ESTRUCTURA MOLECULAR DOS ÁCIDOS NUCLEICOS

Unha estructura para o Ácido Desoxirribonucleico

  Desexamos suxerir unha estructura para o sal do Ácido Desoxirribonucleico (A.D.N.). Esta estructura ten aspectos novidosos que son dun interés biolóxico considerable.

Unha estructura para o ácido nucleico xa foi proposta por Pauling e Corey(1).  Amablemente puxeron o manuscrito á nosa disposición antes da súa publicación.  O seu  modelo consiste en tres cadeas entrelazadas, cos fosfatos cerca do eixo da fibra, e as bases cara afora. Na nosa opinión, esta estructura é pouco satisfactoria por dúas razóns: (1) cremos que o material do que se obteñen os diagramas de raios-X é o sal, non o ácido libre. Sen os átomos de hidróxeno do ácido non está claro que as forzas podan mante-la estructura xunta, especialmente porque os fosfatos cargados negativamente cerca do eixo repeleríanse un ó outro. (2) Algunhas das distancias de van der Waals semellan ser pequenas de máis.

Outra estructura en cadea triple foi suxerida por Fraser (en prensa).  No seu modelo os fosfatos están cara afora e as bases cara adentro, manténdose xuntas por pontes de hidróxeno. A estructura así descrita está máis ben mal definida polo que non a comentamos.

Desexamos ofrecer eiquí unha estructura radicalmente distinta para o sal do ácido desoxirribonucleico.  Esta estructura ten duas cadeas helicoidais cada volta en torno ó mesmo eixo (ver diagrama).  Fixemo-las suposicións químicas usuais, máis específicamente, que cada cadea consiste en grupos fosfato-diéster xuntando residuos de ß-D-desoxirribofuranosa con ligazóns 3',5'.  As duas cadeas  relaciónanse por unha díada perpendicular ó eixo da fibra.  Ámbalas dúas cadeas seguen unha hélice dextróxira, pero debido ás díadas as secuencias de átomos nas duas cadeas corren en direccións opostas.  Cada unha das cadeas, por separado parécese ó modelo Nº 1 de Furberg (2); esto é, as bases están sobre a parte interna da espira e os fosfatos na externa.  A configuración do azúcre e os átomos cercanos achégase á "configuración estándar" de Furberg, o azúcre disponse perfectamente perpendicular á base adxunta.  Hai un residuo sobre cada cadea cada 3,4 Å na dirección-z. Asumimos un ángulo de 36 grados entre residuos adxacentes na mesma cadea, para que a estructura se repita despois de 10 residuos sobre cada cadea, esto é, despois de 34 Å. A distancia dun átomo de fósforo desde o eixo da fibra é 10 Å. Como os fosfatos están sobre a parte externa, os catións teñen doado o acceso a eles.  A estructura é aberta, e o seu contido de auga é máis ben alto. Para nos, para contidos baixos as bases achegaríanse e a estructura sería máis compacta.  

Se asumimos que as bases só aparecen dentro da estructura na forma tautomérica máis plausible (que é, coa configuración ceto máis que coa enol) atópanse os pares específicos de bases que poden xuntarse. Estos pares son: a adenina (purínica) coa timina (pirimidínica), e a guanina (purínica) coa citosina (pirimidínica).

Noutras palabras, se unha adenina é un dos membros dun par, sobre unha cadea, entón o outro membro ten que ser timina; algo semellante ocorre para a guanina e a citosina. A sucesión de bases sobre unha cadea única non semella estar restrinxida de ningun xeito.  Non empero, se só poden formarse determinados pares de bases, séguese que coñecendo a sucesión de bases sobre unha das cadenas, entón a sucesión sobre a outra cadea queda determinada automáticamente.

Atopouse experimentalmente (3,4) que a relación de adenina a timina, e a relación de guanina a citosina, están sempre moi cerca da unidade para o ácido desoxirribonucleico. Probablemente é imposible construir esta estructura cun azúcre ribosa no lugar de desoxirribosa, o átomo extra de osíxeno a faría moi pechada e formaría unha ligazón de van der Waals.

Os datos de raios-X anteriormente publicados (5,6) sobre o ácido desoxirribonucleico son insuficientes para unha proba rigurosa da nosa estructura.  Ata o momento o que podemos decir é a grosso modo compatible cos datos experimentais, pero ten que se observar como improbado ata que se vexa verificado con resultados máis exactos.  Algúns destos aportaranse nas seguintes comunicacións.  Nos non éramos conscientes dos detalles dos resultados presentados cando ideamo-la nosa estructura, que descansa principal aínda que non enteramente sobre datos experimentais ya publicados e argumentos estereoquímicos.

Non escapa á comunicación que o emparellamento específico que postulamos suxire inmediatamente un mecanismo copiador para o material xenético.

Tódolos detalles da estructura, incluíndo as condicións presumidas para a sua construcción, xunto cun conxunto de coordenadas para os átomos, publicaranse con posterioridad.

Estamos en débeda co Dr. Jerry Donohue polas constantes críticas e consellos, especialmente sobre distancias interatómicas. Tamén recibimo-lo alento polo coñecemento xeral da natureza e os resultados experimentais inéditos así como ideas do Dr. M.H.F. Wilkins, a Dra. R.E. Franklin e os seus colaboradores do King's College, en Londres. Un de nos (J.D.W.) foi subvencionado por unha bolsa da Fundación Nacional para a Parálise Infantil.  

Medical Research Council Unit for the Study of the Molecular Structure Biological Systems

Cavendish Laboratory, Cambridge

2 de Abril

(1) Pauling, L. y Corey, R.B., Nature, 171, 346(1953); Proc.U.S.Nat.Sci., 39, 84(1953).

(2) Furberg, S. Acta Chem.Scand., 6, 634 (1952).

(3) Chargaff, e. Para la referencia ver Zamenhof, S., Brawerman, G. y Chargaff, E., Biochem. et. Biophys. Acta, 9, 402 (1952).

(4) Wyatt, G.R., J. Gen.Physiol., 36, 201 (1952).

(5) Astbury, W.T., Symp.Soc.Exp.Biol. 1, Nucleic Acid, 66 (Cambridge University Press, 1947).

(6) Wilkins, M.H.F. y Randall, J.T., Biochim. et   Biophys. Acta, 10, 192 (1953).

Artículo publicado na revista Nature,  Abril 25, 1953, p. 737.  

  Traducción, deseño e webmaster: Dr. C. de Paz, 1996.