¿Qué estoy viendo en la foto 51 de ADN de Franklin?

Aquí está la famosa Foto 51 de Rosalind Franklin , la imagen de difracción de rayos X del ADN de la que Watson y Crick dedujeron su estructura:

Foto de Rosalind Franklin 51

Tengo entendido que representa un segmento corto de ADN que se muestra desde un lado (por lo que el eje alrededor del cual se enrollan los hilos correría hacia arriba y hacia abajo a través del centro de la foto). Como este diagrama de doble hélice del artículo de Watson y Crick:

Diagrama de doble hélice

Tengo muchos problemas para conectar la foto al diagrama.

¿Qué estoy viendo realmente en la foto? Hay manchas oscuras en la parte superior e inferior. Una forma de diamante de líneas oscuras. Un círculo concéntrico (o diamante redondeado) dentro del diamante exterior. Una X formada a partir de dos filas que se cruzan de 7 líneas cortas o manchas, en su mayoría horizontales. ¿Cuáles de estas características corresponden a qué partes de la molécula de ADN?

@another'Homosapien' Solo Wikipedia y Google. Hay una gran cantidad de información sobre la estructura del ADN y sobre la historia de la foto, pero no pude encontrar nada que etiquetara directamente las estructuras que se muestran en la foto y las relacionara con el diagrama. Perdóname si me perdí algo obvio.
La interpretación de esta imagen no es tan fácil como crees, pero me tomó menos de un minuto encontrar esto .
@another'Homosapien' Ese enlace es interesante, pero no explica lo que quiere OP. Creo que quiere esto: quora.com/… . Y aquí el paper detallado: unamur.be/sciences/physique/udp/documents/…
@another'Homosapien' También encontré eso y lo leí, pero desafortunadamente no lo entiendo. Dice que las grandes manchas oscuras en la parte superior e inferior "representan las 'bases' del ADN", pero luego se refiere a las "diez manchas" más pequeñas como "diez bases", por lo que me dejó un poco confundido. Esperaba algo más definido y específico.
Acabo de dar un enlace de ejemplo. Era solo decir que no es muy difícil encontrar esos papeles, viendo que @GerardoFurtado ha encontrado un par de enlaces más ;)
@GerardoFurtado ¡Sí, gracias, eso es exactamente lo que estaba buscando!
@GerardoFurtado ¿Quieres convertir esto en una respuesta real? Sería genial...
@Chris Bueno, para ser honesto, me parece una trampa, ¡ya que ya vinculé el periódico! Pero el enlace está aquí, si alguien quiere hacer una buena explicación basada en él, no dude en hacerlo.
@GerardoFurtado ¿Por qué? Sacaste el artículo relevante, así que creo que mereces el crédito por esto.
@Chris Está bien, lo intentaré.
Su declaración de apertura es incorrecta: "Aquí está la famosa Foto 51 de Rosalind Franklin, la imagen de difracción de rayos X del ADN a partir de la cual Watson y Crick dedujeron su estructura". Watson y Crick no dedujeron la estructura solo de la imagen. Pudieron hacerlo porque ya tenían una gran cantidad de información sobre la estructura y habían estado trabajando en el problema durante algún tiempo. Si se tratara de simplemente mirar la imagen, Franklin, que era mucho más hábil en este tipo de cristalografía, sin duda habría identificado rápidamente la estructura.
Al igual que Gerardo, pensé que esto estaba en el eje largo: también volví a leer el problema gracias a esta pregunta y descubrí que la foto era en realidad de Ray Gosling, no de Rosalind Franklin. Ni siquiera puedo confirmar si ella era (formalmente) su supervisora; parece de otra fuente (con mejores referencias que Wikipedia) que ella no era oficialmente elegible para supervisar a los estudiantes debido al puesto que ocupaba en ese momento. Probablemente haré una pregunta adecuada sobre esto más adelante cuando tenga tiempo.
Pregunta separada ahora publicada: biology.stackexchange.com/questions/59015/…

Respuestas (1)

Bueno, dijiste que tú...

...tengo muchos problemas para conectar la foto con el diagrama.

Y eso es bastante excusable: interpretar esa imagen de rayos X es en realidad muy complicado.

Todas las citas e imágenes en esta respuesta, excepto la lista con viñetas más abajo, provienen de este documento (Lucas, 2008), que explica esa imagen histórica en detalles.

Divulgación completa: siempre pensé que esa imagen representaba la radiografía yendo longitudinalmente (es decir, a lo largo del eje principal) a través del ADN. Sin embargo, va transversalmente:

Cuando las macromoléculas filamentosas se empaquetan en una fibra a lo largo de una dirección fija, las intensidades de rayos X difractadas por la fibra caen en la pantalla de observación a lo largo de líneas aproximadamente rectas y equidistantes, las llamadas líneas de capa, perpendiculares a esa dirección. Este importante concepto fue introducido por Michael Polanyi en 1921 para el estudio de rayos X de la celulosa. (énfasis mío)

Estas son las llamadas líneas de capa (mantengo la leyenda del papel original en todas las imágenes):

Fig.2 Principio de la construcción geométrica de las líneas de capas hiperbólicas en el patrón de difracción de rayos X de una matriz lineal de puntos dispersores (círculos oscuros) con período P. ES: Ewald Sphere; LP: Planos de capa; LL: Líneas de capa. Las regiones sombreadas son conos cuyas intersecciones por la pantalla generan las líneas de capa.

Entonces, todavía según el artículo, Crick y otros comenzaron a formular la hipótesis de cómo sería la difracción de rayos X en una hélice monoatómica:

En 1952, Cochran, Crick y Vand desarrollaron una teoría analítica para la difracción de rayos X por una hélice monoatómica. El interés inmediato de su teoría era dar una expresión analítica y transparente de estas amplitudes en un momento, en 1952, cuando las computadoras, si es que estaban disponibles, apenas eran capaces de realizar un cálculo de fuerza bruta de la intensidad de difracción total.

Este es el patrón de difracción de rayos X en una hélice monoatómica, que es bastante importante para entender más adelante la famosa imagen de difracción del ADN:

Fig.3 Patrón simulado por computadora de difracción de rayos X por una hélice de fósforo de período P, radio r y repetición atómica p_a. Observe la cruz central de San Andrés, las oscilaciones de Bessel a lo largo de las líneas de las capas y el patrón de diamantes (resaltado por líneas discontinuas) con diamantes del norte y del sur casi vacíos. Los parámetros estructurales de la hélice (P, r, p_a) son legibles a partir de los parámetros geométricos del patrón (2pi/P, alfa, 2pi/p_a).

Así, con ese trasfondo teórico, podemos entender nuestra famosa imagen:

Fig. 4 Los patrones históricos de difracción de fibra de rayos X (a) de A-DNA y (b) B-DNA trazados en la misma escala. La línea de la octava capa del patrón (a) se produce aproximadamente en la línea de la décima capa del patrón (b), lo que refleja un aumento del 20 % en el período de hélice del DNS. El patrón A-DNA muestra manchas cristalinas en las primeras líneas de la capa.

En esta imagen, una imagen de difracción de rayos X de ADN-A (izquierda) y el ADN-B más común (derecha) muestran un patrón periódico en las líneas de las capas.

Los patrones de difracción se pueden interpretar de la siguiente manera ( fuente ):

  • La separación de la línea de capa revela el valor del período de repetición del polímero. La disminución de más del 20% del espacio entre líneas de la capa al pasar de A a B implica un aumento de esa cantidad en el período: P = 2.8 nm para A-DNA y 3.4 nm para B-DNA.
  • Mire los puntos nítidos y discretos que se observan cerca del centro del patrón de difracción del ADN-A a lo largo de las primeras líneas de la capa; estos sugieren el orden cristalino en la fibra. En el patrón de ADN-B de alta humedad, estas manchas cristalinas están ausentes, lo que sugiere que las moléculas de agua adicionales deben haber invadido el espacio entre las moléculas de ADN, liberándolas de estar atrapadas en cristalitos.
  • Los arcos gruesos en la parte superior e inferior del patrón de B-DNA se encuentran a aproximadamente 10 intervalos de línea de capa desde el centro, lo que implica que B-DNA tenía 10 unidades repetitivas dentro de un período de 3,4 nm. Estos se producen por la dispersión de rayos X por las bases planas casi horizontales equidistantes separadas por 0,34 nm. El patrón de A-DNA carece de estas grandes manchas, lo que sugiere que las bases en A-DNA no son horizontales, y el número de pares de bases por período helicoidal es más cercano a 11.
  • La cruz central en B-DNA representa la cruz de San Andrés esperada de una molécula helicoidal. El gran radio r (1 nm, indicado por el ángulo meridiano de la cruz) y la ausencia de intensidad en los rombos meridianos indica que el esqueleto de fosfato está en la periferia de la hélice. Este cruce parece estar ausente en A-DNA, sin embargo, esto se debe a la interferencia destructiva de algunos de los pares de bases inclinados.

Finalmente, esta es una imagen que relaciona mejor la estructura de doble cadena del ADN (ADN A y B) con la imagen de difracción de rayos X:

P11. Simulación óptica de la difracción de rayos X por una fibra A-DNA. El motivo de la izquierda está dispuesto en un entramado bidimensional en el panel P11 de la diapositiva. Las características fuertes en las líneas de capa 6 a 8 de la imagen de rayos X y el patrón simulado surgen de los pares de bases inclinadas vistos de borde y formando una rejilla de doble ranura en zigzag. P12. Simulación óptica de la difracción de rayos X por una fibra B-DNA. Las rayas fuertes en las líneas de la décima capa tanto de la imagen de rayos X como del patrón simulado surgen de los pares de bases horizontales vistos de canto.

Referencia:

Lucas, A. (2008). A-DNA y B-DNA: Comparación de sus imágenes históricas de difracción de fibra de rayos X. Revista de Educación Química, 85(5), p.737.

IIRC, en The Double Helix (una fuente controvertida sin duda), Watson afirmó que el mayor impacto de la imagen fue que permitió medir un ángulo particular, lo que les permitió convertir su idea de una doble hélice en una atómica real. estructura (ya que el ángulo solo fue posible gracias a los ángulos de enlace de esa disposición molecular particular). La imagen de Rosalind Franklin se publicó en la misma revista que Crick y Watson, aunque en ese momento ella (y los editores) creían que era una corroboración independiente de su estructura, en lugar de una pieza crucial para determinarla.
Excelente respuesta. Gracias por una explicación tan completa y comprensible.
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