Teoría "un gen - una enzima"

Ya se conocía la estructura del ADN, cómo se producía su duplicación, cómo se originaban las mutaciones y cómo se transcribía el ADN a moléculas de ARNm, pero faltaba por conocer cómo la información que contenía el ARN se expresaba en el organismo.

En 1901, el médico inglés A. E. Garrod había investigado algunas enfermedades hereditarias humanas. Entre ellas, la alcaptonuria, cuyos síntomas son artritis y ennegrecimiento de los cartílagos y de la orina al ponerse en contacto con el aire.

Descubrió que esta enfermedad era hereditaria, ya que todos pacientes tenían un antepasado que también la había padecido. Sólo aparecía la enfermedad cuando algún antepasado del padre y de la madre, habían padecido la enfermedad y habían transmitido esa información, desde las dos partes, a su descendiente. Si las dos informaciones eran normales o si sólo una de ellas venía de un enfermo, el individuo era normal. Por tanto, se trataba de una enfermedad recesiva.

Al principio, se hablaba de “información hereditaria para un carácter”, aunque ese término se sustituyó por el de gen. Un gen es un “fragmento de ácido nucleico que tiene la información para un determinado carácter". El gen siempre ocupa el mismo sitio dentro del cromosoma, llamado locus. Pero ese locus puede estar ocupado por varios tipos de genes con información para un mismo carácter. Se llama alelo a cada uno de los distintos genes que pueden ocupar un mismo locus.

En el ejemplo de la alcaptonuria, ese locus tiene dos posibles alelos:

• El alelo normal: (N) dominante.
• El alelo alcaptonuria: (n) recesivo.

Se descubrió que la causa del ennegrecimiento de la orina y de los cartílagos era la presencia de ácido homogentísico. Esta sustancia se transformaría en otras y desaparecería en los individuos sanos. Así, se pasó de la existencia de una relación entre gen y un carácter, a la de un paralelismo entre gen y sustancia.

Más tarde, en 1948, Beadle y Tatum investigaron por qué aparecían estas sustancias y se heredaban este carácter. Utilizaron en sus experimentos el hongo Neurospora crassa, que sólo necesita para vivir sustancias minerales, una fuente orgánica de carbono y biotina.

Tras someterlos a radiación ultravioleta que alteraba su ADN, aparecieron distintos mutantes. Unos, sólo podían sobrevivir si se les añadía el aminoácido arginina, necesario para sintetizar sus proteínas, ya que habían perdido la capacidad de sintetizar este aminoácido. Otros mutantes necesitaban o arginina o citrulina, y otros, o arginina o citrulina u ornitina. A partir de aquí se dedujo que la síntesis de arginina debía seguir la siguiente vía metabólica:

Sustrato → Ornitina → Citrulina → Arginina → (Proteínas)

Por análisis bioquímicos se demostró que estos mutantes no tenían algunas enzimas, y que en ellos había gran cantidad de componentes necesarios para producir arginina.

La conclusión que se obtuvo era clara. Como faltaba una enzima, se bloqueaba el metabolismo en la sustancia sobre la que tenía que actuar. Los mutantes podían vivir si a ese medio se le añadían las sustancias que no podían sintetizar (por falta de esa enzima), ya que sí tenían el resto de las enzimas.

Así, se estableció un paralelismo entre genes y enzimas, llamándose a esta teoría “un gen-una enzima”. Cuando se alteraba la secuencia de nucleótidos de un gen, no se podía sintetizar una enzima. Son las enzimas las que controlan las sustancias y las características de los organismos.