La bioquímica, la genética molecular y, en general, la biología molecular han unido definitivamente a todos los seres vivos al demostrar que todos somos iguales en cuanto a los mecanismos moleculares para vivir, reproducirnos y expresar los carácteres biológicos que recibimos de la generación anterior y traspasamos a la siguiente. Todos somos como somos porque hemos recibido una información genética de nuestros predecesores, cuyas unidades se llaman genes. Podemos considerar que cada carácter biológico está directamente relacionado con un gen en cuanto que un gen es una unidad biológica por la que se transmite un carácter de los padres a los hijos. Por ejemplo, si un Montaña tiene el pelo largo y blanco y a la vez tiene una pigmentación intensa, es porque heredó de sus padres los genes que determinan estos carácteres biológicos y si una Basset Hound tiene orejas enormes es porque heredó de sus padres los genes que determinan estas grandes orejas.

Los investigadores de la primera mitad del siglo XX, tanto genéticos como bioquímicos, tenían como uno de sus objetivos principales descubrir de qué materia estaban hechos los genes. Hacia los años 30, los genéticos comenzaron a especular sobre la naturaleza del material genético. En los años 30 y 40 la mayoría de los genéticos estaban convencidos que los genes eran proteínas. Se pensaba que los cromosomas estarían constituidos por unas moléculas de ácido desoxirribonucleico (ADN) que actuarían de armazón o esqueleto sobre el que se asentarían las proteínas génicas. Experimentos posteriores demostrarían que esta idea era justamente contraria a la actual.

Se demostró que la molécula genética es ADN, y su estructura química condiciona las propiedades biológicas que se derivan directamente de ella. Una molécula de ADN consta de dos cadenas unidas de forma específica. Cada cadena consta de una secuencia lineal de nucleótidos. Todos los nucleótidos del ADN contienen la misma molécula de azucar (desoxirribosa) y un grupo fosfato idéntico (ácido fosfórico), pero su tercer componente, una base nitrogenada (compuestos químicos a base de hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno), tiene cuatro posibles formas (Adenina: A; Guanina: G; Timina: T; Citosina: C) que dan lugar a cuatro nucleótidos diferentes. De todo ello deriva el nombre de ácido desoxirribonucleico (ADN).

La unión de numerosísimos nucleótidos forma lo que se ha venido en llamar la cadena polinucleotídica, también llamada hebra de DNA. Una de las características de esta cadena es que las bases nitrogenadas, que son moléculas planas, se quedan apiladas como un montón de monedas y que la cantidad de moléculas de las bases nitrogenadas de Adenina son iguales a las de Timina, y la cantidad de moléculas de Guanina es siempre igual a la cantidad de moléculas de Citosina. Todo ello unido por enlaces químicos con las moléculas del azucar y del ácido fosfórico forma una hebra muy estable quimicamente.

Entonces una secuencia específica de nucleótidos de un segmento de ADN es la que dá la información necesaria para la producción de los aminoácidos, cuyas combinaciones entre sí darán lugar a la formación de proteinas (una molécula de proteina de tamaño mediano consta de unos 400 aminoácidos), y estas, conformarán posteriormente todas las características biológicas del nuevo ser. Por lo tanto podemos definir que un gen es un segmento de ADN con una secuencia específica de nucleótidos necesarios para la formación de los aminoácidos de una determinada proteina.

Estos detalles sobre la estructura química del DNA fueron imprescindibles para realizar uno de los descubrimientos más importantes de la biología en el siglo XX: la estructura de la doble hélice de ADN.

Fué en el año 1952 cuando Franklin obtuvo imágenes muy nítidas de difracción de rayos X sobre el ADN, que fueron la clave para el desciframiento final de la estructura , ya que indicaron múltiples características de la molécula , como que es helicoidal que está formada por más de una cadena polinucleotídica que el diámetro es de 20 amstrongs y gira cada 34 amstrongs.

Watson y Crick a partir de la foto obtenida por Franklin y gracias a la construcción de modelos de los nucleótidos a escala, dedujeron la estructura completa de la doble hélice que fué publicada en 1953 en la revista Nature, un trabajo de tres páginas que les valió el Nobel. Resulta sorprendente que este descubrimiento final se llevó a cabo, literalmente, haciendo un puzzle. Utilizando alambre y láminas metálicas, fabricaron modelos a escala de todos los componentes del DNA: bases nitrogenadas, desoxirribosa y fostato, y se trataron de colocar de manera que la estructura formada en el espacio tuviera sentido bioquímico y biológico, cumpliendo los requisitos respecto a los datos conocidos previamente. La idea que resultó afortunada fué probar dos cadenas polinucleotídicas enfrentadas, de manera que las bases nitrogenadas quedaran hacia el interior y la cadena del azucar y fostato hacia el exterior. Haciendo esto la molécula adquirió una estructura estable y de diámetro constante sólo si se enfrentaba adenina con timina y guanina con citosina. En cambio, cualquier otro emparejamiento de las bases producía una estrucutra inestable.

La forma más fácil de imaginar la estructura del ADN en el espacio es el siguiente. Imaginemos una escala de cuerda en la que los peldaños horizontales son los pares de bases y las cuerdas verticales son el conjunto de fosfato-azucar-fosfato-azucar. Ahora tomemos un extremo de la escala y lo giramos a la derecha (en el sentido de las agujas del reloj). Resulta entones la imagen de la molécula de doble hélice natural y estable del DNA presente en la mayoría de las células.

En la figura del lado podemos ver el diagrama del modelo de Watson y Crick de la doble hélice. La dos cintas representan los esqueletos azúcar-fosfato de las cadenas de ADN. La línea vertical representa el eje central alrededor del cual se enrrollan las cadenas. La estructura se repite a intérvalos de 34 amstrongs (un amstrong equivale a 10 elevado a -10 metros), que corresponden a 10 pares de bases y la molécula tiene 20 amstrongs de diámetro. (Según Symons, 1981) Pero lo más importante al descubrimiento de la estructura de la molécula de ADN es que, además de adaptarse perfectamente a todos los requerimientos y resultados de experimentos previos, sugirió, por su propia naturaleza, una gran cantidad de propiedades biológicas sobre las que los genéticos habían estado interrogándose durante décadas. Así que numerosos investigadores se lanzaron de cabeza a probar experimentalmente todas las propiedades biológicas que el modelo sugería.

Experimentaron que la secuencia de pares de bases de la molécula de ADN puede ser infinitamente variable. Se puede suponer que una secuencia específica de bases se corresponda con una información genética específica, al igual que una secuencia específica de letras se corresponde con una palabra de significado específico. Uno puede imaginar un número sin fin de combinaciones diferentes de las cuatro bases. Naturalmente, no todas las combinaciones posibles tendrán sentido génico, al igual que no todas las combinaciones posibles de letras forman palabras con sentido, pero si con un número limitado de letras y palabras se pueden escribir millones de frases en numerosas lenguas, también con un número limitado de bases se pueden formar millones de genes y combinaciones de genes diferentes. Dado que una bacteria tiene millones de bases y un vertebrado cientos de millones de bases, la variación teóricamente posible es sobradamente suficiente para explicar toda la variabilidad genética de todos los seres vivos existentes que han existido y que existirán.

Otra de las propiedades básicas que tiene que tener el material genético es el de reproducirse para que los genes pasen de una generación a la siguiente. El sistema mediante el cual la molécula de DNA se reproduce, no resultó dificil de imaginar a sus descubridores. Si las dos hebras de la molécula de DNA se separaran, y cada hebra sirviese de molde para fabricar la hebra complementaria, se formarían dos moléculas de DNA idénticas entre sí e idénticas a la que les dio origen.

En la figura de debajo podemos ver la replicación del ADN. Nótese que cada nueva molécula de ADN consta de una cadena vieja y una nueva.

Para concluir podríamos decir que un gen medio tiene unos pocos miles de pares de bases (nucleótidos), mientras que el total del genoma (total de cromosomas de una célula) puede contener alrededor de mil millones de pares de bases. De todas maneras y a pesar de su importancia, no todo el ADN consta de genes. De hecho, sólo una pequeña parte del ADN consta de ellos; probablemente menos del 10% y quizás solamente el 1%. ¿Qué sabemos acerca del resto del ADN?. La mejor forma de contestar e esta pregunta es considerar los distintos tipos de ADN que hay en una célula de mamífero. Pero esto ya es cuestión de otro trabajo.

Bibliografia:
Genética. Fundamentos y Perspectivas. M.J. Puertas.
Genética Veterinaria. F.W. Nicholas Del Cromosoma al Gen. Institut de Bioquímica Clínica.

JOAN FERRER i SIRVENT LA BORDA D'URTX 17538 URTX (Girona) CATALUNYA Telf: +34-629-613399 e-mail: joanferrer@labordadurtx.org