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Historia
En 1944 Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty extrajeron una fracción activa o factor transformante, a través de análisis químicos, enzimáticos y serológicos, cayeron en cuenta de que no contenía proteínas, ni lípidos, ni polisacáridos activos, más bien estaba constituido por “una forma viscosa de ácido desoxirribonucleico altamente polimerizado”, en pocas palabras, ADN. Sustrajeron ADN de cepas bacterianas S y lo mezclaron con cepas R vivas, llevando como resultado que se formaran colonias bacterianas S, confirmando inequívocamente que el principio transformante era el ADN.
En 1953, Rosalind Franklin, James Watson y Francis Crick propusieron el modelo de la doble hélice de ADN para representar la estructura tridimensional del polímero. Luego de ello se dieron más y más investigaciones que llevaron a hacer grandes descubrimientos de este núcleo.
LA COMPLEJIDAD DEL ADN.
Las células almacenan información químicamente, y es en este proceso donde el ADN es fundamental, él transmite esa información cuando las células se dividen y se produce un nuevo organismo, las células siguen las instrucciones del ADN detallando el proceso cuidadosamente y paso a paso, dando como resultado una planta, un animal o un ser humano. Este proceso es totalmente automático siendo más sorpréndete aun. Esta información permanece almacenada hasta que sea necesario, puede utilizarse para sustituir células enfermas o muertas por otras completamente nuevas, o para transmitir características de padres a hijos.
Según Bernd-Olaf Küppers “el texto molecular de una célula de una bacteria, llenaría un libro de mil páginas, siendo así el ADN humano podría llenar una biblioteca con miles y miles de libros”. El código del ADN usa un lenguaje genético molecular que tiene su propia sintaxis, el ADN sigue sus propias reglas gramaticales y estas reglas controlan estrictamente como se redactan y ejecutan las instrucciones del ADN, estas instrucciones dirigen la producción de proteínas y otras sustancias que conforman las células de las diferentes partes del cuerpo. Como ejemplo, pude ser la receta para producir las células de los huesos, nervios, piel o músculos. Según Matt Ridley, “Cada filamento de ADN es información escrita en un código de sustancias químicas, una sustancia por letra. Y aunque parezca increíble, el código está escrito en un lenguajes que podemos entender”.
¿Cómo es el proceso de la edificación de las partes del cuerpo?
Esta condición es solo temporal, porque inmediatamente los “medios peldaños” de un filamento comienzan a atraer sus sustancias químicas complementarias del material circundante en el núcleo. Por este medio “reedifican” otras mitades para los “peldaños,” formando así un nuevo filamento que se llama “mensajero ARN” (ácido ribonucleico). Se nombra así porque tiene que dejar el núcleo de la célula para llevar el modelo del ADN a fin de fabricar la proteína apropiada.
De modo que el “mensajero ARN” se separa, y los filamentos originales del ADN en el núcleo se unen de nuevo como antes, listos para enviar más “mensajeros ARN” cuando se necesiten posteriormente. El filamento del ARN sale del núcleo, donde un cuerpo o partícula de la célula que se llama “ribosoma” se adhiere al filamento y parece “leerlo,” de manera comparable a como un magnetófono reproduce las palabras registradas en la cinta. Entonces se suministran las sustancias químicas apropiadas para que hagan juego con los “medios peldaños” del “mensajero ARN.”
¿Qué se ha logrado hasta este punto? El “mensajero ARN” realmente ha llevado el mensaje o clave de la molécula del ADN para que el ribosoma lo pueda “leer,” y se suministren las sustancias químicas exactamente en el mismo arreglo que en el ADN original. De acuerdo con ello, con la ayuda de otra clase de ARN que se llama “ARN de traslado” el “mensajero ARN” agrupa sustancias químicas que se llaman “aminoácidos” para fabricar la proteína específica. Después el ribosoma descarga la proteína, la cual va a efectuar su trabajo como bloque de construcción.
De esta intrincada manera se sintetiza una molécula de proteína cuya composición química ha sido dirigida por el ADN a fin de utilizarla en una parte del cuerpo de la criatura viva. Para usar otra comparación, el proceso puede asemejarse a un médico (ADN) en su consultorio (el núcleo de la célula) que escribe una receta y la envía por mensajero (“mensajero ARN”). Cuando el farmacéutico (el ribosoma) la lee, toma las sustancias químicas recetadas de su anaquel y las mezcla como indica la receta. La medicina (al igual que la proteína) así compuesta se utiliza para ciertos propósitos en el cuerpo del paciente.
Los científicos han aprendido tales cosas acerca de estas diminutas cosas, algunas de las cuales ni siquiera pueden verse bajo el microscopio. Su descubrimiento es una evidencia de la asombrosa habilidad y capacidad de la mente humana.
VIAJE A DENTRO DE UNA CELULA HUMANA
Hagamos un viaje al interior de la célula, pero esta vez será una célula humana. Imaginemos que vamos a un museo concebido para enseñar cómo funciona una célula humana típica. El edificio entero es una réplica perfecta ampliada trece millones de veces. Su tamaño es el de un gigantesco estadio deportivo, de esos que tienen capacidad para 70.000 personas.
Al entrar, nos sobrecoge ver este maravilloso lugar repleto de formas y estructuras extrañas. Hacia el centro divisamos el núcleo, una esfera de unos veinte pisos de altura. Resueltos, nos abrimos paso hasta allí.
Una “proeza de la ingeniería”. Empaquetamiento del ADN: Empaquetar el ADN en el núcleo es toda una proeza de la ingeniería, algo así como tratar de acomodar 40 kilómetros (24 millas) de hilo muy fino dentro de una pelota de tenis.
Entramos por una puerta de la capa exterior, o membrana nuclear, y miramos a nuestro alrededor. Dominando el recinto se hallan 46 cromosomas. Están dispuestos en pares idénticos y varían en altura; de hecho, el más cercano a nosotros es como de doce pisos (1). Los cromosomas presentan un estrechamiento por la parte media y semejan salchichas, pero son tan gruesos como el tronco de un gran árbol. Observamos un conjunto de bandas que los cruzan horizontalmente. Vistas de cerca, notamos que las bandas están divididas por líneas verticales y que entre estas últimas hay líneas horizontales más pequeñas (2). ¿Qué son? ¿Pilas de libros? No. Son los bordes exteriores de bucles densamente empaquetados en columnas. Halamos uno, y sale con facilidad. Nos admiramos al ver que el bucle está integrado a su vez por espirales de menor tamaño (3), también perfectamente ordenadas. El interior de las espirales alberga el elemento más importante de todos, algo parecido a una cuerda larguísima. ¿De qué se trata?
LA ESTRUCTURA DE UNA ASOMBROSA MOLÉCULA
Denominemos cuerda a esta parte del modelo de cromosoma. Tiene unos dos centímetros y medio (una pulgada) de espesor y está fuertemente enrollada en carretes (4), lo que propicia la formación de espirales dentro de espirales. Una especie de andamiaje les sirve de soporte. La cuerda está empaquetada de un modo muy eficaz, explica una pantalla del museo. Si sacáramos la cuerda de cada uno de los modelos de cromosoma y las pusiéramos todas bien estiradas una detrás de otra, abarcarían más o menos la mitad de la circunferencia terrestre.
Un libro de ciencia llama a este eficaz sistema de empaquetamiento “una portentosa proeza de la ingeniería”. ¿Le parece a usted creíble la idea de que no hubo un ingeniero detrás de ello? Si el museo tuviera una espaciosa tienda donde se exhibieran para la venta millones de objetos, todos ordenados cuidadosamente a fin de que uno encuentre fácilmente lo que necesita, ¿supondría que nadie la organizó? Claro que no, si bien tal orden no sería nada en comparación con la proeza ya descrita.
Ahora se nos invita a tomar en las manos un segmento de la cuerda y contemplarlo de cerca (5). Al palparla, advertimos que no es una cuerda ordinaria: está formada por dos hebras enrolladas una alrededor de la otra y unidas por pequeñas barras equidistantes. El conjunto tiene el aspecto de una escalera de caracol (6). Entonces caemos en la cuenta: tenemos en la mano un modelo de la molécula de ADN, uno de los grandes enigmas de la vida.
Una molécula de ADN, cuidadosamente empaquetada con sus carretes y andamiaje, forma un cromosoma. Los peldaños de la escalera se conocen como pares de bases (7). ¿Cuál es su función? ¿Para qué sirve todo esto? Otra pantalla nos brinda una explicación simplificada.
LO ÚLTIMO EN SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE DATOS
La clave para descifrar el ADN reside en los peldaños que conectan los dos lados de la escalera, dice la pantalla. Visualicemos la escalera partida por la mitad. De cada lado cuelgan peldaños incompletos. Estos vienen en cuatro variedades únicamente, designados con las letras A, T, G y C. ¡Qué sorpresa se llevaron los científicos al descubrir que el orden de estas letras formaba una especie de código para transmitir información!
El genoma sería un libro inmenso. ¿Cuánta información contendría? El genoma humano está constituido por unos tres mil millones de pares de bases, o peldaños. Imaginemos una enciclopedia formada por volúmenes de más de mil páginas cada uno. El genoma llenaría 428 de tales volúmenes; sumándole el duplicado que posee cada célula, el número ascendería a 856. Si una persona se dedicara a teclear la información del genoma en una jornada de cuarenta horas semanales, sin vacaciones, tardaría alrededor de ochenta años.
Por supuesto, el resultado final no sería de ningún provecho, pues ¿cómo se meten centenares de pesados volúmenes en cada una de los 100 billones de microscópicas células que componen el cuerpo humano? Comprimir tanta información desborda por mucho nuestra capacidad.
Un profesor de Biología Molecular y Ciencias Informáticas dijo: “Un gramo de ADN, que ocupa, en seco, alrededor de un centímetro cúbico, puede almacenar aproximadamente la información de un billón [1012] de discos compactos”. ¿Qué implica esto? Recordemos que el ADN contiene los genes, las instrucciones para construir un cuerpo humano único. Toda célula posee un juego completo de instrucciones. El ADN almacena tanta información que una cucharadita contendría las instrucciones para construir trescientas cincuenta veces la población mundial. La cantidad requerida para recrear los 7.000 millones de personas que hoy habitan la Tierra apenas formaría una película en la superficie de la cucharita.
¿UN LIBRO SIN AUTOR?
Un gramo de ADN contiene tanta información como un billón de discos compactos
Pese a los adelantos en las técnicas de miniaturización, el hombre no ha inventado un dispositivo para almacenar datos que siquiera se aproxime a tal capacidad. Aun así, usaremos el disco compacto a título de ejemplo. Quizás a usted le impresione su figura simétrica, su superficie brillante, su eficaz diseño. Es obvio que fue hecho por alguien inteligente. Suponga ahora que el disco almacena, no información confusa o embarullada, sino instrucciones coherentes y detalladas sobre la manera de construir, mantener y reparar maquinaria compleja. Esta información no altera de modo perceptible su peso o tamaño y, sin embargo, en ella radica su principal valor. ¿No lo convencerían dichas instrucciones escritas de que allí debió de intervenir una mente inteligente? ¿Acaso no requiere la escritura la existencia de un escritor?
Comparar el ADN con un disco compacto o un libro no es descabellado. De hecho, una obra sobre el genoma dice: “La idea de considerar el genoma como un libro no es, en rigor, siquiera una metáfora. Es literalmente cierta. Un libro es una pieza de información digital [...]. También lo es un genoma”. Y agrega: “El genoma es un libro muy inteligente, porque en condiciones adecuadas puede fotocopiarse y leerse a sí mismo”. Lo anterior nos lleva a otro importante aspecto del ADN.
MÁQUINAS EN MOVIMIENTO
Mientras estamos allí parados en completa quietud, nos preguntamos si el núcleo celular es tan estático como un museo. Entonces vemos una urna de cristal que guarda un modelo de segmento de ADN y, sobre ella, otra pantalla que dice: “Pulse el botón para una demostración”. Pulsamos y oímos a un narrador decir: “El ADN realiza por lo menos dos tareas cruciales. La primera se llama replicación. El ADN debe copiarse a fin de dotar a toda nueva célula de un juego completo de la misma información genética. Observe la siguiente simulación”.
Por una puerta situada en un extremo de la urna vemos entrar una máquina bastante complicada. Se trata, en realidad, de una piña de robots. La máquina se acopla a la molécula de ADN y empieza a deslizarse como un tren sobre rieles. Puesto que va un poco rápido, no distinguimos bien lo que hace, pero sí nos percatamos de que detrás de ella hay ahora dos cuerdas completas de ADN en vez de una.
El narrador explica: “Esta es una versión bastante simplificada de lo que sucede cuando el ADN se replica. Un grupo de máquinas moleculares llamadas enzimas se desplazan a lo largo del ADN y lo desdoblan en dos; luego toman cada hebra como molde y generan una nueva hebra complementaria. Resulta imposible mostrarles todos los dispositivos que entran en acción, como el aparatito que va delante de la máquina replicadora cortando una de las dos hebras para que el ADN rote libremente y así evitar el superenrollamiento. Tampoco podemos enseñarles cómo se efectúan las múltiples ‘correcciones de pruebas’. Las erratas se detectan y se enmiendan con pasmosa exactitud.
Replicación. Copiado del ADN
1. Esta pieza de la máquina de enzimas desdobla en dos la cuerda de ADN
2. Esta pieza toma una de las hebras como molde para formar una hebra doble
3. Abrazadera deslizante que guía y estabiliza la máquina de enzimas
4. Se forman dos cuerdas completas de ADN
Si el ADN fuera del tamaño de una vía férrea, la máquina de enzimas circularía a una velocidad de 80 kilómetros (50 millas) por hora
UNA MOLÉCULA QUE SE LEE Y SE COPIA ¿Cómo se lee y se copia el ADN con tanta exactitud? Las cuatro bases químicas utilizadas en la escalera del ADN (A, T, G y C) forman los peldaños emparejándose siempre del mismo modo: A con T y G con C. Por lo tanto, si tenemos un lado de la escalera, sabremos la composición del lado opuesto. Así, si la secuencia de uno es GTCA, la del otro será CAGT. Aunque los peldaños incompletos varían en longitud, forman peldaños uniformes cuando se unen con sus complementarios.El anterior descubrimiento llevó a otro importantísimo hallazgo sobre las propiedades de esta extraordinaria molécula: la excepcional facilidad con que puede ser copiada una y otra vez. La máquina de enzimas encargada de la replicación toma unidades de las cuatro sustancias químicas mencionadas, las cuales flotan libres en el entorno nuclear, y completa cada peldaño de la cuerda desdoblada de ADN.
Así pues, la molécula de ADN es como un libro que puede leerse y copiarse infinidad de veces. En el curso de la vida humana, el ADN es copiado unos diez mil billones (1016) de veces, con pasmosa fidelidad.
“LECTURA” DEL ADN
El narrador prosigue: “La segunda tarea que realiza el ADN se llama transcripción. El ADN nunca abandona el refugio seguro del núcleo. Entonces, ¿cómo se leen y se utilizan sus genes, es decir, las recetas para fabricar todas las proteínas constitutivas del cuerpo humano? Primero, la máquina de enzimas que estamos viendo localiza una región del ADN donde se ha activado un gen mediante señales químicas procedentes del exterior del núcleo; enseguida, hace una copia del gen valiéndose de una molécula de ARN. El ARN se parece bastante a una hebra sencilla de ADN, pero es diferente. Su tarea consiste en recoger la información codificada de los genes contenidos en el ADN. Extrae dicha información mientras se halla en la máquina de enzimas y la transporta fuera del núcleo a uno de los ribosomas, donde será utilizada para sintetizar una proteína”.
Transcripción. “Lectura” del ADN
1. El ADN es desenrollado en este punto. La hebra expuesta transmite la información al ARN
2. El ARN “lee” el ADN recogiendo la información codificada de un gen. El código del ADN le indica a la máquina transcriptora dónde comenzar y dónde terminar
3. El ARN transporta la información del núcleo a un ribosoma, donde dará las instrucciones para construir una proteína compleja
4. Máquina transcriptora
La demostración nos ha deslumbrado. Quedamos muy impresionados por el museo y por el ingenio de quienes diseñaron y construyeron sus máquinas. ¿Y si fuera posible poner en marcha el museo con todas sus piezas para demostrar las miles y miles de tareas que se llevan a cabo simultáneamente en la célula humana? ¡Eso sí que sería un espectáculo!
Pues bien, todos esos procesos que realizan diminutas máquinas sofisticadas están teniendo lugar ahora mismo en los 100 billones de células de nuestro organismo. El ADN está siendo leído para fabricar, en conformidad con sus instrucciones, los cientos de miles de proteínas diferentes que constituyen el cuerpo (sus enzimas, tejidos, órganos, etc.). Al mismo tiempo, está siendo copiado y corregido a fin de que cada célula nueva posea un juego limpio de instrucciones.
Los científicos han aprendido tales cosas acerca de estas diminutas cosas, algunas de las cuales ni siquiera pueden verse bajo el microscopio. Su descubrimiento es una evidencia de la asombrosa habilidad y capacidad de la mente humana. Pero, ¿cree usted que estos científicos han descubierto en realidad “el secreto de la vida”?
Si el hombre con su inteligencia necesita veinte años para tan solo delinear la composición de unos cuantos genes, ¿cómo juntarían alguna vez las fuerzas ciegas el material que se necesita; cómo lo reunirían y lo harían funcionar de esta manera compleja? Si su cadena del ADN estuviera completa, digamos, solo en tres cuartas partes o nueve décimas, ni siquiera un animal unicelular podría llegar a vivir. No, la criatura tendría que aparecer entera, súbitamente, o no aparecer en absoluto. Sin duda, estas celulas pasan dia a dia Inadvertidas, pero al profundizar e investigar mas sobre estos microorganismos, nos damos cuenta que formamos parte de un Mundo Sorprendete.
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