Universidad de Chile Facultad de Ciencias Químicas y Farmacéuticas Departamento de Química Orgánica y Fisicoquímica Programa de Doctorado Historia y Filosofía de la Ciencia Profesor: Dr. Jorge Valenzuela Pedevila Historia y Filosofía de la Ciencia

Thomas Morgan, la drosophila y las mutaciones Thomas Morgan, la drosophila y las mutaciones

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. 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.

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Thomas Hunt Morgan (estadounidense, 1866 – 1945), se dedicó fundamentalmente al estudio de las mutaciones, proceso que constituye el mecanismo responsable de la evolución. Thomas Hunt Morgan (estadounidense, 1866 – 1945), se dedicó fundamentalmente al estudio de las mutaciones, proceso que constituye el mecanismo responsable de la evolución. faxian/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. 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. e31.gif

Por otra parte, no hay grandes gastos de alimentación ni se requiere un gran espacio.

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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. 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. 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. 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.

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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. 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. 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.

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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. 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 Dice 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 Agrega mages/morgan.jpg “ 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 sea constante precisamente porque constituye 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. 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.

Avery Avery

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En 1944, Oswalt T. Avery (estadounidense, 1877 – 1955), junto con sus colaboradores Colin MacLeod (1909 – 1972) y Maclyn McCarthy ( ), 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) En 1944, Oswalt T. Avery (estadounidense, 1877 – 1955), junto con sus colaboradores Colin MacLeod (1909 – 1972) y Maclyn McCarthy ( ), 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) _/ccaaca.jpg

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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).” 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).”

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Además Avery y sus colaboradores señalaban: Además Avery y sus colaboradores señalaban: “Desde hace tiempo los biólogos intentan, 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 los elementos responsables de las transmisiones hereditarias, los cromosomas). (Nota: la fracción activa o principio transformador corresponde a los elementos responsables de las transmisiones hereditarias, los cromosomas).

Se puede decir que el articulo de Avery et al tuvo variadas respuestas. James Watson señala al respecto: Se puede decir que el articulo de Avery et al tuvo variadas respuestas. James Watson señala al respecto: le/322/ / “el artículo de Avery et al encontró respuestas de 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 PAULING Y LA BIOLOGÍA MOLECULAR

Linus Pauling, ng/bond/people/pauling-linus.html

Linus Pauling (estadounidense, ), 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. Linus Pauling (estadounidense, ), 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.

Siempre pensó que “la biología molecular era una parte de la química estructural.” Siempre pensó que “la biología molecular era una parte de la química estructural.”

Francis Crick señaló: Francis Crick señaló: es/medicine/laureates/1962/cric k.gif “Pauling fue en biología molecular 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. 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.

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Max Perutz señaló que Max Perutz señaló que lections/coll/pauling/dna/pictures/portrait- perutz.jpg “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.”

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 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. tours.fr/svt/mol3d/3d/module3/html/3page.ht m

WATSON Y CRICK: LA ESTRUCTURA DEL ADN. WATSON Y CRICK: LA ESTRUCTURA DEL ADN.

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. 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.

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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. 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. coll/pauling/dna/pictures/portrait-wilkins.html

El gran químico Alexander R. Todd (1907 – 1997), quien determinó la fórmula general del ADN. El gran químico Alexander R. Todd (1907 – 1997), quien determinó la fórmula general del ADN /alexander-r-todd-1-sized.jpg

NUCLEÓTIDOS 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. 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.

James Watson (estadounidense, 1928) y Francis Crick (inglés, ), 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. James Watson (estadounidense, 1928) y Francis Crick (inglés, ), 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.

Watson y Crick, crick.html Watson Crick

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. CrickWatson

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). 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).

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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. “ 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. “

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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. 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. 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 estones/images/80-paul_berg.jpg

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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. 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.

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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 genes. Comparativamente el hombre posee el doble de una mosca y menos que el arroz. ¡Curioso, para decir lo menos! 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 genes. Comparativamente el hombre posee el doble de una mosca y menos que el arroz. ¡Curioso, para decir lo menos!

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