Watson y Crick: la doble hélice

Uno de los más importantes descubrimientos de la historia de la ciencia fue la revelación de la estructura molecular del ADN (aunque tan trascendental fue el hallazgo de que el ADN era la molécula responsable de los caracteres de los seres vivos, como se explica en este artículo).

Francis H. Crick (commons.wikimedia.org)

Dicha estructura fue finalmente desentrañada por JAMES D. WATSON y FRANCIS H. CRICK y brevemente explicada en el artículo que publicaron en 1953 en la revista científica "Nature".


FRANCIS H. CRICK (1916-2004)

Estudió Física en el University College de Londres, donde se graduó en Ciencias en 1937.

Sin embargo, tras la 2ª guerra mundial, se dedicó a estudiar Biología, ya que sus investigaciones en Física le parecían muy aburridas.

Linus Pauling
(loc.gov/rr/print/list/235_pop.html)

Sus conocimientos de Física le permitieron abordar las investigaciones biológicas con una visión diferente, más profunda y atrevida*, algo que le facilitó la entrada en el laboratorio Cavendish de Cambridge, junto a Max Perutz y John Kendrew (que años después recibirían el Premio Nobel de Química) y bajo la dirección de sir Lawrence Bragg (Premio Nobel de Física en 1915).
Fue Bragg el que insistió en centrar sus investigaciones en la estructura del ADN, por considerar que se trataba de tema de la máxima trascendencia y también en un afán por competir con el más prestigioso científico del momento, el norteamericano Linus Pauling, que acababa de descubrir un tipo de estructura secundaria de las proteínas, llamada "hélice alfa" (por este descubrimiento recibiría el Premio Nobel de Química en 1954) y se acercaba a descifrar la estructura secundaria del ADN (que proponía era también un tipo de hélice alfa).

En 1951, se unió al equipo un joven norteamericano, James D. Watson, y ambos se dedicaron por completo al desciframiento de la estructura del ADN.

James D. Watson
(National Institutes of Health, U.S. Federal Government)

JAMES D. WATSON (1928)

Nacido en 1928, en Chicago, cuenta en la actualidad con 85 años de edad.

Estudió Zoología en la Universidad de Indiana, pero realizó su tesis doctoral bajo la dirección del científico italiano Salvatore Luria, que se dedicaba al estudio de los "Virus bacteriófagos" (recibiría el Premio Nobel de Medicina o Fisiología en 1969 por sus trabajos), lo que enfocó su carrera primero hacia los virus y luego hacia el estudio de las moléculas que los componen, como los ácidos nucleicos.

Así, tras terminar su doctorado, Luria lo envió a Dinamarca a completar su formación en Bioquímica. Allí, en 1951, Watson asistió a una conferencia de Maurice Wilkins en la que explicó cómo en su laboratorio (sin mencionar a Rosalind Franklin) cristalizaban el ADN para luego someterlo a haces de rayos X y observan su difracción. De este modo, esperaban lograr desentrañar el misterio de cuál era su estructura molecular.

Rosalind Franklin
(kingscollections.org)

Maurice Wilkins
(kingscollections.org)

Impresionado ante esta nueva forma de enfocar el estudio de una molécula biológica, Watson decidió que combinando estos experimentos con los datos químicos disponibles sobre el ADN en ese momento y realizando trabajos de diseño de modelos estructurales como los que había aplicado Pauling para su descubrimiento de la hélice alfa, podría ser posible descifrar la estructura de esa molécula fundamental.
Así, convenció a Luria para que le recomendara a Max Perutz y le permitiera trabajar en su laboratorio, donde se estaban empezando a dedicar al ADN con la llegada de Crick. Luria lo recomendó como un discípulo brillante y fue admitido, con lo que en el mismo año, 1951, llegó al laboratorio Cavendish y conoció a Francis Crick, iniciando una rápida amistad que se tradujo en una estrecha colaboración para el análisis de la estructura del ADN.


La doble hélice de Watson y Crick

Estamos en 1951, Watson y Crick se han conocido, han congeniado rápidamente y Max Perutz les ha asignado un despacho para trabajar sobre el ADN.

Hasta ese momento se sabía los siguiente sobre el ADN:

• Era una molécula muy grande (macromolécula)
• Estaba formada por la unión de miles de nucleótidos (unidades formadas por la unión de un azúcar, la desoxirribosa, un ácido fosfórico y una base nitrogenada)
• Existían 4 bases nitrogenadas: Adenina (A), Guanina (G), Timina (T) y Citosina (C)

En principio, decidieron seguir los pasos de Pauling, diseñando modelos experimentales sobre una posible estructura molecular, a base de alambres, bolas de plástico y cartones.

Dorling Kindersley (en ojocientifico.com)

En este punto se atascaron, pues de ningún modo se podía construir un modelo similar al de Pauling que resultara estable, ya que se sabía que en el ADN existían 4 tipos diferentes de bases nitrogenadas, diferentes entre sí, además de moléculas de azúcar (desoxiribosa) y fosfato (ácido fosfórico).

Entonces, comenzaron a colaborar con Maurice Wilkins, del King's College de Londres, que realizaba estudios sobre la difracción de rayos X en moléculas cristalizadas de ADN.

Wilkins les indicó que las fotografías de difracción de rayos X del ADN, aunque de mala calidad, apuntaban a que éste podría tener una estructura triple helicoidal, es decir, tres cadenas de nucleótidos enrolladas entre sí.

Pauling también había llegado a esta conclusión y publicó un artículo sobre la triple hélice del ADN.

Sin embargo, los datos con que contaban Watson y Crick, indicaban que este modelo era incorrecto, ya que era químicamente imposible que tres cadenas se unieran por puentes de Hidrógeno de forma estable.

Entre los datos fundamentales que manejaban Watson y Crick destacaba el aportado por Erwin Chargaff, que demostró que las bases nitrogenadas de una molécula de ADN se encontraban en unas determinadas proporciones en cada especie y que siempre la cantidad de A era la misma que de T, mientras que la de C era igual a la de G (a estas afirmaciones se las llamó las "reglas de Chargaff").

La famosa "fotografía 51" de R. Franklin y la microcámara
utilizada para tomarla. Esta placa dio la clave a
Watson y Crick para desentrañar la estructura del ADN
(kingscollections.org)

Esto apoyaría firmemente la idea de que en realidad fuesen dos cadenas que se unían mediante las bases nitrogenadas de sus nucleótidos y de una forma específica: A-T y C-G, algo que concordaba plenamente con la segunda regla de Chargaff.

Pero realmente la idea de la doble hélice surgió cuando Wilkins les enseñó una fotografía de difracción tomada por Franklin (que tomó de su archivo sin su permiso), que presentaba una muy buena resolución, la famosa "fotografía 51", que mostraba unas manchas de difracción que formaban una cruz muy evidente.
Esto les indicó que la estructura sólo podía ser una doble hélice (algo que Franklin ya había señalado en un manuscrito).

El problema de cómo se unirían esas cadenas lo resolvió la regla de Chargaff, como se ha dicho antes. De este modo, concluyeron que las desoxirribosas y los fosfatos de los nucleótidos de ambas cadenas se encontraban en el exterior y las bases hacia el interior, uniéndose de la forma específica ya señalada y retorciéndose en forma de una doble hélice para dar estabilidad a la estructura.

Diagrama del modelo de
doble hélice del ADN que Watson
y Crick presentan en su artículo
(nature.com)

Construyeron un modelo muy exacto, respetando la situación de los diferentes átomos y las distancias entre ellos y comprobaron que respetaba todos los datos experimentales obtenidos hasta la fecha, así como las posibilidades químicas de formar enlaces entre ellos.

Tras finalizar la construcción del modelo, Watson cuenta en su libro "La doble hélice" que Crick corrió enloquecido a la calle y se dirigió al pub "Eagle", donde solían ir a comer y tomar las copas los científicos del Cavendish. Al entrar, anunció a todos a voces que él y James Watson "hemos descubierto el secreto de la vida" (así reza una inscripción en dicho pub).

Este modelo fue examinado por los componentes del laboratorio, así como por Wilkins y Franklin e incluso se le mostró a Pauling, acordando todos que era correcto.
Así, decidieron que se enviarían tres artículos a la revista "Nature" (la más prestigiosa revista científica a nivel mundial): el de Watson y Crick explicando su modelo, otro de Wilkins aportando sus estudios de difracción de rayos X y uno último de Franklin, en el que exponía sus conclusiones por separado de Wilkins.

En este enlace puedes acceder al artículo original de Watson y Crick en Nature

La trascendencia del descubrimiento y la comprobación en los años siguientes de su veracidad les sirvió para lograr el Premio Nabel de Medicina o Fisiología... a Watson, Crick y Wilkins, aunque no a Franklin (!).


El orden en que aparecerían los nombres en el artículo fue echado a cara o cruz y ganó Watson.
Por eso hoy día todos hablamos del modelo de Watson y Crick y no a la inversa.

* Dedicado a Bea