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

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. 03
03
1994
04
04
1975

3. 05
05
06
06
10 de enero de 1954

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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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. 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.
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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. 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
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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

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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
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La direccionalidad de los enlaces (o puentes) de hidrógeno
Caracol

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. 39
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La historia la escriben los vencedores.....