1954-1955. El rompecabezas del código genético / Ochoa y Kornberg y la síntesis de polinucleótidos

A mediados del siglo pasado, el rompecabezas del código genético intrigaba a científicos de muchas disciplinas. Uno de ellos era George Gamow (1904-1968), un astrónomo estadounidense de origen ruso que fue el padre de la teoría de la Gran Explosión ("big-bang") en cosmología. Las proteínas contienen 20 aminoácidos diferentes, pero el DNA y el RNA contienen, cada uno, sólo cuatro nucleótidos diferentes. Como señaló Gamow, si un solo nucleótido "codificara" un aminoácido, entonces sólo cuatro aminoácidos podían ser especificados por las cuatro bases nitrogenadas. Si dos nucleótidos especificaran un aminoácido, entonces podría haber, usando todos los arreglos posibles, un número máximo de 4 x 4, o sea 16 aminoácidos, lo cual era insuficiente para codificar los veinte aminoácidos. Por lo tanto, por lo menos tres nucleótidos en secuencia debían especificar cada aminoácido. Esto resultaría en 4 x 4 x 4, o sea, 64 combinaciones posibles –los codones– lo cual, claramente, es más que suficiente. Por su parte, el bioquímico español Severo Ochoa (1905-1993) realizó experimentos que le permitieron descubrir los mecanismos y las enzimas que intervienen en la síntesis de polinucleótidos como el RNA. Al año siguiente el bioquímico estadounidense Arthur Kornberg, quien anteriormente había trabajado con Ochoa, caracterizó las enzimas que intervienen en el metabolismo de los nucleótidos. Kornberg había participado, bajo la dirección de Ochoa, en la purificación de dos enzimas esenciales del metabolismo energético central. Después fue a Saint Louis, "la meca de la enzimología", y estudió las enzimas complejas que intervienen en la síntesis de polímeros de azúcares. Luego fue a Washington, donde estudió una enzima capaz de sintetizar una de las coenzimas esenciales de la célula, la NAD, un dinucleótido. Este trabajo lo familiarizó con el metabolismo de los nucleótidos. Desde 1953 a 1955 caracterizó muchas de las enzimas que intervienen en el metabolismo de los nucleótidos. Cuando estaba abocado a este trabajo, Ochoa y Marianne Grunberg-Manago anunciaron el descubrimiento de una enzima, la polinucleótido fosforilasa, capaz de polimerizar, en ausencia de toda matriz, largas cadenas de RNA. Kornberg y sus colaboradores purificaron esta enzima a partir de la bacteria E. coli y observaron que estas enzimas incorporaban los nucleótidos al azar. Entonces repitieron los experimentos con la DNA polimerasa purificada y observaron que para sintetizar DNA in vitro eran necesarios los cuatro nucleótidos y la matriz de DNA. Este importante hecho confirmaba experimentalmente el modelo propuesto por James Watson y Francis Crick. Además, confirmaron que el DNA sintetizado por la DNA polimerasa es idéntico al DNA molde. En realidad, este método permitía elongar las cadenas in vitro, pero quedaba por confirmar si era semejante a la enzima que actuaba in vivo. Las experiencias posteriores demostraron que la enzima purificada por Kornberg no era la enzima esencial en la síntesis de DNA, pero interviene en su reparación. Ochoa y Kornberg obtuvieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en el año 1959.

Véase también: cap. 10