Los fragmentos radiactivos de Okazaki

En febrero de 1968 el grupo de Reiji Okazaki, su mujer Tsuneko Okazaki y Kiwako Sakabe publicaron las evidencias experimentales que apoyaban la hipótesis de la replicación discontinua de una de las cadenas que componen la doble cadena de ADN, y la otra de forma continua. Fue gracias a un experimento ingenioso y aparentemente fácil que dio lugar a unos extraños fragmentos radiactivos.

En 1967 cuando se llevaron a cabo los experimentos, se sabía que la ADN polimerasa, la enzima encargada de copiar las cadenas de ADN únicamente hacía crecer las hebras en una dirección concreta, de 5 prima fosfato a 3 prima OH o como se dice en dirección 5´-3´. Esto hacía que al copiar en una dirección determinada dos cadenas que corrían en direcciones opuestas una le pillaba a contrapié la 5´-3´, en sentido contrario y la 3´-5´ bien, y se sabía que se copiaban simultáneamente, lo cual planteaba algunos problemas.

Los ingeniosos experimentos llevados a cabo por los Okazaki y colaboradores se denominan de pulso y captura y supusieron una verdadera sorpresa en la época. Con un sistema de replicación controlado, la bacteria e.coli in vitro y la inestimable ayuda de los eslabones radiactivos, los nucleótidos que forman el ADN marcados con tritio, la idea era parar la replicación es su primeras fases. Después separaban la doble hélice y separaban por tamaño buscando la cadenas recién formadas. Cuando buscaban la radiactividad incorporada siempre obtenían dos tipos de fragmentos unos largos y otros más cortos simialres en este caso de unos 1000-2000 nt. Esto es así en bacterias, en eucariotas hubieran sido de 100-200 nt. Si dejaban más tiempo obtenían trozos más largos, al final tanto como el principal. Poco después descubrieron que había una enzima llamada ligasa que une estos fragmentos.

Este resultado era compatible con la hipótesis de que la hebra 3´->5´ se copia directamente por la polimerasa en dirección 5´->3´ y la hebra inversa 5´->3´ se copia en la misma dirección en la que es capaz la polimerasa pero de manera retrasada, opuesta y a trozos que luego se unen. Anteriormente, era comunmente aceptado que la replicación era continua en ambas cadenas (3’ 5’ y 5’ 3’).

Nota: Para indicar la orientación de una cadena de ADN o ARN, se utilizan los números 3’ y 5’, los cuales hacen referencia a la posición de los átomos de carbono dentro de la molécula de desoxirribosa en los ácidos nucléicos. Todo nucleótido tiene una posición 3´ de la ribosa con un OH y una posición 5´con los fosfatos unidos, al unirse varios dejan un extremo con un 5´ unido a un fosfato y un 3´ con un OH listo para admitir otro nucleótido.

Es algo así como querer pintar la líneas del arcén de la carretera Barcelona-Madrid saliendo de Barcelona pintarlas en los dos sentidos a la vez y las máquinas solo pintan a su derecha y no tienen marcha atrás. La polimerasa o pintadora que va por el sentido aMadrid pinta sin interrupción la línea del arcén pero las otras máquinas tendrían que ir en este sentido sin pintar y a los 10 km por ejemplo coger un desvío y pasarse al otro sentido para pintar un trozo en la dirección correcta y así sucesivamente hasta pintar la línea entera por trozos. Las líneas de arcén avanzan pintadas hacia Madrid casi a la vez pero una se pinta en dirección a Barcelona, porque así lo restringe la máquina. Una va adelantada y la otra levemente retrasada y con más esfuerzo.

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FEBRERO, 1968:
Se publica el experimento que rebela la copia discontinua del
DNA en una de sus hebras conocidos como Fragmentos de Okazaki ScienceMoments

Reiji Okazaki murió en 1975 de leucemia, según la historia posiblemente provocada por la radiación que sufrió tras la explosión de la bomba atómica sobre Hiroshima mientras buscaba entre las ruinas a sus padres cuando era adolescente. Posiblemente nunca lo sabremos, según el gran Arthur Kornberg que tuvo como postdoctorales al matrimonio Okazaki en su laboratorio en 1963, en 1975 la incidencia de leucemia en la población japonesa era igual entre la población general y los que habían sido expuestos a la radiación. Pero “lo que sí es claramente trágico y doloroso es que el mundo perdiera un experimentalista excepcional cunado todavía era joven.” Quizá lo que es doloroso es que un chico cualquiera tuviera que buscar a sus familiares entre los escombros de tal ‘proeza’ humana.

Esta entrada participa en la LXIII edición del Carnaval de Química, alojada en el blog ‘Cardescu Web‘ de @CienciaNformas Edición Europio.

REFERENCIAS

Okazaki R, Okazaki T, Sakabe K, Sugimoto K, Sugino A (febrero de 1968). «Mechanism of DNA chain growth. I. Possible discontinuity and unusual secondary structure of newly synthesized chains». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 59 (2): 598-605. doi:10.1073/pnas.59.2.598. PMC 224714. PMID 4967086.

Sugimoto K, Okazaki T, Okazaki R (agosto de 1968). «Mechanism of DNA chain growth, II. Accumulation of newly synthesized short chains in E. coli infected with ligase-defective T4 phages». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 60 (4): 1356-62. doi:10.1073/pnas.60.4.1356. PMC 224926. PMID 4299945.

Pasión por las enzimas. Arthur Kornberg. Ciencia y técnica. Ediciones pirámide, S. A. Madrid 1992
For the love of enzymes. The odissey of a biochemist. Harvard Unoversity Press, 1989.

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