Estructura molecular de los ácidos nucleicos

Artículo de Watson y Crick traducido por Ana Mª Carrasco

1. D
eseamos sugerir una estructura para la sal del ácido
desoxirribonucleico (DNA). Esta estructura tiene ras-
gos novedosos de un considerable interés biológico.
Una estructura para los ácidos nucleicos ya ha sido propuesta
por Pauling y Corey. Ellos amablemente pusieron a nuestra dis-
posición su manuscrito con antelación a su publicación. Su mode-
lo consiste en tres cadenas entrelazadas, con los fosfatos cerca del
eje de fibra, y las bases en el exterior. En nuestra opinión, esta
estructura es insatisfactoria por dos motivos:
(1) Creemos que el material que origina los diagramas de
rayos X es la sal, no el ácido libre. Sin los protones no está claro
que fuerzas podrían mantener unida la estructura, especialmente
cuando los fosfatos cercanos al eje cargados negativamente se
repelerían entre sí.
(2) Algunas de las distancias de van der Waals parecen ser
demasiado pequeñas.
Otra estructura de tres cadenas ha sido también sugerida por
Fraser (en prensa). En su modelo los fosfatos están en el exterior
y las bases en el interior, unidas entre sí por puentes de hidróge-
no. Esta estructura así descrita está bastante mal definida y por
esta razón no la comentaremos.
Deseamos proponer una estructura radicalmente diferente
para la sal del ácido desoxirribonucleico. Esta estructura tiene dos
cadenas helicoidales, enrolladas en torno al mismo eje. (ver dia-
grama). Nosotros hemos hecho las habituales suposiciones quí-
micas, a saber, que cada cadena consiste en grupos fosfodiéster
que unen residuos de b-D-desoxirribofuranosa mediante uniones
3', 5'. Las dos cadenas (pero no sus bases) están relacionadas
mediante uniones perpendiculares al eje de
fibra. Ambas cadenas siguen hélices a dere-
chas, pero la secuencia de átomos en las dos
cadenas corren en direcciones opuestas.
Cada cadena se asemeja en parte al
modelo nº1 de Furberg; es decir, que las
bases están en el interior de la hélice y los
fosfatos en el exterior. La configuración del
azúcar y de los átomos de alrededor es cer-
cana a la configuración estándar de Furberg,
con el azúcar situado prácticamente perpen-
dicular a la base enlazada. Hay un residuo en
cada cadena cada tres o cuatro Amstrongs
en la dirección del eje "Z". Nosotros hemos
supuesto un ángulo de 36º entre residuos
adyacentes de la misma cadena, de modo
que la estructura se repite cada diez residuos
en cada cadena, esto es, cada 34 Amstrongs.
La distancia de un átomo de fósforo respec-
to al eje de fibra es de 10 Amstrongs. Como
los fosfatos están en el exterior, los cationes
tiene un acceso fácil a ellos.
La estructura es abierta, y su contenido en agua es bastante
alto. Para contenidos menores de agua, nosotros esperaríamos
que las bases se inclinaran de modo que la estructura podría com-
pactarse más.
El rasgo novedoso de la estructura es el modo por el cual las
dos cadenas son mantenidas juntas por las bases púricas y pirimi-
dínicas. Los planos de las bases son perpendiculares al eje de
fibra. Están reunidas en pares, estando una base de una cadena
enlazada mediante un puente de hidrógeno con una base de la otra
cadena, de modo que las dos se sitúan una junto a otra con idén-
ticas coordenadas en el eje "z". Uno de los miembros del par debe
ser una base púrica y la otra una base pirimidínica para que la
unión se produzca. Los puentes de hidrógeno se producen de la
siguiente forma: posición 1 de la púrica con la posición 1 de la
pirimidínica; posición 6 de la púrica con la posición 6 de la piri-
midínica.
Si se asume que las bases sólo aparecen en la estructura en
las más probables formas tautoméricas (es decir, configuraciones
con grupos cetona con preferencia a las configuraciones con gru-
pos enol), se encuentra que sólo pares específicos de bases pue-
den enlazarse juntos. Estos pares son: adenina (púrica) con timi-
na (pirimidínica) y guanina (púrica) con citosina (pirimidínica).
En otras palabras, si una adenina constituye un miembro de un
par, en cualquier cadena, según estas premisas el otro miembro
tiene que ser timina; de modo similar para la guanina y la citosi-
na. La secuencia de bases de una cadena individual no parece
estar restringida de ningún modo. Sin embargo, si solo pares
específicos de bases se pueden formar, esto supone que si la
secuencia de bases de una cadena individual es dada, la secuen-
cia de la otra cadena esta automáticamente determinada.
Se ha hallado de forma experimental que la proporción de
adeninas a timinas, y la proporción de guaninas con citosinas,
están siempre muy cercanos a la unidad para el ácido desoxirri-
bonucleico.
Es probablemente imposible construir esta estructura con un
azúcar ribosa en lugar de desoxiribosa ya que el átomo extra de
oxígeno haría demasiado cercano un contacto por fuerzas de van
der Waals.
Los datos de rayos X previamente publicados del ácido des-
oxirribonucleico son insuficientes para un riguroso test de nues-
tra estructura. Hasta donde sabemos es altamente compatible con
los datos experimentales, pero debe ser considerado como no
comprobado hasta que haya sido examinada frente a resultados
más exactos. Algunos de estos resultados han sido publicados
recientemente. No conocíamos los detalles de los resultados pre-
sentados cuando concebimos nuestra estructura, la cual se basa
principalmente aunque no enteramente en los datos experimenta-
les publicados y en los argumentos estereo-químicos.
No se nos escapa que el específico emparejamiento propues-
to sugiere inmediatamente un posible mecanismo de copia del
material genético.
Todos los detalles de la estructura, incluyendo las condiciones
supuestas para su construcción, junto con un conjunto de coorde-
nadas para los átomos, serán publicados aparte.
Estamos en deuda con el Dr. Jerry Donohue por su constante
consejo y crítica, especialmente en las distancias interatómicas.
También hemos sido estimulados por el conocimiento de la natu-
raleza general de los resultados e ideas no publicadas del Dr.
M.H.F. Wilkins, Dr. R. E. Franklin y sus colaboradores en el cole-
gio King de Londres. Uno de nosotros (J.D.W) ha sido ayudado
por un grupo de la Fundación Nacional para la Parálisis Infantil.
J.D WATSON
F.H.C. CRICK
Esta figura es puramente
esquemática. Los dos lazos
simbolizan las dos cadenas
azúcar-fosfato, y las barras
horizontales, los pares de
bases que mantienen las
cadenas juntas. La línea ver-
tical marca el eje de la fibra.
(Traducción realizada por Ana María Castaño León - 2º Bach A)