BITACORA

UNIDAD I: INTRODUCCIÓN A LA BIOLOGÍA MOLECULAR.

El termino biología molecular fue utilizado por primera vez en 1945 por William Astbury para referirse al estudio de la estructura química y física de las macromoléculas biológicas.  La Biología Molecular es una ciencia cuyo objetivo fundamental es la comprensión de todos aquellos procesos celulares, que contribuyen a que la información genética se transmita eficientemente de unos seres a otros, y se exprese en los nuevos individuos.  La Biología Molecular se ocupa entonces de las estructuras y funciones de las entidades de dimensiones inferiores a las de las células estudiadas en la biología clásica, pero superiores a las de moléculas, estudiadas por los métodos químicos tradicionales. Por lo tanto, trata de las bases moleculares que subyacen a los procesos biológicos.

1.1 EL DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR.

EXPERIMENTOS DE GRIFFITH (1928)

EXPERIMENTOS DE HERSEY Y CHASE (1952)

Los experimentos llevados a cabo por Avery eran definitivos, pero muchos científicos seresistieron a aceptar como material genético al DNA (y no a las proteínas). La prueba definitiva se obtuvo en 1952 por Alfred Hersey y Martha Chase, usando el fago (virus T2). su razonamiento fue que la infección del fago debe implicar la introducción dentro de la bacteria de la información que dicta la reproducción viral. El fago es relativamente simple en cuanto a la composición molecular.

La mayor parte de la estructura de un fago es proteína, estando el DNA en el interior de la envuelta proteica o “cabeza”.

En las proteínas no se encuentra fósforo, que si forma parte del DNA; inversamente, el azufre esta presente e las proteínas pero nunca en el DNA.

Hersey y Chase marcaron el DNA del fago con un radioisótopo del fósforo (P32)  y las proteínas con azufre (S35), en cultivos distintos de fagos. Usaron entonces cada cultivo por separado, para infectar E. coli con muchas partículas de virus por cada célula.

Tras dejar tiempo suficiente para que se produjera la infección, separaron de las células bacterianas las carcasas vacías de los fagos llamadas “fantasmas” mediante agitación con una batidora de cocina.

Estas pruebas demostraron, en primer lugar, que los propios polisacáridos no trasformaban a las células rugosas. Por tanto la cubierta de polisacáridos, aunque claramente implicada en la acción patogénica, es solo la expresión fenotípica de la virulencia. Tras el escrutinio de los diferentes compuestos (Polisacáridos, Lípidos, RNA, Proteínas y DNA), Avery y col. Descubrieron que solo DNA, inducía la transformación de las células R, dedujeron que el DNA es el agente que determina la aparición del polisacárido y, por tanto, del carácter patogénico. Es mas, parece ser que proveer  a las células R del DNA de las células S es equivalente a ¡proveerlas de los genes de las células S.

Watson y Crick construyeron un modelo que cumpliera todas las investigaciones que sobre el DNA se habían realizado hasta la fecha y propusieron, además, cómo tenía que conservarse y transmitirse la información de esta molécula. También introdujeron que esta molécula se podía mutagenizar espontáneamente mediante la tautomería.

Se pueden consultar los artículos publicados por Watson y Crick, Wilkins y Franklin en Nature el 25 de abril de 1953 para describir la estructura del DNA. También puedes leer las implicaciones que Watson y Crick dedujeron de la estructura del DNA publicadas el 3 de mayo del 53, así como la demostración experimental que Frankin aportó el 25 de julio del 53 para confirmar que la doble hélice era realmente así.

1.1.3 El descubrimiento del código genético.

Desde que se demostró que las proteínas eran producto de los genes, y que cada gen estaba formado por fracciones de cadenas de ADN, los científicos llegaron a la conclusión de que debe haber un código genético mediante el cual el orden de las cuatro bases nitrogenadas en el ADN podría determinar la secuencia de aminoácidos en la formación de polipéptidos. En otras palabras, debe haber un proceso mediante el cual las bases nitrogenadas transmitan la información que dicta la síntesis de proteínas.

La estructura tridimensional de la molécula de ADN fue demostrada por James D. Watson y Francis Crick en 1953. Pero faltaba averiguar cómo interpreta el organismo la secuencia de las distintas bases que forman la estructura lineal del ADN para sintetizar las cadenas de aminoácidos de las proteínas. La solución a este enigma, el código genético, se halló en 1966 gracias a la colaboración entre numerosos investigadores, entre ellos Marshall Nirenberg.

1.1.4 El modelo del operón. (ver Unidad 8, tema 8.2)

1.2 LA BIOLOGÍA MOLECULAR EN MÉXICO.

La biología molecular nace formalmente en 1953, con la publicación del modelo estructural del ácido desoxirribonucleico ADN o, de manera universal, DNA por sus siglas en inglés propuesto por James Watson, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin y Francis Crick. En ese entonces también se fraguaba, de manera por demás importante, el concepto de que la biología obedecía a fenómenos físicos y químicos cuantificables; esto es, que la biología no era meramente una disciplina descriptiva sino también cuantitativa. Es así que el inicio de la biología molecular fue influido en gran medida por los físicos, destacando Max Delbruck, quien se dedicó a la genética después de una trayectoria en la física teórica y quien estimuló a otro físico, Erwin Schrodinger, a escribir su importante libro ¿Qué es la vida?

La biología molecular nace, asimismo, de la bioquímica. La bioquímica en sí, se gestó dentro del pensamiento cuantitativo, particularmente con la visión de que la vida se podía explicar a través de una serie de reacciones químicas, catalizadas por enzimas. Así se construyeron los grandes esquemas de las vías metabólicas que incluyen, entre otros muchos, el ciclo de Krebs, el ciclo de la urea, la cadena respiratoria, la biosíntesis de ácidos grasos, de las hormonas, y de las vitaminas y la fotosíntesis.

1.3 Perspectivas futuras de la Biología Molecular.

Después de que los científicos lograron identificar el ADN como la molécula que contiene la mayoría, si no toda, de la información genética de una célula el mero campo de la geneática molecular avanzo rápidamente a finales de la decada de los años 50 y principios de los años 60 proporcionado nuevos conceptos a una velocidad que solo puede compararse con la del desarrollo de al mecánica cuántica de los años 20. el éxito inicial y la acumulación  de una gran cantidad de información permitieron a los investigadores aplicar las técnicas y los moderno métodos biológicos de la genética molecular.

Las aplicaciones de la biología molecular y campo de estudio

• Estudios en investigación molecular básica y aplicada:
• Clonación genética e hibridación
• Tecnología del ADN Recombinante o ingeniería genética (organismos transgenicos)
• Reacción en Cadena de la Polimerasa (RCP)
• Aislamiento de DNA y RNA (Southern y Northern)
• La tecnología denominada huella de ADN (DNA fingerprinting)
• Procedimiento denominado secuenciación de ADN
• Terapia génica
• Genes interrumpidos (Knock out)
• Control de la expresión génica
• Terapia germinal (células madres)
• Creación de genotecas (bibliotecas de ADN)
• Taxonomia genética y evolucionismo
• Otros.

La investigación sobre el ADN tiene un impacto significativo, especialmente en el ámbito de la medicina. A través de la tecnología del ADN recombinante los científicos pueden modificar microorganismos que llegan a convertir en auténticas fábricas para producir grandes cantidades de sustancias útiles. Por ejemplo, esta técnica se ha empleado para producir insulina (necesaria para los enfermos de diabetes) o interferón (muy útil en el tratamiento del cáncer). Los estudios sobre el ADN humano también revelan la existencia de genes asociados con enfermedades específicas como la fibrosis quística y determinados tipos de cáncer. Esta información puede ser valiosa para el diagnóstico preventivo de varios tipos de enfermedades.