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"Experimentos en hibridación de plantas"
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Estudiaba la composición química de los leucocitos (glóbulos blancos). Descubrió una nueva molécula, presente en todos los núcleos celulares, Miescher la llamó nucleína. Luego, con la identificación de su naturaleza acídica se le asignó el nombre genérico de ácido nucleico.
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Entre los años 1885 y 1901, comenzó a dilucidarse la composición química de la molécula, en primer lugar con la identificación de las bases nitrogenadas constituyentes de los ácidos nucleicos, adenina, citosina, guanina y timina.
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Identificó que un nucleótido está formado por una base nitrogenada, un azúcar y un fosfato. Sugirió que el ADN generaba una estructura con forma de solenoide (muelle) con unidades de nucleótidos unidos a través de los grupos fosfato.
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Trabajo con cepas «lisas» (S) o «rugosas» (R) de la bacteria Pneumococcus (causante de la neumonía), según la presencia (S) o no (R) de una cápsula azucarada, que es la que confiere virulencia.
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La nucleína de Miescher es un ácido desoxirribonucleico (ADN) formado por cuatro bases nitrogenadas (citosina (C), timina (T), adenina (A) y guanina (G), el azúcar desoxirribosa y un grupo fosfato, y en su estructura básica, el nucleótido está compuesto por un azúcar unido a la base y al fosfato. Levene pensaba que la cadena era corta y que las bases se repetían en un orden fijo.
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Produjo el primer patrón de difracción de rayos X que mostraba que el ADN tenía una estructura regular.
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Realizó algunos experimentos que le sirvieron para establecer las proporciones de las bases nitrogenadas en el ADN. Descubrió que las proporciones de purinas eran idénticas a las de pirimidinas, la «equimolecularidad» de las bases ([A]=[T], [G]=[C]) y el hecho de que la cantidad de G+C en una determinada molécula de ADN no siempre es igual a la cantidad de A+T.
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Extrajeron la fracción activa (el factor transformante) y, mediante análisis químicos, enzimáticos y serológicos, observaron que no contenía proteínas, ni lípidos, ni polisacáridos activos. Estaba constituido principalmente por "una forma viscosa de ácido desoxirribonucleico altamente polimerizado", es decir, ADN.
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Reconoció una enfermedad hereditaria (la anemia a células falciformes) un defecto en la estructura de la hemoglobina y se permite sospechar que de alguna forma la información genética es capaz de determinar la estructura de las proteínas: el ADN de los genes determina la estructura de una proteína funcional.
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Este descubrimiento fue decisivo en el conocimiento de la base molecular de la herencia, y constituye el nacimiento de la genética molecular. Finalmente, el papel exclusivo del ADN en la heredabilidad fue confirmado.Mediante experimentos en los cuales comprobaron que el fago T2 transmitía su información genética en su ADN, pero no en su proteína.
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Propusieron el modelo de la doble hélice de ADN para representar la estructura tridimensional del polímero.
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Recibieron conjuntamente después de la muerte de Rosalind Franklin, el Premio Nobel en Fisiología o Medicina.