La expresión del mensaje genético

En 1902 Archibald Garrod descubrió que la alcaptonuria (enfermedad metabólica) era causada por una anomalía hereditaria.

En 1948 George Beadle y Edward L. Tatum, tras sus trabajos con mutantes nutricionales del hongo Neurospora crassa, enunciaron su hipótesis de "un gen-un enzima", según la cual cada gen lleva información para un enzima. Posteriormente se amplió a las proteínas.

Francis Crick propuso la hipótesis de la secuencia que afirma que la secuencia de bases nitrogenadas del ADN se correlaciona lineálmente con la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Está hipótesis se vió confirmada poco después por el equipo dirigido por Yanosfy. Este grupo demostró que en diferentes cepas de Escherichia coli caracterizadas por poseer distinta variantes de una proteína, existía una correlación entre cambios en su ADN y las alteraciones en los aminoácidos de las proteínas.

Posteriormente, Francois Jacob y Jacques Monod expusieron su hipótesis del mensajero en la que se decía que una mólecula de ARN (ARN mensajero) actuaba como intermediario entre el gen de ADN y la síntesis de la proteína que codifica.
Así, en 1970 quedaba completo el Dogma Central de la Biología Molecular expuesto por Francis Crick en 1958 y que dice: El ADN es la molécula que almacena y transmite de una generación a otra (tras su duplicación) la información genética. En la expresión de dicha información el gen de aADN se transcribe en una molécula de ARN mensajero que posteriormente es traducida por los ribosomas en la síntesis de la proteína codificada.
Con este dogma se explicaba todo el mecanismo de la herencia a nivel molecular. Demasiado elegante y sencillo para que permaneciese mucho tiempo. La vida es muy compleja y oportunista. Se han encontrado excepciones a este dogma en virus y ciertos microorganismos unicelulres. Quizá desluzca el dogma pero hace más sorprendente a la vida, si eso todavía es posible.

Aquí tenéis un vídeo que resume estos procesos, desde la estructura del ADN hasta la síntesis de proteínas:

Replicación del ADN

La replicación del ADN es el proceso de síntesis de dos moléculas de ADN hijas a partir de una progenitora. Todas ellas tienen la misma secuencia e información genética.

James Watson y Francis Crick cuando publicaron su trabajo sobre la estructura del ADN ya expusieron un modelo de replicación del ADN. El mecanismo propuesto se dice que es semiconservativo puesto que las moléculas hijas de ADN conservan una hebra parental entera y otra de nueva síntesis. La hebra parental ha servido de molde para la síntesis de la nueva hebra que es complementaria. De esta forma se asegura que las moléculas hijas sean idénticas a las progenitoras. Sin embargo, había también otros modelos alternativos, la replicación conservativa y la dispersiva:
El modelo semiconservativo fue demostrado experimentalmente por Matthew Meselson y Franklin Stahl en 1958.

Ese mismo año Arthur Kornberg aisló la enzima ADN polimerasa que es la responsable del proceso de replicación.

Para que el ADN se copie deben romperse las uniones entre las bases nitrogenadas de las hebras complementearias con lo que se forma una burbuja de replicación. A cada extremo de la burbuja se aparece una horquilla de replicación . En cada horquilla se sitúa un complejo enzimatico (entre las que está la ADN polimerasa) que desenrolla la molécula progenitora de ADN, la abre y sintetiza una nueva cadena de ADN tomando como molde cada una de las hebras parentales. Cada horquilla avanza en sentido opuesto hasta completar el proceso. Por tanto el proceso es bidireccional.

Aquí tenéis un vídeo que explica en detalle el mecanismo molecular de la replicación del ADN:




Si os habéis fijado con detenimiento en el vídeo, en la horquilla de replicación la síntesis de ADN es diferente en cada hebra. En la superior el proceso de síntesis se produce en el sentido de avance y es contínuo, se dice que es la hebra conductora. En la hebra inferior, la síntesis se realiza en sentido contrario al avance y es discontinua, se dice que esta hebra es retardada.

En la realidad esto no se produce así. Para poder sintetizar la hebra retardada esta síntesis se debe producir en el mismo sentido de avance en el que se abre el ADN progenitor. Para poder hacerlo así el complejo enzimático forma como un blucle con las hebras de ADN molde. De esta forma, en la hebra retardada el ADN se origina de discontinua (un fragmento por cada bucle) dando lugar a los fragmentos de Okazaki

Echar un vistazo a este vídeo en el que se aprecia este hecho. El sentido de avance es hacia la izquierda y la hebra retardada es la superior. Observar cómo se forma el bucle y se sintetiza un fragmento de Okazaki de forma reiterada hasta acabar el proceso:

Genética molecular

En la primera mitad del siglo XX se realizaron los experimentos que permitieron identificar al ADN como la molécula responsable de la herencia. Los genes (los factores de Mendel) se encuentran localizados en el ADN. De esta forma se inicio la Genética Molecular que estudia la composición, estructura y funcionamiento de las moléculas responsables de la herencia genética.
En 1953, James Watson y Francis Crick expusieron el modelo de doble hélice para la estructura del ADN. En las décadas siguientes se descubrieron cuáles son los procesos generales que hacen posible la transmisión de la genes de una generación a otra y los que hacen posible la expresión de los mismos en las células. En 1970 todo se explicaba en el Dogma Central de la Biología Molecular.
El ADN se transmite de una generación a otra replicándose (mecanismo que permite la obtención de dos copias idénticas de ADN a partir de una molécula progenitora) y se expresa cada gen de ADN transcribiendose a una molécula mensajera de ARN cuya información es traducida a proteínas por los ribosomas. Podemos simplificar afirmando que son las proteínas las que, al hacer posible el metabolismo, manifiestan de los caracteres hereditarios.

Genética mendeliana

Acabado el bloque de metabolismo comenzamos con el de genética. Primero estudiaremos lo que se conoce como genética clásica o mendeliana.

Gregor Mendel publicó en 1866 un artículo titulado "Experimentos sobre hibridación en plantas" en 1866. En él se exponían los experimentos sobre cruzmaientos realizados con el guisante (Pisum sativum) que darían origen a la Genética. Sin embargo, su artículo fue ignorado hasta 1900. En ese año, Carl Correns, Erik von Tschermak y Hugo de Vries redescubren las leyes de Mendel por separado.

Poco después, William Bateson propone el nombre de Genética para la ciencia de la herencia y la variación y en 19059 el danés Wilhelm Ludwig Johannsen propone el término gen.

En 1910, a partir de sus experimentos en la mosca del vinagre (Drosophilla melanogaster), Thomas Hunt Morgan demuestra que los genes se encuentran en los cromosomas y da origen a la teoría cromosómica de la herencia.

Los siguientes descubrimientos más importantes sobre genética hacen referencia a la base molecular de los genes. Pero de eso hablaremos otro día.