1961-1962. El código genético descifrado / Jacob, Monod Lwoff y el modelo del operón/ El reloj molecular

El código de tres nucleótidos, o código de tripletes, fue ampliamente adoptado como hipótesis de trabajo. Sin embargo, su existencia no fue realmente demostrada hasta que el código finalmente fue descifrado, una década después que James Watson y Francis Crick presentaran por primera vez su modelo de la estructura del DNA en 1953. Los científicos que llevaron a cabo los experimentos iniciales y cruciales para descifrar el código genético fueron los estadounidenses Marshall Nirenberg y Heinrich Matthaei. Nirenberg rompió células de E. coli y extrajo sus contenidos. Luego les añadió aminoácidos marcados radiactivamente y muestras crudas de RNA de diferentes fuentes celulares. Todas las muestras de RNA estimularon la síntesis de proteínas; las cantidades de proteína producidas eran pequeñas, pero mensurables. En otras palabras, el material extraído de las células de E. coli era capaz de producir moléculas de proteína aun cuando las "órdenes" de RNA que recibía fueran de un "completo extraño". Incluso el RNA del virus del mosaico del tabaco, que en condiciones naturales se multiplica sólo en las células foliares de la planta del tabaco, se pudo utilizar para sintetizar proteínas por la maquinaria de la célula bacteriana. Nirenberg y Matthaei probaron luego con un RNA artificial. Si los extractos libres de células podían leer un mensaje extraño y traducirlo a proteína, quizás podrían leer un mensaje totalmente sintético, dictado por los propios científicos. Severo Ochoa, de la Universidad de New York, había elaborado un método enzimático para acoplar ribonucleótidos en una cadena larga de RNA. Con este proceso, llevado a cabo en un tubo de ensayo, había producido una molécula de RNA que contenía sólo un tipo de base nitrogenada –el uracilo– repetida muchas veces. Esta secuencia fue llamada "poli-U". Nirenberg y Matthaei prepararon veinte tubos de ensayo diferentes, cada uno con extractos libres de células de E. coli que incluían ribosomas, ATP, las enzimas necesarias y todos los aminoácidos. En cada tubo de ensayo, un solo tipo de aminoácido llevaba una marca radiactiva. A cada tubo de ensayo se le añadió la poli-U sintética. En diecinueve tubos de ensayo no hubo producción de polipéptidos radiactivos, pero en el vigésimo tubo, al que se había añadido fenilalanina radiactiva, los investigadores pudieron detectar cadenas polipeptídicas radiactivas recién formadas. Cuando se efectuó el análisis de los polipéptidos, se encontró que consistían sólo en fenilalaninas, una tras otra. Nirenherg y Matthaei habían dictado el mensaje "uracilo... uracilo...uracilo... uracilo...uracilo..." y habían recibido una respuesta clara: "fenilalanina... fenilalanina...". El experimento no sólo definió la primera palabra del código UUU como fenilalanina (phe), sino que también facilitó un método para definir las restantes. Entre los muchos experimentos que contribuyeron a descifrar el código genético también estuvieron los de Hard Gobind Khorana, químico hindú-estadounidense, de la Universidad de Wisconsin, Estados Unidos, realizados en la década de 1960. Khorana,partió de los resultados de Niremberg y Matthaei y utilizó nuevas técnicas para sintetizar un mensajero artificial en el cual se repetían dos nucleótidos una y otra vez, en una secuencia conocida: AGAGAGAGAG, UCUCUCUCUC, ACACACACAC y UGUGUGUGUG. Cada una de estas cadenas de RNA, cuando se usaban como mensajeros en el sistema libre de células, producían cadenas polipeptídicas de aminoácidos alternados. Poli-AG producía arginina y ácido glutámico una y otra vez; poli-UC producía serina y leucina; poli-AC, treonina e histidina; y poli-UG, cisteína y valina. Esto es lo que se esperaría de un código de tripletes. Un mensaje de poli-AG, por ejemplo, sería leído como AGA... GAG...AGA.... Khorana también sintetizó mensajeros artificiales en los cuales se repetían tres nucleótidos una y otra vez. Estos mensajeros producirían tres polipéptidos diferentes, cada uno formado por sólo un aminoácido, repetido numerosas veces. Cada tipo de polipéptido producido dependía de dónde comenzaba el proceso de lectura. Estos estudios dieron la primera demostración clara de que: 1) el mRNA se lee secuencialmente (o sea un codón tras otro), 2) el modo en que se lee depende del marco de lectura, o sea, el nucleótido en el cual comienza la traducción, y 3) el codón está formado por un número impar de nucleótidos, lo que apoya la hipótesis del triplete. Niremberg y Khorana, independientemente, descifraron casi todo el código genético y compartieron en 1968 el Premio Nobel de Medicina y Fisiología. En el mismo año, los científicos franceses François Jacob y Jacques Monod (1910-1976) propusieron el modelo del operón, de acuerdo con el cual los grupos de genes que codifican proteínas con funciones relacionadas se disponen en unidades conocidas como operones. Estos científicos, mientras realizaban estudios sobre enzimas inducibles encontraron un intermediario entre los genes y las proteínas. Jacob y Monod compartieron el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1965 con su colega André Lwoff. En 1962, Linus Pauling (1901-1994) y sus colaboradores sugirieron la existencia de un reloj molecular que permitiría medir el tiempo transcurrido desde la divergencia de secuencias macromoleculares. De esta idea se pudo inferir que la variación neutra de una misma proteína representa una manera útil de registrar el paso del tiempo. Si las proteínas acumulan cambios a una tasa constante, los cambios pueden considerarse como el tic-tac de un reloj, un reloj molecular.

Véase también: cap. 10