencia del material genético en las bacterias y sus virus. Estos datos eran indiciarios de que el ADN podría ser más que un asistente. Pero no fue hasta 1947 que Erwin Chargaff estableció que en el ADN las bases no están en igual proporción sino que la cantidad de guanina es igual a la de citosina y la de adenina a la de timina. El modelo de Levene quedaba desacreditado y era necesaria una nueva estructura.

Para noviembre de 1951, año en que Linus Pauling había publicado la estructura en hélice alfa de las proteínas usando datos cristalográficos, Maurice Wilkins tenía indicios de que la estructura del ADN también podía ser helicoidal. Alexander Stokes, que trabajaba con Wilkins en el King’s College de Londres, había desarrollado las matemáticas de la difracción de rayos X de una molécula helicoidal y se ajustaban bien a los datos de Wilkins. Sin embargo era sólo una idea general, sin detalle. Para conseguir este detalle se necesitaba un excelente cristalógrafo de rayos X, con amplios conocimientos de química (especialmente de química física) y una paciencia infinita. Esta era la descripción de Rosalind Franklin. Cuando Franklin se hizo cargo de las investigaciones del ADN de la Unidad de Biofísica del Consejo de Investigación Médica del King’s College distinguió entre una forma cristalina A y una forma hidratada B del ADN (en 1970 se descubriría la forma Z), asignó el grupo cristalino correcto a la primera (monoclínico C2) y determinó el cambio en la longitud de los filamentos en la transición de una forma a otra. En 1952 , Raymond Gosling, bajo la dirección de Franklin, obtenía una de las fotografías más importantes de la historia de la biología molecular: la fotografía 51 de la forma B, increíblemente clara y simple.

Foto 51 de Gosling-Franklin

James Watson y Francis Crick, ambos del Laboratorio Cavendish de Cambridge que dirigía Lawrence Bragg, no estaban trabajando oficialmente en la estructura del ADN, pero estaban muy interesados en ella desde que en 1951 habían tenido conocimiento de los resultados de difracción de Wilkins en una conferencia en Nápoles. Compartían con Wilkins la idea de que el ADN tenía que ser helicoidal, algo que Franklin no tenía nada claro. Watson y Crick estaban tan preocupados con el hecho de que Franklin estaba dirigiendo sus esfuerzos en la dirección incorrecta que realizaron dos intentos ellos mismos para intentar dilucidar la cuestión. Su primer intento fracasó.

Para el segundo tuvieron la inestimable colaboración de Max Perutz, director de tesis de Crick, y miembro del Consejo de Investigación Médica. Y es que, espoleados por la publicación del modelo de triple hélice para el ADN de Pauling, una visita de Watson al laboratorio de Franklin había terminado en una discusión con ella y con Wilkins mostrándole la fotografía 51 sin el conocimiento de Franklin. Watson no daba crédito a lo que veía. Fue Perutz quien les consiguió el crucial informe de 1952 del trabajo aún no publicado de Franklin y Gosling. Finalmente, conocedores del descubrimiento de Chargaff tras una visita de éste al Cavendish, ya tenían todas las piezas del puzle. El 8 de abril de 1953 Bragg anunciaba oficialmente en la conferencia Solvay de Química la estructura en doble hélice del ADN. Franklin llegaría independientemente casi a la misma estructura prácticamente al mismo tiempo.

En la elucidación de la estructura detallada hay varias características esenciales. La primera se la comunicó la propia Franklin a Watson y Crick, a saber, que la columna vertebral de azúcar-fosfato tenía que estar en el exterior (este era uno de los errores del modelo helicoidal de Pauling). Por otra parte los datos de Franklin y Gosling indicaban como probable la existencia de más de una hélice. Crick se dio cuenta que la simetría de la forma A cristalina indicaba que las cadenas de azúcar-fosfato tenían que ser antiparalelas, esto es, dos hélices con el mismo eje pero que difieren en una traslación respecto a ese eje. Finalmente Watson resolvió el problema de encajar las bases en la estructura cilíndrica formada por la doble hélice, asociando las grandes purinas (adenina y guanina) con las pequeñas pirimidinas (timina y citosina, respectivamente), dando de paso base teórica a la regla de Chargaff.

Conforme la cristalografía se refinaba más, más apoyo recibía el modelo de doble hélice. Se cambiaron algunos detalles pero no lo fundamental. Hasta que llegó 1959. Las primeras imágenes monocristalinas de nucleótidos mixtos indicaban claramente que las bases no se emparejaban como habían descrito Watson y Crick, sino igual con igual. A pesar de este detalle el premio Nobel de 1962 fue para Watson, Crick y Wilkins (Franklin había muerto en 1958). No fue hasta bastante después que las fotografías monocristalinas de alta resolución confirmaron el emparejamiento de bases de Watson-Crick.

Sobre el autor: César Tomé López es divulgador científico y editor de Mapping Ignorance

Esta entrada es una participación de Experientia docet en el II Festival de la Cristalografía que organiza Experientia docet , en la XXXI Edición del Carnaval de Química que acoge ::ZTFNews y en la XXVIII Edición del Carnaval de Biología que alberga Vida y estrellas

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  • Avatar de LuisWSev

    Es una lástima que se siga difundiendo una explicación del descubrimiento que margina y envilece la figura de la que probablemente fue la persona que más aportó: Rosalind Franklin.
    La historia de la ciencia, también requiere de investigaciones que profundicen en las cuestiones ocultas para sacarlas a la luz. El sesgo lo tenemos que corregir o ese mismo nivel de desigualdad se va perpetuando a través de las generaciones.

  • Avatar de César Tomé

    1 Esta exposición del descubrimiento ni margina, ni mucho menos envilece, la participación del grupo de Rosalind Franklin en el descubrimiento de la estructura del ADN

    2 Como he intentado mostrar en el texto, la resolución de la estructura bebió de múltiples fuentes, entre ellas el trabajo del grupo del King’s College en el que estaba Franklin. Trabajo sobre la estructura del ADN que comenzó Wilkins en 1948 y que Franklin empezó a dirigir sólo a comienzos de 1952.

    3 Que el trabajo del King’s College hubiese llevado por sí mismo a la resolución de la estructura antes que el del Cavendish queda descartado por dos hechos incontrovertibles:

    a) Que el de Cavendish publicó antes y además la estructura correcta
    b) Y que el texto enviado por Franklin y Gosling a Acta Crystallographica en marzo con una estructura en doble hélice, fue modificado en julio «a la vista de trabajos recientes», en concreto al artículo de Watson y Crick de abril en Nature y nuevos datos de los propios Franklin y Gosling. Sobre esto: Franklin, R. & Gosling, R (1953) Acta Cryst. 6, 673 The Structure of Sodium Thymonucleate Fibres I. The Influence of Water Content literalmente dice: «The ideas expressed in this paragraph have been somewhat modified in the light of recent work (see Watson & Crick (1953) and Franklin & Gosling (1953))». Puede consultarse aquí: http://journals.iucr.org/q/issues/1953/08-09/00/a00979/a00979.pdf

    4 La historia de la ciencia requiere centrarse en los hechos y en la multitud de personas y circunstancias que de una u otra forma intervienen en cualquier hallazgo y no en inventar hagiografías a partir de prejuicios infundados y juzgar a partir de ellas.

    Usted lo pase bien.

  • Carles Sirera

    Avatar de Carles Sirera

    Disculpa, no soy químico, pero sí historiador y de reconstrucción de hechos, me parece, tengo bastante más pericia que la mostrada aquí. Este párrafo es incomprensible:
    «Y es que, espoleados por la publicación del modelo de triple hélice para el ADN de Pauling, una visita de Watson al laboratorio de Franklin había terminado en una discusión con ella y con Wilkins mostrándole la fotografía 51 sin el conocimiento de Franklin. Watson no daba crédito a lo que veía. Fue Perutz quien les consiguió el crucial informe de 1952 del trabajo aún no publicado de Franklin y Gosling.»
    Desde el punto de vista sintáctico duele, pero la coherencia interna de los hechos sólo puede entenderse si se pretende esconder un comportamiento poco ético de Watson. ¿Qué hacía allí? ¿De qué estaban discutiendo? ¿Cómo es que Franklin aparece y desaparece de la escena? ¿Qué hacía Watson tomando piezas de otros para reconstruir un puzzle que era «suyo»?
    La historia de la ciencia es, como toda historia, un relato que tiene unas claves narrativas que lo ordenan. El suyo está claro: exonerar a Watson y demostrar que el oportunismo, la competencia sin límites y el arribismo deben premiarse, porque así se hacen grandes descubrimientos. Expresar una crítica al respecto, es moralina y la moral es contraria a la ciencia. Luego, Watson merece reconocimiento social y quién defiende a Franklin no puede ser más que una histérica feminista postmoderna que odia las matemáticas. Sinceramente, su entrada merece reescribirse y el debate es bastante más complejo y con más matices. De hecho, la historia de la ciencia se dedica a esos matices, no a aplaudir los bustos coronados de los triunfadores.

    • Avatar de César Tomé

      Vayamos por partes.

      1 Sobre su presunta pericia en la reconstrucción de hechos es evidente, por su comentario, que no ha hecho uso de ella antes de escribirlo, porque lo único que hace es mostrar su desconocimiento. Ni ha leído con detenimiento el texto, ni nuestro comentario anterior, ni se ha molestado en investigar mínimamente en Internet donde, de ser cierto su nivel avanzado de inglés, habría encontrado muy fácilmente fuentes originales en las que basar una reconstrucción, al menos esquemática, de los hechos. Por otra parte, ni siquiera se ha molestado en investigarnos a nosotros, porque entonces habría averiguado que hace años que venimos rescatando del olvido historias de mujeres investigadoras. Como ha podido comprobar, nosotros a usted sí lo hemos investigado antes de empezar a escribir esta réplica.

      2 Si se atreve a comentar en los términos en los que lo hace, buscando intenciones ocultas en el texto, sin conocer los hechos ni quien los relata, ello muestra plausiblemente dos cosas:

      a) el atrevimiento del ignorante y/o
      b) que usted crea textos donde existen “claves narrativas” que expresan sus prejuicios sin que se haya molestado en investigar mínimamente.

      3 Finalmente, y pensando más en un lector confundido por su comentario que en un posible interés real por su parte, vamos a responder a las preguntas que plantea, si bien el objetivo de esta serie es ofrecer una línea argumental del desarrollo histórico de un concepto e incitar al lector interesado a que investigue él sus ramificaciones.

      a) ¿Qué hacía [Watson] allí?¿De qué estaban discutiendo?

      Como explicamos en el texto, el grupo del King’s College era pionero en el estudio cristalográfico del ADN. Si bien en el Cavendish se estaban haciendo experimentos, si se querían adelantar a Pauling era necesario contrastar toda la información disponible. Wilkins, que había iniciado la línea de investigación del ADN, ya no llevaba el asunto, que estaba en manos de Franklin. Watson fue al King’s College a solicitar esa colaboración y Franklin simplemente se negó, básicamente porque no tenía claro que la hipótesis que manejaban Wilkins y Watson (que el ADN fuese helicoidal) fuese la correcta y quería hacer más experimentos (véase nuestro comentario anterior).

      b) ¿Cómo es que Franklin aparece y desaparece de la escena?

      Porque simplemente se levanta y se va, dando por concluida la reunión. Wilkins muestra entonces, en un aparte, varias fotografías a Watson, entre ellas la famosa fotografía 51 que Watson, gracias al trabajo previo hecho en el grupo del Cavendish, reconoce como importantísima para reforzar la hipótesis helicoidal.

      c) ¿Qué hacía Watson tomando piezas de otros para reconstruir un puzzle que era “suyo”?

      La ciencia experimental se construye con aportaciones de muchas partes. Desde mediados del siglo XX es impensable un trabajo con base experimental que no lo realice un equipo de investigadores, en la mayoría de los casos de varias instituciones. En el que caso de Watson y Crick su falta fue no citar una fuente de datos: Gosling (autor de la foto) y Franklin (su directora de tesis). Pero hemos de recordar que el que una persona vea una foto no significa nada, es necesario tener acceso a los datos de las mediciones y eso fue lo que consiguió para los del Cavendish Max Perutz que, como miembro del Consejo de Investigación Médica, tenía acceso a los datos no publicados del King’s.

      4 Visto todo lo anterior, quizás ahora se entienda mejor este texto:
      “Y es que, espoleados por la publicación del modelo de triple hélice para el ADN de Pauling, una visita de Watson al laboratorio de Franklin había terminado en una discusión con ella y con Wilkins mostrándole la fotografía 51 sin el conocimiento de Franklin. Watson no daba crédito a lo que veía. Fue Perutz quien les consiguió el crucial informe de 1952 del trabajo aún no publicado de Franklin y Gosling.”

      5 Watson, Crick, Wilkins y Perutz hicieron algo éticamente reprobable. Nosotros en el texto nos limitamos a exponer los hechos (“Fue Perutz quien les consiguió el crucial informe de 1952 del trabajo aún no publicado de Franklin y Gosling”) relevantes al descubrimiento de la doble hélice. Ni hemos entrado a valorar éticamente lo que sucedió ni hemos expresado en ningún momento lo que creemos o dejamos de creer, sino lo que sucedió según está documentado y nuestro mejor saber y entender. A este respecto remitimos de nuevo a nuestro comentario anterior y en especial al punto 4 que, para su comodidad, reproducimos a continuación:

      “La historia de la ciencia requiere centrarse en los hechos y en la multitud de personas y circunstancias que de una u otra forma intervienen en cualquier hallazgo y no en inventar hagiografías a partir de prejuicios infundados y juzgar a partir de ellas.”

  • Francisco Alvarado

    Avatar de Francisco Alvarado

    Excelente artículo…tanto el texto como las respuestas dadas en el chat…saludos

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