Ce diaporama a bien été signalé.
Nous utilisons votre profil LinkedIn et vos données d’activité pour vous proposer des publicités personnalisées et pertinentes. Vous pouvez changer vos préférences de publicités à tout moment.

DOBLE HELICE: PAULING, WATSON. Y CRICK

TEMA PARA LA MATERIA DE QUIMICA BASICA CON LABORATORIO...INSTITUTO TECNOLOGICO DE SONORA...t&t

  • Identifiez-vous pour voir les commentaires

DOBLE HELICE: PAULING, WATSON. Y CRICK

  1. 1. 01 01 «La doble hélice»: un químico (Pauling) frente a un biólogo (Watson) y un físico (Crick). Consecuencias sobre la trilogía física-química-biología 30 de marzo de 2009 02 02 1994
  2. 2. 03 03 1994 04 04 1975
  3. 3. 05 05 06 06 10 de enero de 1954
  4. 4. 07 07 NaCl Robert B. Woodward, 1917-1979 Premio Nobel de Química 1965 08 08 Creo que el inicio del Creo que el inicio del declive de la química declive de la química tiene una fecha tiene una fecha precisa, el 28 de precisa, el 28 de febrero de 1953. febrero de 1953. Pero antes de eso la Pero antes de eso la química sufrió un química sufrió un ataque muy serio por ataque muy serio por parte de la física. parte de la física.
  5. 5. 09 09 En 1900, Max Planck descubre la En 1900, Max Planck descubre la discontinuidad cuántica y ayudado por la discontinuidad cuántica y ayudado por la mejor generación de físicos de la historia mejor generación de físicos de la historia crea la mecánica cuántica. Sólo citando a crea la mecánica cuántica. Sólo citando a premios Nobel han contribuido a ella premios Nobel han contribuido a ella Albert Einstein (de manera decisiva en Albert Einstein (de manera decisiva en 1905), Johannes Stark, Niels Bohr, Robert 1905), Johannes Stark, Niels Bohr, Robert Andrews Millikan, James Franck, Gustav Andrews Millikan, James Franck, Gustav Hertz, Jean Baptiste Perrin, Charles Hertz, Jean Baptiste Perrin, Charles Thomson, Arthur H. Compton, Louis-Victor Thomson, Arthur H. Compton, Louis-Victor de Broglie, Werner Heisenberg, Erwin de Broglie, Werner Heisenberg, Erwin Schrödinger, Paul Adrien Maurice Dirac, Schrödinger, Paul Adrien Maurice Dirac, James Chadwick, Linus Pauling, y otros James Chadwick, Linus Pauling, y otros muchos. muchos. 10 10 Sólo Paul Dirac se atrevió a escribir en su libro de Sólo Paul Dirac se atrevió a escribir en su libro de 1929 «The Principles of Quantum Mechanics» que 1929 «The Principles of Quantum Mechanics» que “The underlying physical laws necessary for the “The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry [are] completely known from whole of chemistry [are] completely known from quantum mechanics”. Aunque la frase fue retirada de quantum mechanics”. Aunque la frase fue retirada de ediciones posteriores, su efecto fue enorme yyaún ediciones posteriores, su efecto fue enorme aún muchos físicos piensan que es cierta. muchos físicos piensan que es cierta. Si Dirac tiene razón, mientras la física es una ciencia Si Dirac tiene razón, mientras la física es una ciencia fundamental que describe la realidad en sus aspectos fundamental que describe la realidad en sus aspectos más íntimos, la química aparece como una ciencia más íntimos, la química aparece como una ciencia fenomenológica, que se limita a describir fenómenos fenomenológica, que se limita a describir fenómenos tal como los percibimos. tal como los percibimos. Debido a su carácter fundamental, la física se Debido a su carácter fundamental, la física se encuentra a la cabeza de la jerarquía, mientras la encuentra a la cabeza de la jerarquía, mientras la química se ve relegada a una posición inferior, hasta química se ve relegada a una posición inferior, hasta el punto que puede ser deducida a partir de las leyes el punto que puede ser deducida a partir de las leyes fundamentales de la física. fundamentales de la física.
  6. 6. 11 11 En 1935, Pauling y Wilson En 1935, Pauling y Wilson publican «Introduction to publican «Introduction to Quantum Mechanics with Quantum Mechanics with Applications to Chemistry». Applications to Chemistry». En este libro, que ejerció una En este libro, que ejerció una gran influencia, los autores gran influencia, los autores pretenden educar a los pretenden educar a los químicos en mecánica químicos en mecánica cuántica para que puedan cuántica para que puedan aplicarla a la mayoría de los aplicarla a la mayoría de los problemas con los que se problemas con los que se puedan confrontar. Esta puedan confrontar. Esta concepción es, Linus Pauling concepción es, afortunadamente, la de afortunadamente, la de muchos científicos actuales. muchos científicos actuales. 12 12 En 1996, el periodista norteamericano John En 1996, el periodista norteamericano John Horgan publica «The End of Science», un libro Horgan publica «The End of Science», un libro destinado aagenerar controversia (John destinado generar controversia (John Maddox, por muchos años editor de Nature, Maddox, por muchos años editor de Nature, publicó una réplica en 1998). Horgan, citando aa publicó una réplica en 1998). Horgan, citando Stent, escribe: "Ciertos campos de la ciencia Stent, escribe: "Ciertos campos de la ciencia están limitados por su propio tema. Nadie están limitados por su propio tema. Nadie considerará la anatomía humana oola geografía considerará la anatomía humana la geografía como aventuras infinitas. La química también como aventuras infinitas. La química también está limitada. Aunque el número total de está limitada. Aunque el número total de reacciones químicas posibles es muy grande yy reacciones químicas posibles es muy grande la variedad de reacciones que pueden la variedad de reacciones que pueden experimentar es vasto, la meta de la química experimentar es vasto, la meta de la química de entender los principios que gobiernan el de entender los principios que gobiernan el comportamiento de tales moléculas es, como la comportamiento de tales moléculas es, como la meta de la geografía, claramente limitado". meta de la geografía, claramente limitado". Según Horgan, dicha meta se alcanzó en 1930, Según Horgan, dicha meta se alcanzó en 1930, cuando Linus Pauling mostró que todas las cuando Linus Pauling mostró que todas las interacciones químicas se pueden entender en interacciones químicas se pueden entender en base aala mecánica cuántica. base la mecánica cuántica.
  7. 7. 13 13 Jean-Marie Lehn Fraser Stoddart Vincenzo Balzani 14 14 La respuesta habitual de los químicos, por ejemplo Jean-Marie Lehn, La respuesta habitual de los químicos, por ejemplo Jean-Marie Lehn, Fraser Stoddart o Vincenzo Balzani, es citar a Marcellin Berthelot "La Fraser Stoddart o Vincenzo Balzani, es citar a Marcellin Berthelot "La chimie crée son objet". Lehn ha escrito de la química: "No sólo fabrica chimie crée son objet". Lehn ha escrito de la química: "No sólo fabrica objetos sino que crea su propio objeto. No preexiste, sino que es objetos sino que crea su propio objeto. No preexiste, sino que es inventada a medida que progresa. No está esperando ser descubierta inventada a medida que progresa. No está esperando ser descubierta sino que debe ser creada. ¡El libro de la química no está hecho sólo sino que debe ser creada. ¡El libro de la química no está hecho sólo para ser leído sino para ser escrito! ¡La partitura de la química no está para ser leído sino para ser escrito! ¡La partitura de la química no está hecha sólo para ser interpretada sino para ser compuesta! hecha sólo para ser interpretada sino para ser compuesta!
  8. 8. 15 15 "Là, dove la natura finisce di "Là, dove la natura finisce di produrre le sue spezie, l'uomo produrre le sue spezie, l'uomo quivi comincia con le cose quivi comincia con le cose naturali, con l'aiutorio di essa naturali, con l'aiutorio di essa natura, a creare infinite spezie…" natura, a creare infinite spezie…" 16 16 En mi opinión esto no contesta a la crítica de Stent- En mi opinión esto no contesta a la crítica de Stent- Horgan. En primer lugar, los biólogos también fabrican Horgan. En primer lugar, los biólogos también fabrican sus propios objetos: los perros desde la prehistoria, sus propios objetos: los perros desde la prehistoria, las palomas tan queridas por Darwin, el maíz, los las palomas tan queridas por Darwin, el maíz, los alimentos transgénicos, etc. En segundo lugar, los alimentos transgénicos, etc. En segundo lugar, los químicos crean muchos objetos, moléculas, triviales. químicos crean muchos objetos, moléculas, triviales. En tercer lugar, todos los mecanismos conocidos y por En tercer lugar, todos los mecanismos conocidos y por descubrir están basados en la física cuántica y en una descubrir están basados en la física cuántica y en una parte de ella que está perfectamente consolidada. parte de ella que está perfectamente consolidada. Cuando se descubra el bosón de Higgs eso no influirá Cuando se descubra el bosón de Higgs eso no influirá nada sobre la química. En ese sentido, Stent y Horgan nada sobre la química. En ese sentido, Stent y Horgan tienen razón: no vamos a descubrir nada que tienen razón: no vamos a descubrir nada que revolucione los fundamentos de la química. revolucione los fundamentos de la química.
  9. 9. 17 17 Queda abierto el tema de la predicción de las Queda abierto el tema de la predicción de las propiedades, tan lejano en cuanto a propiedades propiedades, tan lejano en cuanto a propiedades biológicas (fármacos) que sabemos que lo biológicas (fármacos) que sabemos que lo conseguiremos pero no cuando: ¿años, décadas, conseguiremos pero no cuando: ¿años, décadas, siglos? La química no alcanzará su madurez hasta siglos? La química no alcanzará su madurez hasta que la síntesis sea dirigida por la predicción de las que la síntesis sea dirigida por la predicción de las propiedades. Cada día hojeando las revistas que propiedades. Cada día hojeando las revistas que llegan (electrónicas mucho más que en papel) veo llegan (electrónicas mucho más que en papel) veo compuestos que se preparan, luego colores que se compuestos que se preparan, luego colores que se descubren (indicadores), finalmente se explican descubren (indicadores), finalmente se explican teóricamente, nunca primero se predicen y luego se teóricamente, nunca primero se predicen y luego se preparan. preparan. 18 18 En mi opinión, el inicio del declive de la En mi opinión, el inicio del declive de la química tiene una fecha precisa, el 28 de química tiene una fecha precisa, el 28 de febrero de 1953, el día que Watson y Crick febrero de 1953, el día que Watson y Crick anunciaron en el "pub" Eagle de Cambridge, anunciaron en el "pub" Eagle de Cambridge, que habían descubierto el secreto de la vida. que habían descubierto el secreto de la vida. Que un físico y un estudiante de ornitología Que un físico y un estudiante de ornitología establecieran la estructura del ADN ganando establecieran la estructura del ADN ganando la carrera al mejor químico de su tiempo, y uno la carrera al mejor químico de su tiempo, y uno de los mejores de la historia de la química, de los mejores de la historia de la química, Linus Pauling, demostró que se podía ser a la Linus Pauling, demostró que se podía ser a la vez profundamente ignorante en química y un vez profundamente ignorante en química y un gran biólogo molecular. gran biólogo molecular.
  10. 10. 19 19 La estructura canónica de la doble hélice de ADN. La estructura canónica de la doble hélice de ADN. Arte La carrera de Watson-Crick frente a Pauling: años 50 20 20 La contribución fundamental de Erwin Chargaff La contribución fundamental de Erwin Chargaff La regla de equivalencia de Chargaff (o primera regla de paridad de La regla de equivalencia de Chargaff (o primera regla de paridad de Chargaff se expresa así: "en todos los ADN la relación Chargaff se expresa así: "en todos los ADN la relación purinas/pirimidinas es próxima aa1, tanto la de adenina/timina como la purinas/pirimidinas es próxima 1, tanto la de adenina/timina como la de guanina/citosina, pero la relación (adenina+timina)/ de guanina/citosina, pero la relación (adenina+timina)/ (guanina+citosina) varía considerablemente de un ADN aaotro". (guanina+citosina) varía considerablemente de un ADN otro". Es decir que hay aproximadamente tantas adeninas como timinas yy Es decir que hay aproximadamente tantas adeninas como timinas tantas guaninas como citosinas, pero esas parejas son independientes tantas guaninas como citosinas, pero esas parejas son independientes entre sí. Chargaff no dio el paso (pero era un paso de gigante) de entre sí. Chargaff no dio el paso (pero era un paso de gigante) de pasar de aproximadamente 11aaexactamente 1. Si lo hubiera hecho, pasar de aproximadamente exactamente 1. Si lo hubiera hecho, habría tenido que concluir que en el ADN hay sólo pares habría tenido que concluir que en el ADN hay sólo pares adenina/timina yypares guanina/citosina, lo cual implica que las bases adenina/timina pares guanina/citosina, lo cual implica que las bases están en el centro de la estructura yyno en la periferia como en el están en el centro de la estructura no en la periferia como en el modelo de Pauling (quien se llevaba mal con Chargaff lo cual le modelo de Pauling (quien se llevaba mal con Chargaff lo cual le condujo aaignorarlo). condujo ignorarlo). Hoy día nos resulta difícil de entender como Chargaff no sacó las Hoy día nos resulta difícil de entender como Chargaff no sacó las consecuencias de su regla, pero el caso es que no lo hizo, siempre consecuencias de su regla, pero el caso es que no lo hizo, siempre pensó que el ADN era una única cadena. Nunca se perdonó esa pensó que el ADN era una única cadena. Nunca se perdonó esa omisión y, con mucha amargura, escribió de los que sacaron la omisión y, con mucha amargura, escribió de los que sacaron la conclusión correcta (W&C): "Que en nuestros días tales pigmeos conclusión correcta (W&C): "Que en nuestros días tales pigmeos proyecten sombras de gigantes sólo muestra en que anochecer proyecten sombras de gigantes sólo muestra en que anochecer vivimos”. vivimos”.
  11. 11. 21 21 Los datos cristalográficos del ADN Los datos cristalográficos del ADN John Randall Rosalind Franklin Maurice Wilkins Las tres formas más A B Z Las tres formas más frecuentes del ADN. La más frecuentes del ADN. La más común es la B. Tanto la A común es la B. Tanto la A como la B son dextrógiras como la B son dextrógiras mientras que la Z es levógira. mientras que la Z es levógira. La B se obtiene en La B se obtiene en condiciones fisiológicas con condiciones fisiológicas con abundancia de agua. abundancia de agua. Trabajando en el King's College bajo la dirección de John Randall, Rosalind Franklin descubrió que el ADN cristalizaba en dos formas la A y la B y logró separarlas. Randall dio a Franklin la forma A y a Maurice Wilkins la forma B pidiéndoles que trataran de determinar sus estructuras por difracción de rayos X. El primer problema que surgió fue que la única que proporcionaba buenos difractogramas era la B. Así es que Rosalind se puso a trabajar sobre la forma B, la de Wilkins, y obtuvo unos espléndidos diagramas de rayos X. 22 22 Los datos cristalográficos del ADN Los datos cristalográficos del ADN Sin los datos de Rosalind Franklin no era posible resolver la Sin los datos de Rosalind Franklin no era posible resolver la estructura del ADN. Pero Francis Crick, que era un físico estructura del ADN. Pero Francis Crick, que era un físico notable, hizo una contribución muy importante. En notable, hizo una contribución muy importante. En colaboración con Cochran, estableció las bases de la colaboración con Cochran, estableció las bases de la difracción de fibras, tanto cristalinas (forma A del ADN) difracción de fibras, tanto cristalinas (forma A del ADN) como no-cristalinas (forma B del ADN) (no tiene relación como no-cristalinas (forma B del ADN) (no tiene relación con el hecho de que la estructura de la forma B diese con el hecho de que la estructura de la forma B diese mejores difractogramas). Lo aplicaron a cadenas mejores difractogramas). Lo aplicaron a cadenas peptídicas, artificiales o naturales, pero dejaba a Crick en peptídicas, artificiales o naturales, pero dejaba a Crick en óptimas condiciones para interpretar los resultados de óptimas condiciones para interpretar los resultados de Franklin. Franklin.
  12. 12. 23 23 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN A propósito del descubrimiento por Linus Pauling de la A propósito del descubrimiento por Linus Pauling de la hélice α (página 28): «No tardé en comprender que el hélice α (página 28): «No tardé en comprender que el logro de Pauling era producto del sentido común, y no logro de Pauling era producto del sentido común, y no resultado de un complicado razonamiento matemático. resultado de un complicado razonamiento matemático. Pauling incluía a veces ecuaciones en su Pauling incluía a veces ecuaciones en su argumentación, pero en la mayoría de los casos habrían argumentación, pero en la mayoría de los casos habrían bastado las palabras. La clave del éxito de Linus bastado las palabras. La clave del éxito de Linus radicaba en su confianza en las sencillas leyes de la radicaba en su confianza en las sencillas leyes de la química estructural. … En vez de lápiz y papel, los química estructural. … En vez de lápiz y papel, los principales instrumentos de trabajo eran un conjunto de principales instrumentos de trabajo eran un conjunto de modelos moleculares que se asemejaban a los juguetes modelos moleculares que se asemejaban a los juguetes de los niños en edad preescolar». de los niños en edad preescolar». La estructura del ADN es la excepción. La de cualquier proteína no se puede resolver así (Perutz). Aún así, el trabajo de W&C es una obra maestra de estereoquímica. 24 24 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Azúcar Azúcar O Hindsight bias O P O O O O P O Mg2+ O Azúcar Azúcar A propósito de los iones Mg2+ (página 56): «En cuanto aalas fuerzas que mantenían unidas A propósito de los iones Mg2+ (página 56): «En cuanto las fuerzas que mantenían unidas las cadenas, lo mejor parecía suponer que eran puentes salinos, en los que cationes las cadenas, lo mejor parecía suponer que eran puentes salinos, en los que cationes divalentes como el Mg2+ unían aados oomás grupos fosfato». La idea, rechazada por los divalentes como el Mg2+ unían dos más grupos fosfato». La idea, rechazada por los propios autores, no es absurda. La estructura del ión magnesio divalente es octaédrica con propios autores, no es absurda. La estructura del ión magnesio divalente es octaédrica con ocho oxígenos alrededor del catión. Los dos que faltan (apicales), pueden ser moléculas de ocho oxígenos alrededor del catión. Los dos que faltan (apicales), pueden ser moléculas de agua. Véase por ejemplo, en la figura siguiente, una hélice levógira de ADN-Z cristalizada en agua. Véase por ejemplo, en la figura siguiente, una hélice levógira de ADN-Z cristalizada en presencia de magnesio. Se ve la coordinación octaédrica del Mg2+ con cinco oxígenos yyel presencia de magnesio. Se ve la coordinación octaédrica del Mg2+ con cinco oxígenos el nitrógeno de una guanina. Watson reconoció que se había equivocado sobre el papel del nitrógeno de una guanina. Watson reconoció que se había equivocado sobre el papel del Mg2+ en la molécula de ADN yyque Rosalind Franklin tenía razón. Los cationes Na++yyMg2+ se Mg2+ en la molécula de ADN que Rosalind Franklin tenía razón. Los cationes Na Mg2+ se debían encontrar en la parte exterior alrededor de los fosfatos yydebían tener poco efecto debían encontrar en la parte exterior alrededor de los fosfatos debían tener poco efecto sobre la estructura. sobre la estructura.
  13. 13. 25 25 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Azúcar Azúcar O O P O O O O P O Mg2+ O Azúcar Azúcar Ejemplo de coordinación octaédrica del catión magnesio divalente (en verde). Oxígenos en rojo y nitrógenos en azul de la zona octaédrica. 26 26 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN A propósito de enlaces de hidrógeno yyapilamientos π−π (página 82): «Ambos sabían que A propósito de enlaces de hidrógeno apilamientos π−π (página 82): «Ambos sabían que ahora lo importante era detectar las fuerzas de atracción. En este punto Francis (Crick) ahora lo importante era detectar las fuerzas de atracción. En este punto Francis (Crick) arguyó que los enlaces específicos de hidrógeno no constituían la solución. No podían arguyó que los enlaces específicos de hidrógeno no constituían la solución. No podían suministrar la especificidad exacta necesaria, ya que nuestros amigos químicos nos decían suministrar la especificidad exacta necesaria, ya que nuestros amigos químicos nos decían repetidamente que los átomos de hidrógeno de las bases de purina yypirimidina no poseían repetidamente que los átomos de hidrógeno de las bases de purina pirimidina no poseían posiciones fijas, sino que se movían irregularmente de un punto aaotro. En lugar de ello, posiciones fijas, sino que se movían irregularmente de un punto otro. En lugar de ello, Francis tenía la impresión de que la repetición en el ADN implicaba la existencia de fuerzas Francis tenía la impresión de que la repetición en el ADN implicaba la existencia de fuerzas específicas de atracción entre las superficies planas de las bases». específicas de atracción entre las superficies planas de las bases». Hay aquí una confusión frecuente en los años cincuenta entre los aspectos cinéticos yy Hay aquí una confusión frecuente en los años cincuenta entre los aspectos cinéticos termodinámicos de la tautomería prototrópica. Los protones se mueven rápidamente de un termodinámicos de la tautomería prototrópica. Los protones se mueven rápidamente de un heteroátomo aaotro (en este caso oxígenos yynitrógenos). Pero pasan la inmensa mayoría de heteroátomo otro (en este caso oxígenos nitrógenos). Pero pasan la inmensa mayoría de su tiempo en un "punto" determinado. Además, los enlaces de hidrógeno son, después de los su tiempo en un "punto" determinado. Además, los enlaces de hidrógeno son, después de los covalentes, los más fuertes yydireccionales. Es decir, sus "amigos químicos" se equivocaban. covalentes, los más fuertes direccionales. Es decir, sus "amigos químicos" se equivocaban. Las fuerzas de atracción entre las superficies planas (aromáticas) de las bases existen yyse Las fuerzas de atracción entre las superficies planas (aromáticas) de las bases existen se conocen con los nombres de “stacking” ooapilamiento. Son debidas aalas fuerzas de conocen con los nombres de “stacking” apilamiento. Son debidas las fuerzas de dispersión de London. Ahora sabemos que son algo más débiles yysobre todo menos dispersión de London. Ahora sabemos que son algo más débiles sobre todo menos direccionales que los puentes de hidrógeno pero que juegan un papel fundamental en la direccionales que los puentes de hidrógeno pero que juegan un papel fundamental en la estabilización de los ácidos nucléicos contribuyendo aala diversidad estructural necesaria para estabilización de los ácidos nucléicos contribuyendo la diversidad estructural necesaria para las funciones biológicas. las funciones biológicas.
  14. 14. 27 27 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN A propósito de la ionización de los grupos fosfato (página 103): «De haber átomos de A propósito de la ionización de los grupos fosfato (página 103): «De haber átomos de hidrógeno firmemente enlazados aalos grupos fosfato, todas nuestras especulaciones sobre si hidrógeno firmemente enlazados los grupos fosfato, todas nuestras especulaciones sobre si los iones divalentes mantenían unidas las cadenas carecerían de sentido. Sin embargo, los iones divalentes mantenían unidas las cadenas carecerían de sentido. Sin embargo, Linus, indiscutiblemente el mejor químico del mundo, había llegado aala conclusión contraria Linus, indiscutiblemente el mejor químico del mundo, había llegado la conclusión contraria (los grupos fosfato no estaban ionizados en el modelo de Pauling) … como el manuscrito (de (los grupos fosfato no estaban ionizados en el modelo de Pauling) … como el manuscrito (de L.P.) había sido enviado ya aalos Proceedings of the National Academy, el trabajo de Linus L.P.) había sido enviado ya los Proceedings of the National Academy, el trabajo de Linus sería conocido en todo el mundo para mediados de marzo. Entonces, sería cuestión de días sería conocido en todo el mundo para mediados de marzo. Entonces, sería cuestión de días el que se descubriese su error». el que se descubriese su error». Los grupos fosfato tienen un pKa = 1, comparable al del O,O-dimetil hidrofosfato, Los grupos fosfato tienen un pKa = 1, comparable al del O,O-dimetil hidrofosfato, (MeO)2P=O(OH) (pKa = 1.3), yysuperiores al de la primera ionización del ácido fosfórico (pKa (MeO)2P=O(OH) (pKa = 1.3), superiores al de la primera ionización del ácido fosfórico (pKa = 2.3). Es decir, Watson yyCrick tenían razón, en solución acuosa los grupos fosfato estarían = 2.3). Es decir, Watson Crick tenían razón, en solución acuosa los grupos fosfato estarían en forma de aniones yyse repelerían obedeciendo aala ley de Coulomb. en forma de aniones se repelerían obedeciendo la ley de Coulomb. 28 28 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN «Sin embargo, ninguno de nosotros tenía el más mínimo indicio de los pasos que «Sin embargo, ninguno de nosotros tenía el más mínimo indicio de los pasos que habían conducido a Linus a su error. … Así pues, de momento sólo podíamos habían conducido a Linus a su error. … Así pues, de momento sólo podíamos preocuparnos de la posibilidad de que el modelo de Linus fuera resultado de una preocuparnos de la posibilidad de que el modelo de Linus fuera resultado de una revolucionaria reevaluación de las propiedades ácido-base de las grandes revolucionaria reevaluación de las propiedades ácido-base de las grandes moléculas. No obstante, la forma en que estaba redactado el manuscrito no moléculas. No obstante, la forma en que estaba redactado el manuscrito no indicaba semejante avance en la teoría química. No había razón para mantener indicaba semejante avance en la teoría química. No había razón para mantener en secreto un descubrimiento teórico de tal importancia. Antes bien, de haberse en secreto un descubrimiento teórico de tal importancia. Antes bien, de haberse dado el caso, Linus habría presentado dos estudios, el primero describiendo su dado el caso, Linus habría presentado dos estudios, el primero describiendo su nueva teoría yyel segundo mostrando cómo se utilizaba para resolver la estructura nueva teoría el segundo mostrando cómo se utilizaba para resolver la estructura del ADN. del ADN. Como hemos dicho una nueva teoría no era posible yymenos si cabe en Como hemos dicho una nueva teoría no era posible menos si cabe en termodinámica. No hemos encontrado texto alguno de Pauling (y eso que volvió a termodinámica. No hemos encontrado texto alguno de Pauling (y eso que volvió a publicar sobre la estructura del ADN) en el que comente el problema de la publicar sobre la estructura del ADN) en el que comente el problema de la ionización de los grupos fosfato, ni para reconocer que se equivocó, ni para ionización de los grupos fosfato, ni para reconocer que se equivocó, ni para justificarlo. En una conferencia Crick cuenta que le preguntó a Pauling por ello yy justificarlo. En una conferencia Crick cuenta que le preguntó a Pauling por ello que este le contestó que no sabía, que fue una aberración mental. que este le contestó que no sabía, que fue una aberración mental.
  15. 15. 29 29 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN N O O O N P O O O H N O O O N P O O O H Modelo de dos cadenas de Pauling (cuya hélice contiene tres): en el centro de la Modelo de dos cadenas de Pauling (cuya hélice contiene tres): en el centro de la hélice los grupos fosfato neutros yyen la periferia las bases púricas yypirimidínicas hélice los grupos fosfato neutros en la periferia las bases púricas pirimidínicas (representadas de una manera simplificada). A la derecha modelo reconstruido a (representadas de una manera simplificada). A la derecha modelo reconstruido a partir de los dibujos de Pauling. Kenneth Miller ha publicado una guía de La Doble partir de los dibujos de Pauling. Kenneth Miller ha publicado una guía de La Doble Hélice en la que se representa mal la propuesta de Pauling (OH frente a OH). Hélice en la que se representa mal la propuesta de Pauling (OH frente a OH). 30 30 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN N O O O N P O O O H N O O O N P O O O H Hoy día el modelo de Pauling-Corey puede ser justificado al menos en lo que se refiere aala no ionización Hoy día el modelo de Pauling-Corey puede ser justificado al menos en lo que se refiere la no ionización de los grupos fosfato. Sabemos que las propiedades ácido-base son muy dependientes de la solvatación de los grupos fosfato. Sabemos que las propiedades ácido-base son muy dependientes de la solvatación de tal manera que las propiedades termodinámicas como el pKa difieren considerablemente de las de tal manera que las propiedades termodinámicas como el pKa difieren considerablemente de las propiedades en fase gas. Las moléculas de agua se encuentran en la periferia de la hélice yypor lo tanto, la propiedades en fase gas. Las moléculas de agua se encuentran en la periferia de la hélice por lo tanto, la parte central es asimilable aala fase gas. parte central es asimilable la fase gas. En tales condiciones lo esperable es que los grupos fosfato no se ionicen yyformen puentes de hidrógeno En tales condiciones lo esperable es que los grupos fosfato no se ionicen formen puentes de hidrógeno O–H···O suprimiendo así una de las principales objeciones al modelo PC. Quedan al menos otras dos: las O–H···O suprimiendo así una de las principales objeciones al modelo PC. Quedan al menos otras dos: las bases periféricas no son lo bastante ácidas como para justificar la presencia de abundantes cationes y, bases periféricas no son lo bastante ácidas como para justificar la presencia de abundantes cationes y, sobre todo, tres cadenas no explican el mecanismo de duplicación del ADN, mientras que dos cadenas si lo sobre todo, tres cadenas no explican el mecanismo de duplicación del ADN, mientras que dos cadenas si lo hacen, de ahí la célebre frase "It has not escaped our notice that the specific pairing we have hacen, de ahí la célebre frase "It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests aapossible copying mechanism for the genetic material". postulated immediately suggests possible copying mechanism for the genetic material".
  16. 16. 31 31 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN A propósito de tautomería (página 119): «Aunque durante más de un año Francis yy A propósito de tautomería (página 119): «Aunque durante más de un año Francis yo habíamos excluido la posibilidad de que las bases formaran enlaces regulares yo habíamos excluido la posibilidad de que las bases formaran enlaces regulares de hidrógeno, ahora resultaba evidente que nuestras deducciones no eran de hidrógeno, ahora resultaba evidente que nuestras deducciones no eran correctas. La observación de que uno o más átomos de hidrógeno de cada una de correctas. La observación de que uno o más átomos de hidrógeno de cada una de las bases podía moverse de un espacio a otro (un desplazamiento tautómero) nos las bases podía moverse de un espacio a otro (un desplazamiento tautómero) nos había llevado inicialmente a la conclusión de que las formas tautómeras de una había llevado inicialmente a la conclusión de que las formas tautómeras de una base dada se presentaban con frecuencias iguales». base dada se presentaban con frecuencias iguales». Consideraciones puramente termodinámicas, conocidas perfectamente en los años Consideraciones puramente termodinámicas, conocidas perfectamente en los años cincuenta, permitían saber que en una situación de equilibrio todos los tautómeros cincuenta, permitían saber que en una situación de equilibrio todos los tautómeros están presentes si bien en proporciones diferentes. Cualquier químico-físico de están presentes si bien en proporciones diferentes. Cualquier químico-físico de Cambridge les podía haber aclarado este aspecto. Cambridge les podía haber aclarado este aspecto. 32 32 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN CH3 CH3 O H O H H H H H N N N N N N H R H R N N N N H O H O timina N N H N N H R adenina R = azúcar R Jerry Donohue (página 123): «Se alzaba contra mí el embarazoso hecho químico de que había elegido (página 123): «Se alzaba contra mí el embarazoso hecho químico de que había elegido inadecuadas formas tautómeras de guanina yytimina. … Nada más entrar en el inadecuadas formas tautómeras de guanina timina. … Nada más entrar en el despacho yyempezar a explicar mi esquema, el físico-químico americano Jerry Donohue despacho empezar a explicar mi esquema, el físico-químico americano Jerry Donohue afirmó que no era bueno. En opinión de Jerry, las formas tautómeras que yo había afirmó que no era bueno. En opinión de Jerry, las formas tautómeras que yo había copiado del libro de Davidson eran incorrectas». copiado del libro de Davidson eran incorrectas». Hoy podemos decir que no importaba equivocarse en los tautómeros si eran Hoy podemos decir que no importaba equivocarse en los tautómeros si eran complementarios. Por ejemplo, consideremos el par adenina/timina: complementarios. Por ejemplo, consideremos el par adenina/timina: La forma correcta es la representada a la izquierda yycorresponde a los dos tautómeros La forma correcta es la representada a la izquierda corresponde a los dos tautómeros más estables de la adenina yyde la timina. Si se usa un tautómero "inadecuado" de la más estables de la adenina de la timina. Si se usa un tautómero "inadecuado" de la timina (hoy diríamos minoritario), como el 4-hidroxi con un tautómero minoritario de la timina (hoy diríamos minoritario), como el 4-hidroxi con un tautómero minoritario de la adenina, la 6-iminopurina, se obtiene el dímero de la derecha, menos estable pero adenina, la 6-iminopurina, se obtiene el dímero de la derecha, menos estable pero geométricamente perfecto. geométricamente perfecto.
  17. 17. 33 33 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN A propósito de enlaces de hidrógeno (página 126): «Los pares de bases adenina- A propósito de enlaces de hidrógeno (página 126): «Los pares de bases adenina- timina yy guanina-citosina tal como fueron concebidos cuando se descubrió la timina guanina-citosina tal como fueron concebidos cuando se descubrió la estructura correcta de la doble hélice (los enlaces de hidrógeno aparecen estructura correcta de la doble hélice (los enlaces de hidrógeno aparecen punteados). Se consideró la formación de un tercer enlace de hidrógeno entre la punteados). Se consideró la formación de un tercer enlace de hidrógeno entre la guanina yyla citosina, pero la idea fue rechazada porque un estudio cristalográfico guanina la citosina, pero la idea fue rechazada porque un estudio cristalográfico de la guanina indicaba que dicho enlace sería muy débil. Ahora se sabe que esta de la guanina indicaba que dicho enlace sería muy débil. Ahora se sabe que esta hipótesis es errónea, pues entre la guanina yy la citosina se tienden tres fuertes hipótesis es errónea, pues entre la guanina la citosina se tienden tres fuertes enlaces de hidrógeno». enlaces de hidrógeno». CH3 H H O H N H H H H N O N N N N H azúcar H azúcar N N N N H O H O timina citosina H N N H N N N azúcar adenina azúcar guanina H H N N H azúcar N O H N N azúcar 34 34 Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN Aspectos químicos del descubrimiento de la estructura del ADN CH3 H H O H N H H H H N O N N N N H azúcar H azúcar N N N N H O H O timina citosina H N N N H N N azúcar adenina azúcar guanina H La direccionalidad de los enlaces (o puentes) de hidrógeno
  18. 18. 35 35 La direccionalidad de los enlaces (o puentes) de hidrógeno CH3 H H O H N H H H H N O N N N N H azúcar H azúcar N N N N H O H O timina citosina H N N N H N N azúcar adenina azúcar guanina H 36 36 La direccionalidad de los enlaces (o puentes) de hidrógeno Caracol
  19. 19. 37 37 Watson concluye su libro (página 144): «Tenía veinticinco Watson concluye su libro (página 144): «Tenía veinticinco años y era demasiado viejo para resultar excéntrico» (nacido años y era demasiado viejo para resultar excéntrico» (nacido en 1928 publica la estructura del ADN 1953). en 1928 publica la estructura del ADN 1953). Hay que saber que la edad media para entrar en el CSIC es Hay que saber que la edad media para entrar en el CSIC es de 38 años. André Lwoff ha escrito que Jim Watson es de 38 años. André Lwoff ha escrito que Jim Watson es probablemente el único científico que ha hecho un gran probablemente el único científico que ha hecho un gran descubrimiento siendo becario. descubrimiento siendo becario. 12 años 38 38 Se ha dicho que el descubrimiento de la estructura del ADN es Se ha dicho que el descubrimiento de la estructura del ADN es el homenaje de un genio, Francis Crick, o otro genio, Linus el homenaje de un genio, Francis Crick, o otro genio, Linus Pauling. Se usó mucha química, modelos moleculares de Pauling. Se usó mucha química, modelos moleculares de alambre y cartón ("a la manera de Pauling"), cristalografía, alambre y cartón ("a la manera de Pauling"), cristalografía, bioquímica de Chargaff y muy poca biología (normal, ya que bioquímica de Chargaff y muy poca biología (normal, ya que uno era físico y el otro aún nada). Sin embargo, a partir de ese uno era físico y el otro aún nada). Sin embargo, a partir de ese momento el papel social de la química inició su lento descenso. momento el papel social de la química inició su lento descenso. El futuro de la química está en su fusión con las otras ciencias El futuro de la química está en su fusión con las otras ciencias pero sin perder su identidad. Debemos comunicar a la sociedad pero sin perder su identidad. Debemos comunicar a la sociedad la pasión que los químicos sentimos por nuestra disciplina. Eso la pasión que los químicos sentimos por nuestra disciplina. Eso es una tarea esencial y prioritaria. Si no lo conseguimos, es una tarea esencial y prioritaria. Si no lo conseguimos, nuestro declive es inevitable. nuestro declive es inevitable. Eso es lo que he intentado: hablar de química delante de no- Eso es lo que he intentado: hablar de química delante de no- químicos. Espero que algo de nuestro entusiasmo se les haya químicos. Espero que algo de nuestro entusiasmo se les haya contagiado. La química es una ciencia maravillosa. contagiado. La química es una ciencia maravillosa.
  20. 20. 39 39 La historia la escriben los vencedores.....

×