Casi simultáneamente, el suizo Friedrich Miescher descubrió los ácidos nucleicos, que inicialmente denominó como "nucleínas", ya que estaban en el núcleo de las células. Estudiando glóbulos blancos de la pus de las heridas encontró en su núcleo una sustancia que no era proteína. De allí su nombre de nucleína. Envió su trabajo en 1869 a la revista Hoppe Saylerís Journal of Medical Chemestry. Desgraciadamente el Comité Editorial no le creyó y rechazó la publicación. Luego vino la guerra franco-prusiana, lo que retardó aún más su publicación, la cual se concreto definitivamente en 1871. Posteriormente, Miescher utilizó espermios de salmón, ya que ellos están constituidos casi enteramente por sustancia nuclear, constatando iguales resultados. No obstante estos hallazgos, no llegó a relacionar estas nucleínas, con la transmisión de la herencia.

El término ácidos nucleicos lo acuñó Richard Altman, un alumno de Miescher en 1899. Anteriormente en 1870, con ayuda del microscopio, se observaron los cromosomas en el interior del núcleo de las células y se descubrió el fenómeno de la mitosis (división celular). En 1881, Edward Zacharias, demostró que los cromosomas contenían la nucleína de Miescher. Cuatro años más tarde, Hertwig afirmó que esa nucleína era a que transmitía los caracteres hereditarios. Ello no fue aceptado hasta 1929. En ese entonces Fred Griffith volvió a replantear este concepto realizando un experimento ya clásico, en el que transferían las características patogénicas de una bacteria a otra inocua, mediante el traspaso del ácido nucleico.

De allí en adelante comenzó una carrera por conocer esta molécula maravillosa que era capaz de transmitir los caracteres hereditarios de una célula a otra o de un organismo a otro. Luego se dispuso del método de difracción de rayos X, que permitió tener una buena idea de su estructura, hasta que en 1953, Watson y Crick, propusieron el modelo estructural de la doble hélice del ácido desoxirribonucleico (DNA). (Para quien se interesa por toda esta historia, recomendamos leer el libro escrito por Watson: La Doble Hélice, que para algunos es una versión unilateral de los hechos. Sean de quien sean los méritos, se llegó tal vez a uno de los descubrimientos más trascendentales de la biología).


Estructura y funcionamiento del DNA

El DNA se concibe como una estructura espacial que se asemeja a una escalera de cuerdas torcidas en espiral, con las cadenas laterales formadas por un azúcar (ribosa o desoxirribosa) y por el ácido fosfórico, mientras que las barras que unen las dos cadenas laterales están constituidas por cuatro bases: dos purinas (Adenina y Guanina) y dos pirimidinas (Citosina y Timina) (fig. 1). Este trascendental trabajo se publicó en la revista Nature y sólo ocupó una página.

Es ésta a molécula que regula la vida y transmite la herencia, haciendo que los hijos se parezcan a sus padres. El DNA es una molécula gigante que se encuentra en todos los núcleos de nuestras células, al igual que en todas las células vivas de todos los organismos. Es una larga fibra donde se guarda la información necesaria para el desarrollo de la vida (fig. 2). Cada una de nuestras células, que miden algunas décimas de milímetros, contienen casi dos metros de DNA (si éste se pudiera estirar). Esta larga fibra se encuentra subdividida en regiones, que se han llamado genes. La especie humana tiene aproximadamente entre 80.000 y 90.000 genes. Estos genes son diferentes unos de otros, y esa diferencia está dada por las distintas órdenes de secuencias de las cuatro bases antes dichas. Estas cuatro bases, como los bytes de una computadora, en sus combinaciones ofrecen millones de millones de posibilidades para el almacenaje de la información.

Un organismo multicelular como el nuestro está formado por miles de millones de células diferentes, según sean los órganos de que forman parte (una célula del hígado, es diferente a una del pulmón o a una del riñón). Sin embargo, cada célula tiene en su núcleo el mismo DNA con la misma información, aunque su propia identidad y función sean diferentes. Es decir, cada célula contiene toda la información necesaria como para volver a desarrollar un organismo entero. Así lo demostró la reciente experiencia, en que a partir de una célula de una ubre de oveja, se logró crear una oveja nueva (La clonación de un mamífero) .

El DNA, en el interior del núcleo, está contenido en los llamados cromosomas. Las diferentes especies tienen distintos números de cromosomas. La mosca drosofila (mosca de la fruta) tiene cinco pares de cromosomas. La especie humana, en cambio, tiene en cada una de sus células 23 pares de cromosomas, los que pueden ponerse claramente en evidencia durante la etapa de división celular con un microscopio corriente. Solo se exceptúan los espermios y los óvulos, que no tienen 23 pares de cromosomas sino 23 cromosomas (éstas se denominan células germinales). De esta forma, cuando un espermio fecunda a un Ovulo, los 23 cromosomas que aporta el espermio transmiten la herencia del padre y se unen a los 23 cromosomas del óvulo, que aporta la herencia de la madre. De allí en adelante, todas las células que comienzan a dividirse llevaran en su núcleo 23 pares de cromosomas.

Cada uno de estos 23 cromosomas es perfectamente distinguible por su tamaño, su forma y por la ubicación de una escotadura llamada centrómero. De acuerdo con estas características, los cromosomas de las células humanas se han numerado del 1 al 22, además de los cromosomas sexuales. Las mujeres en sus células tienen dos cromosomas sexuales que se han denominado XX, y el hombre uno X y otro más pequeño denominado Y (fig. 3). Estudios más recientes permiten, incluso, diferenciarlos mejor mediante la tinción de las bandas de cada uno de los cromosomas.

En el interior de cada uno de estos cromosomas, perfectamente empaquetado, se encuentra el DNA, según puede observarse en el dibujo imaginario (fig. 4). Estos genes son los que, en último término, determinan la herencia de los caracteres y la información necesaria para que sean posibles el desarrollo de todos los procesos vitales. Sin embargo, hay algo muy curioso que aún no tiene una explicación: la mayor parte del DNA que contienen las células (90%) no forman genes y no se sabe qué función desempeñan. Por esta razón este DNA se ha denominado DNA basura. Por alguna razón aún desconocida está allí.


Como se traduce el mensaje genético

Ya está claro que el mecanismo por el cual los genes regulan la transmisión genética es entregando la información necesaria para la síntesis de todas las proteínas que necesita la función de un organismo viva.

Las proteínas son fundamentales para la vida. Algunas de ellas son proteínas estructurales y forman parte de la constitución de las células. Muchas están en las paredes de las células y allí regulan lo que puede o no puede entrar a su interior. Otras están en los organelos que forman la estructura interna de las células. Otras son hormonas que producen algunas células de las glándulas y que circulan por la sangre para actuar en diferentes tejidos (insulinas, hormona de crecimiento, eritropoyectina, etc.). Otras son proteínas que producen las células del hígado y que sirven para el transporte sanguíneo de diferentes sustancias (albúminas y globuIinas). Hay algunas que forman anticuerpos para defendernos de agresores bacterianos u otros. Pero las proteínas más importantes para los procesos bioquímicos vitales son las enzimas, (todas las enzimas son proteínas) estructuras que permiten que se produzcan las diferentes reacciones bioquímicas a la temperatura y pH del organismo. Sin ellas no se podrían realizar los diversos procesos bioquímicos del cuerpo.

En un organismo humano existen entre 80.000 y 90.000 proteínas diferentes. La síntesis de cada una de estas proteínas está comandada por un gen, y existiría un gen especifico para la síntesis de cada una de ellas. Tanto el óvulo como el espermio aportan en su núcleo (DNA) los genes para las mismas proteínas. En la célula definitiva de un tejido, tanto el gene homologo materno como el paterno, aportan su información para la síntesis de la misma proteína. Evidentemente ésta no es idéntica, ya que entre los genes del padre y de la madre hay pequeñas diferencias (polimorfismo) lo que hace que el individuo tenga su propia peculiaridad, según dominen los genes del padre o de la madre (fenotipo).

Las proteínas están constituidas por una cadena de unidades más pequeñas llamadas aminoácidos, que se unen como los eslabones de una cadena. Las 80.000 o más proteínas que necesita sintetizar el ser humano son todas diferentes entre sí ya que desempeñan diferentes funciones. El largo de la cadena de aminoácidos es variable, como también es diferente la secuencia en que se ordenan los diferentes aminoácidos en ella. Es así como cada proteína es diferente a otra y ella es codificada por un gen especifico para cada una.

Después de ser fecundado el óvulo y formado una sola célula, ésta comienza a dividirse, multiplicándose rápidamente para formar una mórula (grupo de células indiferenciadas) y más tarde un embrión. Al dividirse las células, también se divide el DNA, de modo que cada célula queda con la misma información. En este proceso se abren las cadenas laterales, separándose las bases y éste se replica, constituyéndose de nuevo la doble hebra en cada célula, quedando de este modo ambas células hijas con la misma información. Esto sucede porque cada una de las cadenas va a servir de molde para formar el mismo DNA en las dos células resultantes (fig. 5A). Esto sucede porque siempre, frente a una base determinada, se coloca otra base precisa. Es decir, frente a la adenina, siempre va a colocarse la tímina y frente a la citosina, la guanina. En esta forma, al dividirse la célula, en cada cromosoma, cada gene volverá a tomar la estructura del DNA original, permaneciendo así la misma información genética en ambas células. Todo este proceso se denomina replicación del DNA su objetivo es mantener la misma información genética a través de todas las divisiones celulares.

Después de un cierto número de divisiones, las células comienzan a diferenciarse para ir formando los distintos órganos y tejidos. En esta etapa en que comienza la formación del embrión, las células se van multiplicando e incluso la información genética es la misma, pero cada célula en la medida que se va diferenciando, activa solo los genes que son necesarios para la formación de determinado tejido y silencia los otros. Es decir, las células siguen teniendo la misma información, pero para su especialización solo expresa los genes que son necesarios para ello. Es por eso que fue posible clonar la oveja Dolly a partir de una célula adulta de la ubre de otra oveja.


Codificación de las proteínas

Para codificar las proteínas el DNA actúa de una forma diferente. Desde luego el DNA se encuentra en el núcleo de cada célula y la síntesis de la proteína debe realizarse en unas pequeños corpúsculos denominados ribosomas, que están en el citoplasma de la misma célula. En otras palabras, la información genética necesaria para sintetizar una determinada proteína debe salir del núcleo y desplazarse por el citoplasma hasta llegar a los ribosomas. Todo este proceso se llama transcripción de la información.

El proceso de transcripción se inicia en el interior del núcleo. Allí el DNA se abre nuevamente en sus cadenas laterales y una sola hebra sirve como templado (molde). Se prepara así un mensajero del trozo del DNA que constituye un gene. Este mensajero es igual al templado, salvo una excepción: Una base, la Timina, es reemplazada por una nueva, que es el Uracilo. Este mensajera se llama ácido ribonucléico (RNA), y es una copia exacta del DNA, con la sola diferencia que la base Timina es reemplazada por el Uracilo, que también se parea con la adenina. Cabe también dejar en claro que el RNA mensajero tiene una sola hebra, a diferencia del DNA que está constituido por dos hebras entrecruzadas.

Una vez sintetizado, el RNA sale del núcleo y se dirige hacia los ribosomas para que, de acuerdo a la información que lleva, se sintetice la respectiva proteína. Mientras tanto, en el núcleo el DNA se repara y vuelve a formar la misma doble hebra. El RNA que sale del núcleo portando la información, se ha llamado RNA mensajero o (RNA in). (Ver fig. 5 B).


Síntesis de la proteína

No fue fácil descubrir en qué forma este RNA mensajero podía transmitir la información para llegar a sintetizar la proteína, ya que en el fondo se trataba de dos lenguajes diferentes. El RNA mensajero tiene sólo cuatro letras: G, C, A y U (Guanina, Citosina, Adenina y Uracilo), mientras que para formar una proteína hay que ordenar una cadena en la que se conjugan en distinta forma 20 aminoácidos diferentes. Los dos idiomas debían conectarse con un intérprete y fue Francis Crick (Premio Nobel 1952) quien descubrió al intérprete, denominándose RNA de transferencia (RNAt).

En base a esto, una serie de científicos comenzaron a dedicarse al estudio de lo que se llamó el código genético, formó el Club del RNA cuyos miembros fueron 24 (20 por los aminoácidos y cuatro por las bases de RNA). El club inició sus estudios y discusiones teóricas tendientes a proponer un posible código genético. Así insinuaron que el RNA de transferencia (el intérprete), tenia tres bases específicas (triplete o codones), y que combinando estas tres bases éste podía identificar los 20 aminoácidos diferentes. La comprobación de estas ideas se debió al trabajo espectacular de tres grupos de investigadores: el de Marshall Niremberg, el de Severo Ochoa y el de Gobin Khrona (fig. 6).

A partir de estas tres bases se pueden formar 64 combinaciones diferentes (codones). Fue posible definir qué combinaciones identificaban a cada uno de los 20 aminoácidos necesarios para sintetizar las proteínas. Se encontró que en determinadas ocasiones un aminoácido era identificado por un codón especifico, y que en otras ocasiones, dos o tres codones identifican a un mismo aminoácido.

Se descifró así el llamado código genético, y más tarde se pudo observar que este código es común para todas las especies vivas de la Tierra. Sea ésta una bacteria, una levadura, un insecto, una planta, un mamífero incluso el hombre. Más aún, al conocerse la información genética de diversas especies (bacterias, levaduras, gusanos y mamíferos) se ha podido observar que no sólo el código es común, sino también el mensaje que éste encierra. Así por ejemplo, se ha podido observar que el 40% de la información del DNA del pez es común con el hombre o que el 98% del DNA del chimpancé es semejante al del hombre. Es decir, sirve en ambos casos para sintetizar las mismas proteínas (Diferencias genéticas enter el chimpancé y el hombre) . Con ello se demuestra que la vida tiene un origen común y por un proceso evolutivo, en función del tiempo, éstas se han ido diferenciando (Limitaciones para definir e individualizar las especies) .

Cómo funciona el código: El RNA mensajero que salió del núcleo y que corresponde a un gene, llega al ribosoma y allí va pasando como una cinta de máquina de escribir. En el mismo lugar, el RNA de transferencia ha identificado a un determinado aminoácido de acuerdo a la estructura de las tres bases. En la medida que pasa la cinta, el correspondiente RNA de transferencia va acoplando los aminoácidos a la cadena proteica (ver fig. 6).


Conclusión

El esclarecimiento del código genético constituye uno de los hechos más trascendentales de este siglo, ya que sus proyecciones son incalculables. Al descifrarse se ha alcanzado un gran progreso en la biología molecular y en la genética, abriéndose enormes posibilidades que ya se están viendo en los distintos campos como la medicina, la agricultura, las ciencias forestales, la minería extractiva y las posibles fuentes de energía de origen vegetal y petroquímica que se pueden desarrollar y pueden llegar a reemplazar las fuentes de energía fósil. En la figura 7, se esquematizan las dos etapas fundamentales del proceso de síntesis proteica: La transcripción de la información y la traducción de la misma.



Bibliografía seleccionada


1.- Anderson, W.F. y Dicumakos, E.G.: Genetic Engineering in Mamalian Cells. Sc. Am. 247:106, 1982.

2.- Drlica, K.: Cloning. John Wiley and Sons, Eds. New York, 1980.

3.- Grobstein, C.: A Doble Image of the Double Heliz. W.H. Freedman and Company, Eds., San Francisco, 1979.

4.- Lewin, B.: Genes. Second Edition. John Wiley and Sons, Eds. New York, 1985.

5.- Watson J.D.: The Double Helix (GuntherStent, Eds), W. W. Norton and Co. New York, 1980.

6.- La Clonación de un Mamífero: Creces, Abril 1997, pág. 24.

7.- El chimpancé es nuestro primo hermano: Creces, Noviembre, 1998, pág. 15.

8.- Limitaciones para definir e individualizar las especies: Creces, Noviembre, 1998.