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Universidad de Chile
Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas
Departamento de Química Orgánica y Fisicoquímica
Programa de Doctorado
Filosofía de
Historia y Filosofía
de la
la
Ciencia
http://www.filosofia.tk/foto/museo/La%20escuela%20de%20Atenas.jpg
Profesor: Dr. Jorge Valenzuela Pedevila
•Thomas Morgan, la
drosophila y las mutaciones
http://www.nceas.ucsb.edu/~alroy/lefa/Morgan
.jpg
• Tanto Mendel como sus redescubridores eran
botánicos. El estudio de la herencia en los
vegetales no resultó muy complicado. Sin
embargo, la situación en el reino animal era más
compleja. Se requería un animal fácil de criar
en el laboratorio, pequeño, muy fértil y además
que tuviera muy pocos cromosomas. Morgan
encuentra que la mosca de la fruta la Drosophila
melanogaster cumple con todas las exigencias.
http://athens.uchicago.edu/~lenka/im
ages/drosophila-head.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/common
s/thumb/4/4c/Drosophila_melanogaster__side_(aka).jpg/300pxDrosophila_melanogaster_-_side_(aka).jpg
• Thomas Hunt Morgan (estadounidense,
1866
–
1945),
se
dedicó
fundamentalmente al estudio de las
mutaciones, proceso que constituye el
mecanismo responsable de la evolución.
http://www.ihep.ac.cn/kejiyuandi/news/10faxian/Morgan-rys_22.jpg
• Al iniciar sus trabajos, Morgan
era muy
escéptico respecto de la teorías de Mendel. Se
había propuesto como objetivo demostrar la
falsedad de la teoría de Mendel. Como se ha
señalado, Morgan realizó trascendentales
investigaciones en la mosca, Drosophila, que
además de criarse por millares en botellas de
leche, posee sólo cuatro cromosomas y su ciclo
vital dura diez días.
http://www.minerva.unito.it/SIS/Morgan/Imag
e31.gif
Por otra parte, no hay grandes gastos de
alimentación ni se requiere un gran
espacio.
http://www.bmb.psu.edu/img/drosophila.jpg
http://www.jyi.org/articleimages/410/originals/i
mg0.jpg
• Entre 1907 y 1917, Morgan realizó estudios estimulando
mutaciones mediante el uso del calor, los rayos X y
sustancias
químicas.
Trabajó
con
más
1000
generaciones de Drosophila, que abarcabaron millones
de individuos. Aunque no se produjeron en sus cultivos
mutaciones a escala de especie, en 1910 encontró una
mosca macho de ojos blancos.
http://bio1151.nicerweb.com/doc/class/bi
o1151/Locked/media/ch15/15_03Drosophi
laWhiteEye.jpg
• Denominó “mutación” al cambio y cruzó este
macho con una hembra normal de ojos rojos.
Todos los descendientes mostraron ojos rojos.
Pero cuando cruzó entre sí descendientes de la
primera generación, observó el carácter de los
ojos blancos volvía aparecer, aunque sólo en los
machos, nunca en las hembras. Pero si cruzaba
a un macho de ojos blancos con hembras de la
primera
generación,
la
mitad
de
los
descendientes machos y la mitad de los
descendientes hembras tenían ojos blancos.
http://www.mun.ca/biology/scarr/Drosophila_
eyes.gif
http://www.cas.vanderbilt.edu/bsci111b/drosophila/flies-sexlinked.jpg
• Los resultados fueron parecidos a los
obtenidos por Mendel con los guisantes,
de tal manera que se podían explicar
utilizando la teoría de Mendel. Morgan
logró también por otra parte encontrar
marcadores
cromosómicos
que
le
permitieron construir en 1911 el primer
mapa cromosómico, que puso en
evidencia la posición relativa de cinco
genes ligados al sexo.
• En 1916
construyó otro mapa
que
indicaba las posiciones relativas de más de
2000 genes pertenecientes a los
cromosomas de la mosca Drosophila. Con
esta información planteó la tesis de que
los genes se encuentran linealmente
ordenados en los cromosomas y que
experimentan
cambios
repentinos
permanentes (mutaciones), que producen
un rasgo concreto determinado por el gen,
como por ejemplo, el cambio de color del
ojo desde rojo a blanco.
http://chsweb.lr.k12.nj.us/psidelsk
y/FruitFlyStudy%20Guide_files/im
age002.jpg
• En 1928 Morgan escribió el gran libro “The
Theory of the Gene” (La teoría de los
genes). En dicho libro señala “Tenemos
ahora la posibilidad de formular la teoría
de los genes.” Parte diciendo que “los
caracteres del individuo se refieren a
partes de elementos – genes – en la
materia germinal, mantenidos juntos en
un número de grupos enlazados.” Se
pregunta Morgan cuál es la naturaleza de
los genes.
• Dice
http://www.kytales.com/tmorgan/
morfot.jpg
”¿Cómo
puede ser que
tratándose de moléculas
orgánicas, se conservan
(los genes) invariables,
con plena estabilidad? Tal
estabilidad significa que el
gen es individualizado
como una molécula viva,
que
se
mantiene
prácticamente invariable a
pesar de su metabolismo,
o que tiende a evolucionar
según
un
modelo
definido.”
• Agrega
“ Hace unos años me propuse calcular el
tamaño de los genes con la esperanza de que
se consiguieran resultados útiles para avanzar
en estos problemas. No contamos, sin
embargo,
con
medidas
suficientemente
exactas para poder evitar razonamientos que
no sean nada más que especulativos. Parece,
sin embargo, que el volumen del gen es del
orden de las mayores moléculas orgánicas.
Podría tratarse, en efecto, de una gran
molécula, pero es más verosímil pensar que el
gen sea una estructura, un conjunto de
moléculas orgánicas, relacionadas por vínculos
químicos, por la pura afinidad – como ocurre
en el caso de una combinación química – o por
otras fuerzas organizadoras. Es difícil, con
todo, evitar la fascinante idea de que el gen
http://www.nobelpreis.org/medizin/isea constante precisamente porque constituye
mages/morgan.jpg
una entidad química organizada.”
• Se ha señalado que el siglo XX es el siglo
de la genética. Entonces es cuando se
puede entender la evolución. La mutación
del gen pasó a erigirse en el motor que
dirigía la evolución. Sin embargo durante
la primera mitad del siglo XX se
desconocía la naturaleza del gen.
http://insects.eugenes.org/species/about/Drosophila-phylogeny.gif
•Avery
http://history.nih.gov/exhibits/nirenberg/images/phot
os/03_avery_pu.jpg
• En 1944, Oswalt T. Avery (estadounidense, 1877
– 1955), junto con sus colaboradores Colin
MacLeod (1909 – 1972) y Maclyn McCarthy
(1911 - 2005), escribió una artículo titulado
“Studies on the chemical nature of the
substance
inducing
transformación
of
Pneumococcal
types.
Induction
of
transformation by a desoxyribonucleic acid
fraction isolated from Pneumococcus Type III”
(Estudios sobre la naturaleza química de la
sustancia que induce transformación de tipo
neumococo. Inducción de transformación por
una fracción de ácido desoxirribonucleico aislada
del neumococco tipo III)
Colin MacLeod (1909 – 1972)
http://profiles.nlm.nih.gov/CC/A/A/C/A/
_/ccaaca.jpg
http://osulibrary.oregons
tate.edu/specialcollectio
ns/coll/pauling/dna/pape
rs/avery-pg01-xl.jpg
• En este artículo, que fue publicado en el
Journal of Experimental Medicine, se
sostiene que “los genes se encuentran
sumergidos en ácido desoxirribonucleico
(ADN o DNA).”
http://whyfiles.org/188nobel_mri/3.html
http://courses.cm.utexas.e
du/jrobertus/ch339k/overh
eads-2/ch10_averyexp.jpg
• Además Avery y sus colaboradores
señalaban:
“Desde hace tiempo los biólogos intentan,
http://whyfiles.org/188nobel_mri/3
.html
utilizando medios químicos, inducir en
organismo superiores cambios predecibles
y específicos que, a partir de ese
momento, pudieran transmitirse en serie
como caracteres hereditarios. Con tal fin
se ha elegido microorganismos de un tipo
especial, neumococos, en los que se
podían estudiar fácilmente alteraciones
hereditarias inducidas
experimentalmente, concluyéndose que la
fracción activa o principio transformador
consta principalmente, si no
exclusivamente, de una forma viscosa,
sumamente polimerizada, de ácido
desoxirribonucleico.”
• (Nota: la fracción activa o principio
transformador
corresponde
a
elementos
responsables
de
transmisiones
hereditarias,
cromosomas).
los
las
los
• Se puede decir que el articulo de Avery et al
tuvo
variadas respuestas. James Watson señala al respecto:
“el artículo de Avery et al encontró respuestas de
http://www.nndb.com/peop
le/322/000022256/
distinta índole. Muchos genetistas aceptaron sus
conclusiones. Al fin y al cabo, el ADN se hallaba en
todos los cromosomas. ¿Por qué no habría de ser el
material genético? Sin embargo, la mayoría de los
bioquímicos dudaban de que el ADN fuera una
molécula lo bastante compleja como para actuar de
depositaria de una cantidad de información
biológica tan amplia. Seguían creyendo que se
comprobaría que las proteínas, el otro componente
de los cromosomas, constituían la sustancia
hereditaria. En principio, señalaban los bioquímicos
que sería mucho más fácil codificar un gran
conjunto de información compleja utilizando el
alfabeto de veinte letras correspondientes a los
aminoácidos de las proteínas que el alfabeto de
cuatro letras correspondientes a los nucleótidos del
ADN.”
•PAULING Y LA
BIOLOGÍA
MOLECULAR
Linus Pauling, 1901-1994
http://osulibrary.oregonstate.edu/specialcollections/coll/pauli
ng/bond/people/pauling-linus.html
• Linus Pauling (estadounidense, 1901-
1994), fue un físico-químico brillante, que
trabajó
en
la
estructura
de
macromoléculas. Sus investigaciones las
desarrollaba utilizando conocimientos de
biología, teoría cuántica del enlace
químico, cristalografía y difracción de
rayos X.
http://lpi.oregonstate.edu/f-w03/images/Triplehelix.jpg
• Siempre pensó que “la biología molecular
era una parte de la química estructural.”
• Francis Crick señaló:
“Pauling fue en biología molecular
http://nobelprize.org/nobel_priz
es/medicine/laureates/1962/cric
k.gif
una figura más importantes de lo
que a veces se cree. No sólo hizo
algunos descubrimientos claves
(por ejemplo, que la anemia
falciforme era una enfermedad
molecular), sino que tenía la
aproximación teórica exacta a
estos problemas biológicos. Creía
que mucho de lo que quedaba por
saber podía explicarse utilizando
ideas químicas bien fundadas, en
especial la química de
macromoléculas, especialmente el
carbono, y sobre los enlaces que
mantienen los átomos juntos
serían suficientes para desvelar los
misterios de la vida.”
• Pauling escribió el libro “The Nature of the
Chemical Bond and the structure of
Molecules and Crystals” (La naturaleza del
enlace químico y la estructura de
moléculas y cristales), libro trascendental
y de gran influencia, especialmente sobre
la importancia de conocer las estructuras
tridimensionales.
http://images.amazon.com/images/P/080140333
2.01.LZZZZZZZ.jpg
• Max Perutz señaló que
“el libro de Pauling reforzó mi
convicción, inspirada por J.D.
Bernal, sobre la importancia de
conocer la estructura
tridimensional, y de que jamás se
comprendería la célula viva sin
conocer las estructuras de
grandes moléculas que la
componen.”
http://osulibrary.oregonstate.edu/specialcol
lections/coll/pauling/dna/pictures/portraitperutz.jpg
• En trabajos que desarrolló en la década de
los 40, Pauling llegó la idea de que un
principio estructural básico en la
estructura de las proteínas era lo que
denominó “Hélice α.” Señaló que “los
elementos químicos que formaban el ADN
podían agruparse formando una triple
hélice.”
La idea era errónea, pero
interesante.
En 1950 Linus Pauling
propone una estructura
tipo hélice para los
residuos de aminoácidos
en las proteínas.
http://www.janbiro.com/respected.html
http://www.ac-orleanstours.fr/svt/mol3d/3d/module3/html/3page.ht
m
• WATSON Y CRICK: LA
ESTRUCTURA DEL ADN.
http://www.stern.de/_content/50/44/504453/watson_crick_500.jpg
• Además de los aportes que ya se han
señalado, varios científicos contribuyeron
a este gran descubrimiento. En primer
lugar, Rosalind Franklin (inglesa, 1920 –
1958), quien demostró la existencia de
dos formas de ADN
(A y B),
determinando la densidad, dimensiones
celulares y simetría de A, lo cual sugirió
que la estructura tenía dos cadenas y no
una como había señalado Pauling.
http://cmgm.stanford.edu/biochem/bi
ochem201/Slides/DNA%20Structure/
Rosalind%20Franklin.JPG
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Estruadn/estr
uadn.htm
• Maurice Wilkins
(inglés, 1916), quien
demostró que las imágenes de difracción
de rayos X de fibras de ADN se ajustaban
a variantes del modelo de la doble hélice.
http://osulibrary.oregonstate.edu/specialcollections/
coll/pauling/dna/pictures/portrait-wilkins.html
• El gran químico Alexander R. Todd (1907
– 1997), quien determinó la fórmula
general del ADN.
http://www.nndb.com/people/459/000100
159/alexander-r-todd-1-sized.jpg
NUCLEÓTIDOS
• Y Edwin Chargaff (1905 – 2003), quien
demostró que en las bases que forman el
ADN, la adenina y la timina se presentan ,
al igual que la guanina y citosina, en
cantidades aproximadamente iguales.
http://www.ucm.es/info/genetica/grupod/Estruadn/estruadn
.htm
• James Watson (estadounidense, 1928) y
Francis Crick (inglés, 1916 -2004),
lograron articular toda información en una
gran síntesis que concluyó con la
estructura del ADN. Basándose en la
información existente y en especial de la
información obtenida por difracción de
rayos X por Rosalind Franklin,
y
trabajando con modelos tridimensionales,
Watson y Crick descubrieron que el ADN
está formado por una doble hélice.
http://homepages.westminster.org.uk/sciences/dna_montage.gif
Watson y Crick, 1953
Crick
Watson
http://www.hallucinogens.com/lsd/franciscrick.html
http://www.ncbe.reading.ac.uk/DNA50/menu
.html
Crick
Watson
http://www.explora.cl/exec/recurso.e3?id=399
En 1953, Watson y Crick proponen la estructura de hélice
doble para el ADN. Prosperan las propuestas sobre la
duplicación del ADN, así como el conocimiento del código
genético.
• El 25 de abril de 1953 en la revista Nature
en una sola página publicaron el hallazgo.
El artículo se tituló “Molecular structure of
nuclei acids. A structure for doxyribose
nuclei acid” (Estuctura molecular de los
ácidos nucleicos: una estructura para el
ácido desoxirribonucleico).
http://www.lecb.ncifcrf.gov/~t
oms/icons/Watson.Crick.Natur
e.jpg
• En resumen señalan en su artículo que “el ADN está
constituido por dos cadenas, formando una doble hélice,
cada una constituida por cuatro compuestos químicos
(bases) – combinaciones de C, N, O, H y P –
denominadas adenina (A), guanina (G), citosina (C) y
timina (T), pero situados de forma tal que la T de una
cadena se asocia siempre a (y sólo con) la A de la otra,
y la G a la C. Cualquier otro emparejamiento está
prohibido. Con semejante estructura se puede
comprender fácilmente el proceso de la duplicación del
ADN en cada célula: en un momento dado de la vida de
ésta, la doble hélice se escinde en dos segmentos
helicoidales, que al captar en el medio en el que se
encuentran los elementos químicos necesarios
reconstruyen sus complementos, de manera, además,
perfectamente fiel, de generación a generación (salvo
mutaciones), debido a la ley del emparejamiento de las
bases. “
http://cmgm.stanford.edu/
biochem/biochem201/Slid
es/DNA%20Structure/003
%20Watson%20Crick%20
B%20DNA.JPG
• Como resultado se estableció que el ADN
aparece en forma de filamentos en los
cromosomas y que el genoma humano se
encuentra en estos hilos y consta de unos
3000 millones de pares de bases. El
genoma es el conjunto de instrucciones o de genes – que no son sino segmentos
de ADN – que permiten construir un
organismo.
• Pero se produjeron nuevos y notables
avances. Paul Berg (estadounidense,
1926) y otros investigadores como Herb
Boyer (estadounidense, 1923) y Stanley
Cohen
(estadounidense,
1922),
desarrollaron un método para reordenar
moléculas de ADN en un tubo de ensayo y
crear moléculas híbridas.
Paul Berg
http://cancer.stanford.edu/research/mil
estones/images/80-paul_berg.jpg
Herb boyer
Stanley
http://pub.ucsf.edu/missionbay/imagedb/ima
ges/2002-08-09-03t.jpg
http://www.nobelpreis.org/medizin/im
ages/cohen.jpg
• Por
ejemplo, una parte del ADN
proveniente de una mosca y otra parte de
una bacteria. Con esto surgió una nueva
era científica y tecnológica llamada por
distintos nombres: la era de la biología
molecular, o la era del ADN recombinante,
o de la biotecnología o de la ingeniería
genética. Transgénico se llama la
disciplina que se ocupa de sustituir un
segmento de ADN de una célula por otra
de otra célula.
http://www.philippetastet.com/dessin.aspx?code=englishversion
• Todas estas investigaciones llevaron a la
idea que se estudiase toda la estructura
genética- el llamado genoma – de cadenas
de ADN. De allí surgió el proyecto del
genoma humano El 11 de febrero de 2001
se anunciaba que el ser humano tiene
30000 genes. Comparativamente el
hombre posee el doble de una mosca y
menos que el arroz. ¡Curioso, para decir
lo menos!
http://www.securegenetics.com/Science_Faces_2500
2.jpg