variadas en el laboratorio. En mi segundo año comencé a trabajar con Mauricio Montal, que estaba estudiando proteínas que permiten que pasen iones a través de las delgadas membranas de lípidos que rodean a todas las células. Resultó que no pasaría mucho tiempo en su laboratorio. Casi por casualidad, volvería a mudarme al otro lado del país para trabajar en una de las moléculas más viejas y más importantes para la vida.
Nota
1 La novela bélica de Joseph Heller, de 1961, suele emplearse para aludir a la paradoja de que, para obtener experiencia en cierta área, a una persona se le exige demostrar experiencia en esa área. [N. del e.]
2. Mi encuentro con el ribosoma
No hay más que mencionar el ADN para que casi cualquier persona asienta con un gesto de complicidad. Todos sabemos —o creemos saber— qué es el ADN. Determina quiénes somos en esencia y qué le heredamos a nuestros hijos. El ADN se ha convertido en una metáfora de las cualidades fundamentales de casi todo. “No está en su ADN”, decimos incluso al hablar de una empresa.
Pero si dices la palabra ribosoma, por lo general recibirás una mira-da ausente, incluso de la mayor parte de los científicos. Hace unos años, Quentin Cooper, del programa de radio de la bbc Material World, me contó que al invitado de la semana anterior lo indignó que el tema del ojo sólo mereciera la mitad de un programa cuando se había planeado un episodio completo para el ribosoma, que apenas es una simple molécula. Por supuesto, los ribosomas, o las proteínas que éstos a su vez producen, no sólo constituyen la mayor parte de los componentes del ojo sino también casi todas las moléculas de cada célula de cada forma de vida. De hecho, para cuando usted haya terminado de leer esta página, los ribosomas de cada uno de los billones de células de su cuerpo habrán producido miles de proteínas distintas. Existen millones de formas de vida sin ojos, pero todas necesitan ribosomas. El descubrimiento del ribosoma y su papel en la construcción de proteínas es la culminación de uno de los grandes triunfos de la biología moderna.
Cuando llegué a California a estudiar biología, no tenía idea, como la mayor parte de los físicos, de qué era el ribosoma y apenas tenía una vaga noción de qué era un gen. Sabía que los genes transportan los rasgos que recibimos de nuestros ancestros y que le heredamos a nuestros descendientes, pero aprendí que son mucho más que eso. Son las unidades de información que permiten que un organismo completo se desarrolle a partir de un solo óvulo fertilizado. Aunque casi todas las células contienen un juego completo de genes, en distintos tejidos están encendidos conjuntos diferentes de ellos, así que una célula del pelo o la piel es muy distinta de una del hígado o el cerebro. ¿Pero, de entrada, qué son los genes?
En términos generales, un gen es un trozo de ADN que contiene información sobre cómo y cuándo hacer una proteína. Las proteínas llevan a cabo miles de funciones vitales. Por ejemplo, son lo que hace que se muevan los músculos. Nos permiten sentir la luz, las texturas y el calor, y combatir las enfermedades. Llevan oxígeno de nuestros pulmones a nuestros músculos. Incluso pensar y recordar es posible gracias a las proteínas. Muchas proteínas llamadas enzimas catalizan las reacciones químicas que construyen los otros miles de moléculas en la célula. Así pues, las proteínas no sólo le dan a la célula su estructura y su forma sino que también la hacen funcionar.
FIGURA 2.1. Estructura del ADN.
Comprender cómo la información en un trozo de ADN podría usarse para hacer una proteína fue la culminación de una emocionante década que comenzó con un artículo clásico de 1953 de James Watson y Francis Crick sobre la estructura de la doble hélice del ADN. A menudo, la estructura de una molécula no explica inmediatamente cómo funciona. Eso no pasa con el ADN, que de inmediato sugirió cómo podía transmitir información y a la vez cómo podía reproducirse. Durante mucho tiempo había sido un misterio cómo se duplica la información en una célula cuando se divide o cómo su descendencia hereda esa información cuando el organismo se reproduce.
FIGURA 2.2. Proteínas.
En cada molécula, las dos hebras de ADN que se entrelazan para formar una doble hélice corren en direcciones opuestas. Cada hebra tiene una columna vertebral de azúcares y grupos fosfato alternados, y uno de cuatro tipos de bases —A, T, C o G— se fijan al azúcar y miran hacia el interior de la hélice. Cuando jugaba con siluetas de cartón de las bases, a Watson se le ocurrió una idea brillante: se dio cuenta de que una A en una de las hebras puede unirse químicamente con una T de la otra hebra, pero no con cualquiera de las demás bases, mientras que la G de una hebra puede hacerlo con una C de la otra. La forma de cada par de bases, ya sea AT o CG, era más o menos la misma, lo que significa que, sin importar el orden de las bases, la forma general y las dimensiones de la doble hélice eran más o menos las mismas. Esta disposición en pares de bases significaba que el orden de las bases en una hebra determinaría con precisión el orden en la otra. Cuando las células se dividieran, ambas hebras se separarían y cada una contaría con información que serviría como plantilla para construir la hebra contraria, dando como resultado dos copias de la molécula de ADN a partir de una sola. Así, los genes eran capaces de duplicarse a sí mismos. Después de siglos, finalmente entendimos en términos moleculares cómo pueden transmitirse los rasgos hereditarios de generación en generación.
FIGURA 2.3. Transcripción: un gen cifrado en forma de ADN se copia a un ARN mensajero.
La estructura sugirió de inmediato cómo podían duplicarse y heredarse los genes, pero no cómo la información contenida en ellos podía usarse para construir proteínas. El problema era que cada hebra de ADN es una larga cadena compuesta de ladrillos compuestos a su vez por los cuatro tipos de bases, pero las proteínas son cadenas completamente distintas, hechas de aminoácidos, y sus enlaces químicos son totalmente diferentes. Su enorme variedad se debe a que existen 20 tipos de aminoácidos, que tienen una amplia variedad de propiedades químicas. Cada cadena de proteínas tiene una longitud y un orden único de aminoácidos, y sorprendentemente contiene la información necesaria para que la cadena se pliegue en una forma característica que le permite desempeñar su función particular. Crick comprendió que el orden de las bases en el ADN codificaba el orden de los aminoácidos en una proteína, pero la pregunta aún era cómo.
Por más de una década, muchísimas personas trabajaron en este problema. Resulta que la tira de ADN que contiene un gen se copia en una molécula emparentada llamada ARN mensajero o ARNm, cuyo nombre se debe a que dicha molécula transporta el “mensaje” genético a donde se necesita. El ARN —sigla que significa ácido ribonucleico— se distingue del ADN —o ácido desoxirribonucleico— en que tiene un oxígeno extra en el anillo de azúcares. El ARN también tiene cuatro bases, pero en éste la base timina (T) del ADN es reemplazada por una base muy similar, el uracilo (U), que también se une a la base A.
¿Cómo pasas de tener cuatro tipos de bases a veinte tipos de aminoácidos? Es como seguir una larga serie de instrucciones escritas en algún código usando un alfabeto desconocido. Resulta que las bases se leen en grupos de tres y cada uno de esos grupos se llama codón. La forma en que se leen —y esto lo predijo Crick— es que otra molécula de ARN, llamada ARN de transferencia o ARNt, tiene un aminoácido especial en un extremo y un grupo de tres bases llamado anticodón en el otro. El anticodón y el codón forman pares de bases, iguales que los que existen entre las dos hebras de ADN. El próximo codón es reconocido por un ARNt diferente, que lleva consigo su propio aminoácido, etcétera.
