Rosalind Franklin y la estructura del DNA

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Lucía Álvaro Aranda y María Delgado Marín

El 10 de diciembre de 1962 en Estocolmo, James Watson, en nombre de los tres galardonados ese año con el premio Nobel de Medicina y Fisiología pronunciaba su  discurso de agradecimiento [1]. En este no dudaba en afirmar que la ciencia no la escribe una sola persona, sino que es el conjunto de numerosas aportaciones. Sin embargo, se le olvidó mencionar a la gran ausente de esa noche: Rosalind Franklin.

Franklin había fallecido cuatro años atrás, no sin antes haber ejercido un papel fundamental en la elucidación de la estructura del DNA. Esta es su historia

Rosalind Franklin en 1995. 
MRC Laboratory of Molecular Biology – From the personal collection of Jenifer Glynn.

Rosalind Franklin nacía en 1920 en Londres, en una familia de clase media. Desde muy pequeña ya sobresalía por su inteligencia e interés por el ámbito científico, por tanto no es de extrañar que a los 15 años ya decidiera dedicarse a la ciencia.

Rosalind Franklin en su juventud. (manuelbellido.com)

Tras finalizar la secundaria, se iniciaba en los estudios de Química en el Newnham College de Cambridge; y siete años más tarde, en 1945 presentó su tesis doctoral: «La química física de los coloides orgánicos sólidos con especial referencia al carbón«. Este interés de Franklin por el carbón respondía a la necesidad de crear máscaras que protegieran a la población de ataques con gas, como los producidos en la entonces reciente II Guerra Mundial [2,3].

Es de destacar que en la Inglaterra de aquella época se permitiese a las mujeres el acceso a las universidades, siempre bajo el supuesto de que la gran mayoría nunca ejercería ninguna profesión, puesto que al casarse deberían abandonar cualquier actividad laboral. De esta manera, todas aquellas mujeres que decidían estudiar lo hacían únicamente por el afán de conocimiento, puesto que no se les otorgaba el grado de Licenciado.

Quizá fue esta la razón por la cual,  al año siguiente, Franklin se trasladó a Francia tras ser admitida en el Laboratorio Central de Servicios Químicos del Estado. Fue aquí donde empezó a trabajar en el área de la cristalografía, más concretamente en el perfeccionamiento de una técnica de rayos X en la que se creaban imágenes de sólidos complejos cristalizados [4].

King´s College de Londres en la actualidad. (internationalartsmananger.com)

En 1951 volvía a Londres para trabajar como investigadora asociada en la unidad de Biofísica del King´s College; en concreto, en un proyecto destinado a esclarecer la estructura del DNA mediante técnicas cristalográficas [4]. No solo regresaba gracias a su experiencia en el campo de los rayos X, sino también porque había mejorado los métodos de difracción de rayos X para determinar estructuras complejas. Así, estas técnicas eran tan eficientes que incluso su director John Randall las empleaba [2].

Hasta entonces tan solo se sabía el DNA que era un polinucleótido. Además, se sospechaba que no estaba formado por una única cadena porque así lo habían demostrado algunas fotografías tomadas por Astbury en 1938 con técnica de difracción de rayos X. No obstante, estas fotografías no eran lo suficientemente nítidas como para obtener más información [4].

En aquel momento, las proteínas ya habían sido descartadas como moléculas capaces de almacenar y transmitir la información genética [4]. Así, el DNA pasaba a ser la principal molécula candidata a representar dicho papel, y por tanto, el objetivo principal de la mayoría de investigaciones de la época.

Maurice Wilkins en el King´s College de Londres. 
(www.kingscollections.org)

A lo largo de su estancia en el King´s College debió haber algún tipo de malentendido con Maurice Wilkins, porque  mientras ella entendía que ejercería un papel como investigadora independiente, él era el director del actual proyecto del King’s sobre la estructura del DNA, y por eso la consideraba una subordinada [3,4]. Puede que este conflicto de autoridad sumado a una antipatía personal entre ambos contribuyera a que no colaboraran entre sí en ningún momento.

 Paralelamente, Watson y Crick trabajan en el laboratorio de Cavendish de Cambridge. Ambos congeniaron rápidamente debido a que presentaban una visión común sobre la relación entre la estructura del DNA y su función genética [3] .De esta manera, ambos investigadores iniciaron su propia búsqueda acerca de la estructura del DNA a pesar de que en realidad la investigación pertenecía exclusiva y oficialmente al King’s College [4].

Watson y Crick con el modelo que presentaron de DNA. (wordpress.com)

 Podemos hablar, por tanto, de tres equipos de investigación que competían entre sí en la definición de la estructura del DNA: Wilkins y Franklin (investigación oficial en Inglaterra); Pauling (investigación parcial en EE.UU) y Watson y Crick (investigación no oficial en Inglaterra)[4].

Sin embargo, es importante destacar que a pesar de que el objetivo de todos era el mismo (descubrimiento de la estructura del DNA), el fin último no lo era. Puede que esta diferencia se debiese a que Watson, al igual que el resto de biólogos genetistas, tenía un mayor interés en la función genética del DNA que en la propia estructura [4]. Sin embargo, Wilkins y Franklin, como químicos, se centraban únicamente en la estructura del DNA, la cual trataban de deducir con precisión.

Modelo de DNA final propuesto por Watson y Crick. (giphy.com)

A partir de los modelos elaborados por Pauling, Watson y Crick tomaron información sobre los tamaños, formas y disposición espacial de la molécula de DNA y, a finales de 1951, construyeron un modelo en el que el DNA estaba formado por tres hélices, con los azúcares y fosfatos hacia el interior de la molécula y las bases nitrogenadas hacia el exterior, unidas entre sí por iones de magnesio [3]. Ambos científicos mostraron su modelo a varios científicos, entre los que se encontraba Rosalind Franklin[3,4]. Esta les señaló los fallos del modelo, pues sus datos obtenidos por la difracción de rayos X sugerían que el DNA era una estructura helicoidal en la que las bases nitrogenadas se disponían hacia el interior y los azúcares y fosfatos hacia el exterior [4].

A lo largo de los años que estuvo Rosalind Franklin en el King´s College, fue la que más contribuciones aportó para dilucidar la estructura del DNA [4]:

     1)    Perfeccionamiento de las técnicas de hidratación para obtener fibras de DNA de cristalinidad elevada.

     2)   Distinción de dos conformaciones del DNA: DNA-B (forma nativa) y DNA-A (formado por la deshidratación a partir del DNA-B).

     3)    Afirmación de que las dos conformaciones eran reversibles, apareciendo estados intermedios. Esto explicaba que los problemas para fotografiar el DNA.

     4)    Desarrollo de un seminario sobre la estructura del DNA que revelaba elementos clave para su elucidación.

     5)    Fotografía 51 del DNA en forma B.

Fotografía 51 realizada por Rosalind Franklin

La fotografía 51 de Franklin, clave para elucidar la estructura del DNA, fue mostrada por Wilkins a Watson y Crick en 1953 sin el consentimiento previo de Rosalind Franklin. A partir de esta fotografía, Watson y Crick pasaron de su modelo de la triple hélice a admitir que se trataba de una doble hélice[2,3]. Además, establecieron las medidas de la molécula, así como el ángulo de inclinación de sus bases.

Watson y Crick relacionaron toda la información obtenida hasta entonces y la complementaron con las reglas de Chargaff. Sí fue original la idea del apareamiento de las bases nitrogenadas[2, 4].

Con todo, en 1953 publicaron la estructura definitiva del DNA: dos cadenas antiparalelas unidas por puentes de H y con las bases nitrogenadas complementarias enfrentadas, esqueleto azúcar-fosfato hacia el exterior, bases nitrogenadas hacia el interior [4].

Estracto del artículo de Watson y Crick (nature.com)

En la imagen de al lado podemos ver el artículo de Watson y Crick en la revista Nature (volumen 171 publicado el 25 de abril de 1953). Tan solo dos páginas por detrás aparece publicado el artículo clave de Rosalind Franklin con su doctorando R. Gosling. Es destacable que en las referencias del artículo de Watson y Crick no mencionan a Franklin -aunque sí a Wilkins-, mientras que ella sí los menciona a ellos.

Franklin aceptó este modelo, sin llegar a conocer nunca que los dos investigadores habían tenido acceso a sus datos aún sin publicar [4]. Asimismo, su publicación proponía nuevos objetivos de investigación como los mecanismos de copia y transferencia de la información genética.

Aunque es cierto que los métodos de Watson y Crick para recabar la información fueron discutibles, es admirable que aunando todos esos datos diesen con la estructura correcta del DNA. Además, también hay que destacar que no sólo se centraron en la estructura química sino que también revelaron su función.

Rosalind Franklin salía del Kings´College en marzo de 1953 con la condición de que no volvería a estudiar la estructura del DNA, y por tanto, centró sus objetivos en el estudio del virus del mosaico del tabaco. De esta manera, en los tres años siguientes, Franklin consiguió publicar 17 artículos sobre este último tema [3].

Sepultura de Rosalind Franklin en
Willesden Jewish 

A finales de 1956, a Franklin le detectaron un cáncer en los ovarios, posiblemente producido por la exposición continuada a los Rayos X [2,3]. Continuó trabajando hasta 1958, a pesar de las operaciones y el tratamiento de quimioterapia. Aunque la enfermedad remitió 10 meses, finalmente moría el 16 de abril de 1958 en Londres, a los 37 años de edad [3]. De esta manera, moría sin saber que sin su aportación quizá hoy seguiríamos sin comprender la vida. 

(culturacientífica.com)

Si bien han pasado más de 50 años desde aquello y el papel de la mujer en la ciencia ha mejorado notablemente, es cierto que todavía queda mucho por avanzar debido a que las mujeres constituyen sólo un 28% de los investigadores existentes en el mundo [5]. Y aunque cada vez haya más mujeres en laboratorios y universidades, son pocas las que lideran grupos de investigación y centros científicos [6].

-Estructura definitiva del DNA

La forma de DNA más común de encontrar es la conformación B, que es favorecida por las condiciones fisiológicas que hay en las células y es la más estable de todas las formas del DNA [7].

Esta conformación es una doble hélice con giro dextrógiro y con un diámetro de hélice de 2.37nm. A pesar de que Watson y Crick propusieron que había 10 nucleótidos por vuelta, en realidad se ha descubierto en investigaciones posteriores que hay 10,4 nucleótidos.

Estructura molecular de un nucleótido. (uma.es)

La separación entre las bases es de 0.34nm, que se corresponde con el tamaño de Van der Waals para un anillo plano. Y el ángulo que forman unas con respecto a otras es 34,6º; por lo que esta estructura se asemeja a una escalera de caracol.

En cuanto a la configuración del nucleótido, este es C2´ endo anti. 

A diferencia de lo que pensaba Pauling, el esqueleto de pentosas y fosfatos se encuentra hacia el exterior de la molécula, lo que hace que el DNA sea hidrófilo en la parte externa y que guarde un ambiente hidrófobo hacia el interior. Esto último es lo que propicia la formación de fuerzas de Van der Waals, por ejemplo.

Los C1 de las pentosas no se disponen simétricamente respecto a las bases, y esto hace que se creen dos surcos: surco mayor y surco menor, los cuales giran a la par que la hélice. El surco mayor deja el espacio suficiente como para que las proteínas puedan leer la secuencia de nucleótidos.

Esquema molecular del DNA (uma.es)


Cuando en el DNA aparece un palíndromo (una secuencia que se lee de igual forma en 5´→ 3´y viceversa) se puede producir un apareamiento que origina estructuras en horquilla [7, 8].

Bibliografía:


[1] http://www.nobelprize.org/prizes/medicine/1962/watson/speech/

[2] https://www.biography.com/people/rosalind-franklin-9301344

[3] MARIA Y CAMPOS ADORNO DE, Armando Antonio. Rosalind Franklin: Una odisea científica [En línea]. En: ¿Cómo ves?, año 19, no 227. México : UNAM, Dirección General de Divulgación de la Ciencia, 2017

[4] Acevedo-Díaz, J.A. y García-Carmona, A. (2016). Rosalind Franklin y la estructura molecular del ADN: un caso de historia de la ciencia para aprender sobre su naturaleza. Revista Científica, 25, 162-175.

[5] http://uis.unesco.org/apps/visualisations/women-in-science/#!lang=es

[6] https://www.elmundo.es/ciencia-y-salud/ciencia/2018/02/10/5a7d7984e5fdea4b718b462e.html

[7] Lodish, H., et al. Molecular Cell Biology, 5th ed.,W. H. Freeman, 2004. [Biología celular y molecular (5ª ed.). Editorial médica panamericana, 2005 (2004)]

[8] http://www.biorom.uma.es

4 Respuestas to “Rosalind Franklin y la estructura del DNA

  • Coincido con lo comentarios anteriores: un artículo excelente. Su trabajo se aprecia y agradece.

  • Luis Campoamor
    4 meses hace

    Maravilloso artículo por lo bien que explicáis una de las mayores injusticias de la historia de la ciencia y el trabajo concreto desarrollado por Rosalind Franklin sin el cual hubiera sido imposible que Watson y Crick dedujeran la estructura tridimensional del ADN. Enhorabuena por un trabajo excepcionalmente bien contado.

  • Me ha gustado mucho el artículo, muy ameno e interesante. He disfrutado leyéndolo.
    Yo a mis alumnos les suelo proponer esta científica, me parece muy didáctica por
    diferentes aspectos.
    Enhorabuena y gracias.
    Andrés.

  • María Paz
    5 meses hace

    ¡Interesantísimo artículo! Muy completo claro. Esperemos que, dentro de poco, podamos celebrar una presencia mucho mayor de mujeres en la investigación…

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