En esta lección
- Video de la lección (próximamente)
- Apuntes de la lección
- Ejemplos resueltos
- Ideas clave
- Alineación con NGSS
Llévatelo
Pregunta esencial
¿Cómo reveló la evidencia de varios científicos la forma del ADN?
A principios del siglo XX los científicos ya sabían que los rasgos se heredan, pero no sabían qué molécula lleva las instrucciones. La respuesta llegó por pasos, gracias a varios científicos que trabajaban en lugares y años distintos. En esta lección seguirás la evidencia en orden: bacterias y ratones, virus, mediciones de bases, patrones de rayos X y, por último, un modelo del ADN que encajó con todo.
Video de la lección próximamente. Mientras tanto, lee la lección que aparece abajo.
Pista 1: Una sustancia puede cambiar un rasgo
- En 1928, Frederick Griffith inyectó a ratones dos cepas de un mismo tipo de bacteria: bacterias R, que son inofensivas, y bacterias S, que causan enfermedad.
- Los ratones a los que se les dieron bacterias R vivas sobrevivieron. Los ratones a los que se les dieron bacterias S muertas por calor sobrevivieron. Los ratones a los que se les dio una mezcla de bacterias S muertas por calor y bacterias R vivas murieron, y en ellos se encontraron bacterias S vivas.
- Griffith dedujo que alguna sustancia pasó de las bacterias S muertas a las bacterias R y las cambió.
- En 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod y Maclyn McCarty probaron qué molécula producía ese cambio. Al destruir el ADN, el cambio se detuvo. Al destruir las proteínas, no.
- Sus resultados señalaban al ADN, pero muchos científicos de la época todavía no estaban convencidos.
Una sustancia podía llevar un rasgo de una bacteria a otra. Las pruebas de Avery, MacLeod y McCarty señalaron al ADN como esa sustancia.
Pista 2: Los virus inyectan ADN
- En 1952, Alfred Hershey y Martha Chase estudiaron un bacteriófago, un virus que infecta bacterias. El virus está hecho solo de ADN y proteína.
- Marcaron la proteína del virus con azufre radiactivo (S-35), porque las proteínas contienen azufre y el ADN no. Marcaron el ADN del virus con fósforo radiactivo (P-32), porque el ADN contiene fósforo.
- Después de que los virus infectaron a las bacterias, una licuadora desprendió las partes del virus que estaban por fuera de las células. Luego una centrífuga separó las partes del virus (sobrenadante) de las bacterias (sedimento).
- La mayor parte de la marca de S-35 se quedó fuera de las bacterias. La mayor parte de la marca de P-32 estaba dentro de ellas.
- El ADN del virus, y no la proteína, había entrado a las bacterias y había dirigido la producción de virus nuevos.
Junto con los resultados de Avery, MacLeod y McCarty, esto fue evidencia sólida de que el ADN es el material genético.
Pista 3: Las proporciones de bases de Chargaff
- A finales de la década de 1940, Erwin Chargaff midió las cantidades de las cuatro bases (A, T, G y C) en el ADN de muchas especies distintas.
- En el ADN que midió, la cantidad de A era cercana a la cantidad de T, y la cantidad de G era cercana a la cantidad de C.
- La composición general de bases era distinta en especies distintas. El patrón de A casi igual a T y G casi igual a C se mantenía.
- Cualquier modelo del ADN tenía que explicar este patrón.
- La gráfica de barras muestra valores de muestra inventados para practicar, con el mismo patrón que los resultados de Chargaff.
A coincide con T y G coincide con C en cada muestra, aunque las muestras difieren en la cantidad de A y de G que contienen.
Pista 4: Patrones de rayos X
- Maurice Wilkins y Rosalind Franklin, en el King’s College de Londres, estudiaron fibras de ADN con difracción de rayos X.
- Franklin y su estudiante Raymond Gosling produjeron patrones de rayos X del ADN muy claros en 1951 y 1952. Uno de ellos se conoce como Foto 51.
- La forma de X de un patrón como este es lo que produce una hélice. Las mediciones de los patrones dieron el ancho de la molécula y la longitud de una vuelta completa.
- El diagrama es un esquema nuevo y simplificado. No es una copia de una imagen real de rayos X.
La evidencia de rayos X mostró que el ADN es una hélice y dio su tamaño.
El modelo de la doble hélice
- En 1953, James Watson y Francis Crick construyeron un modelo del ADN que encajaba con las mediciones de rayos X y con las proporciones de bases de Chargaff.
- En su modelo, dos cadenas se enrollan una alrededor de la otra en una doble hélice. Los esqueletos de azúcar y fosfato están por fuera y las bases están por dentro.
- A siempre se aparea con T, y G siempre se aparea con C. Este apareamiento explica por qué las cantidades de A y T coinciden, y las cantidades de G y C coinciden.
- Una vuelta completa mide 3.4 nm de largo y contiene cerca de 10 pares de bases.
- Watson, Crick y Wilkins compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1962. Franklin había muerto en 1958. Los historiadores todavía discuten cómo llegaron los resultados de rayos X a Watson y Crick y cómo se debe repartir el crédito.
El modelo funcionó porque coincidía con todos los tipos de evidencia: el ADN lleva la información genética, es una hélice de un tamaño conocido y sus bases se aparean A con T y G con C.
Ejemplos resueltos
Primero intenta resolver cada problema por tu cuenta y luego abre la solución para revisar tu trabajo.
Ejemplo 1: ¿Qué parte del virus entró a las bacterias?
En un experimento al estilo de Hershey y Chase, un virus se marcó de dos maneras. Después de la infección, una licuadora y una centrífuga separaron el sobrenadante (partes del virus fuera de las células) del sedimento (bacterias). La tabla da el porcentaje de cada marca que se encontró en cada parte. Son valores ilustrativos. Escribe una respuesta con Afirmación, Evidencia y Razonamiento: ¿cuál molécula es el material genético?
| Marca | % en el sobrenadante (partes del virus) | % en el sedimento (bacterias) |
|---|---|---|
| Proteína (S-35) | 80 | 20 |
| ADN (P-32) | 30 | 70 |
Mostrar la solución
- Afirmación: El ADN es el material genético, porque es la molécula que entró a las bacterias.
- Evidencia: 70% de la marca del ADN (P-32) estaba en el sedimento, en comparación con solo 20% de la marca de la proteína (S-35). 80% de la marca de la proteína se quedó en el sobrenadante.
- Razonamiento: El sedimento contiene las bacterias, así que el material que se encuentra ahí entró a las células. La molécula que entra y dirige la producción de virus nuevos tiene que llevar las instrucciones. Esa molécula fue el ADN.
- Límite: La separación no fue perfecta, ya que algo de cada marca terminó en la otra parte. Los datos muestran una tendencia fuerte, no un resultado de todo o nada.
- Respuesta: El ADN es el material genético.
Ejemplo 2: Porcentajes de bases en tres muestras
La tabla muestra los porcentajes de bases de tres muestras de ADN (valores de muestra para practicar). Compara el %A con el %T y el %G con el %C en cada muestra, y compara las muestras entre sí. Escribe una respuesta con Afirmación, Evidencia y Razonamiento sobre el patrón y lo que sugiere acerca de la estructura del ADN.
| Muestra | % A | % T | % G | % C |
|---|---|---|---|---|
| Muestra 1 | 31 | 30 | 19 | 20 |
| Muestra 2 | 24 | 25 | 26 | 25 |
| Muestra 3 | 28 | 29 | 22 | 21 |
Mostrar la solución
- Afirmación: En todas las muestras, la cantidad de A es casi igual a la cantidad de T, y la cantidad de G es casi igual a la cantidad de C. Esto sugiere que A está apareada con T y G está apareada con C.
- Evidencia: Muestra 1: A 31 y T 30, G 19 y C 20. Muestra 2: A 24 y T 25, G 26 y C 25. Muestra 3: A 28 y T 29, G 22 y C 21. Las muestras son distintas entre sí, por ejemplo, A es 31% en la Muestra 1 y 24% en la Muestra 2.
- Razonamiento: Si en una cadena doble cada A está frente a una T y cada G está frente a una C, entonces las cantidades de A y T tienen que coincidir, y las cantidades de G y C también, aunque la composición general sea distinta entre muestras. Las diferencias pequeñas (1 punto porcentual) son lo que esperamos de mediciones redondeadas.
- Comprobación: en cada muestra A + G = 50 y T + C = 50.
- Respuesta: A es casi igual a T y G es casi igual a C en cada muestra, lo que respalda el apareamiento de bases.
Ejemplo 3: Predecir el cuarto ratón
Usa el diagrama del experimento de Griffith. Si miras solo los tres primeros tratamientos, predice qué esperaría un científico cuando se inyecta a un ratón una mezcla de bacterias S muertas por calor y bacterias R vivas. Luego explica cómo el resultado real cambia la conclusión.
Mostrar la solución
- Las bacterias R vivas solas son inofensivas, y las bacterias S muertas por calor solas también son inofensivas (en los dos casos el ratón vive).
- Si nada pasara entre las bacterias, una mezcla de dos cosas inofensivas también debería ser inofensiva. Predicción: el ratón vive.
- Resultado real: el ratón murió y en él se encontraron bacterias S vivas. Las bacterias S vivas solo pueden venir de bacterias R que cambiaron.
- Conclusión: una sustancia de las bacterias S muertas cambió a las bacterias R, y el rasgo nuevo se transmitió a sus descendientes. El experimento de Griffith no mostró cuál era esa molécula.
- Respuesta: Predicción: el ratón vive. Resultado real: murió, así que una sustancia pasó de las bacterias S muertas a las bacterias R y las cambió.
Práctica
Usa la hoja de práctica para relacionar a cada científico con su evidencia, leer datos como un científico y explicar cómo la evidencia llevó al modelo de la doble hélice. La clave de respuestas muestra un modelo completo de Afirmación, Evidencia y Razonamiento.
- Hoja de práctica: Descubrimiento de la estructura del ADN (PDF) (en inglés)
- Clave de respuestas: Descubrimiento de la estructura del ADN (PDF) (en inglés)
Diapositivas de la lección
Ideas clave
- Los experimentos de Griffith, Avery, MacLeod, McCarty, Hershey y Chase mostraron que el ADN lleva la información genética.
- Chargaff encontró que en el ADN A es casi igual a T y G es casi igual a C, y que la composición de bases es distinta entre especies.
- Los patrones de rayos X de Franklin, Gosling y Wilkins mostraron que el ADN es una hélice y dieron sus dimensiones.
- Watson y Crick construyeron un modelo de doble hélice, con A apareada con T y G apareada con C, que encajaba con toda la evidencia.
- El conocimiento científico se construye con evidencia de muchas personas a lo largo de muchos años.
De vuelta a la pregunta esencial: La evidencia de varias direcciones se juntó. Los experimentos de transferencia mostraron que el ADN lleva la información, las proporciones de bases mostraron un patrón de apareamiento y los patrones de rayos X mostraron una hélice de un tamaño conocido. El modelo de la doble hélice explicó los tres.
Alineación con NGSS
Esta lección avanza hacia estas expectativas de desempeño de los Estándares de Ciencias de Nueva Generación (NGSS):
- HS-LS3-1: Hacer preguntas para aclarar las relaciones sobre el papel del ADN y los cromosomas en la codificación de las instrucciones de los rasgos característicos que pasan de los padres a los hijos.
Ideas disciplinarias básicas: LS1.A: Estructura y función; LS3.A: Herencia de los rasgos