Genética: Notas breves sobre genes y enzimas

Lea este artículo para aprender sobre la genética: notas breves sobre genes y enzimas

Archibald Garrod (1902) fue el primero en insinuar que los genes operan a través de enzimas. Estudió varios trastornos humanos heredados y descubrió que son errores innatos del metabolismo o la falla de la maquinaria metabólica del organismo para realizar una función particular debido a la formación de enzimas defectuosas asociadas con la herencia de genes defectuosos.

Imagen cortesía: ninds.nih.gov/img/genes_brain8.jpg

Garrod (1902) estudió la alcaptonuria, que es un trastorno genético o enfermedad de seres humanos caracterizada por el color marrón o negro de la orina expuesta. Llegó a la conclusión a través de un análisis genealógico de que la enfermedad fue causada por la herencia de un par de genes recesivos. El ácido alcalino o homogentísico se produce en seres humanos debido al no metabolismo de la tirosina. Normalmente, una enzima oxidasa cataboliza la producción de CO2 y H2O . En las personas que padecen de alcaptonuria, la enzima oxidasa (alcalina oxidasa) está ausente.

Como resultado, el ácido homo-gentísico o el alcapón se acumula en el cuerpo. Parte de ella se excreta en la orina. En reposo, el ácido se oxida para formar un producto negro pardo similar a la melanina. El álcali o el jabón intensifican el efecto de oscurecimiento. El producto negro pardo también se acumula en el cuerpo en el tejido conectivo y el cartílago.

Cambia el ojo blanco, nariz y orejas a gris o azul negro. Debido a la deposición continua de alcapton en el tejido conectivo, se desarrolla un tipo de artritis en años posteriores. El hombro, la cadera y la columna vertebral están particularmente afectados. El pigmento también puede depositarse en las arterias y válvulas cardíacas causando su funcionamiento.

Hipótesis de un enzima de un gen:

Es una hipótesis formulada por Beadle y Tatum (1948) que establece que un gen controla un rasgo estructural o funcional a través del control de la síntesis de una proteína o enzima específica formada por este último. Llegaron a esta conclusión a través de las siguientes observaciones, (a) Beadle y sus colaboradores encontraron que el color de ojos rojos de Drosophila melanogaster está controlado por dos genes y es causado por la mezcla de pigmentos marrón y bermellón. Se puede hacer que una pieza de larva destinada a formar un ojo bermellón produzca un color de ojos rojos si se coloca en la cavidad corporal de la larva que tiene ojos rojos porque esta última proporciona su enzima para el color marrón del que carece el trasplante, (b) En 1944, Beadle y Tatum irradiaron Neurospora crassa con rayos X y obtuvieron una serie de mutantes nutricionales llamados auxótrofos.

Un auxótrofo o mutante nutricional es aquel mutante que no puede preparar sus propios metabolitos a partir de las materias primas obtenidas del exterior. Por lo tanto, no puede vivir en un entorno natural, pero se puede mantener en cultivo proporcionando los metabolitos necesarios. El tipo salvaje se llama prototrofo. Un protótrofo o tipo salvaje es el individuo normal que puede sintetizar todos los metabolitos complejos requeridos para su crecimiento a partir de materias primas obtenidas del exterior. Puede crecer en el laboratorio en un medio mínimo que consiste en amoníaco, azúcar, sales y biotina.

Beadle y Tatum (Fig. 6.15) encontraron tres tipos de auxótrofos que requerían los aminoácidos ornitina, citrulina y arginina. Se encontró que los protótrofos tenían aminoácidos arginina en su cuerpo. Obviamente se ha sintetizado a partir de amoníaco y azúcar del medio mínimo.

Auxotroph requiere ornitina para su crecimiento no contiene arginina y muere debido a la deficiencia de proteínas. Cuando se suministra con ornitina, se encuentra que posee arginina. Auxotroph que requiere citrulina posee ornitina pero no arginina. Cuando se suministra citrulina, el auxótrofo viene a tener arginina. El mutante nutricional que requiere arginina contiene tanto ornitina como citrulina. Parece que la arginina se sintetiza a partir de amoníaco y azúcar del medio mínimo a través de al menos tres pasos, cada uno de los cuales requiere su propia enzima.

Beadle y Tatum razonaron que las enzimas defectuosas se deben a genes defectuosos o mutantes. Por lo tanto, los genes expresan su efecto controlando la síntesis de enzimas. En 1948, Beadle y Tatum propusieron que un gen controla la síntesis de una enzima. Fueron galardonados con el Premio Nobel por este trabajo en 1958. Así, Beadle y Tatum fundaron la nueva ciencia de la genética bioquímica.

Hipótesis de un polipéptido de un gen:

Una hipótesis de un gen y una enzima tiene algunos defectos:

(i) Todos los genes no producen enzimas o sus componentes. Algunos de ellos controlan otros genes,

(ii) Las enzimas son generalmente de naturaleza proteica pero todas las proteínas no son enzimas,

(iii) Algunos ARN también exhiben actividad enzimática,

(iv) Una molécula de proteína o enzima puede consistir en uno o más tipos de polipéptidos. Yanofsky et al (1965) encontraron que la enzima triptófano sintetasa de la bacteria Escherichia coli consiste en dos polipéptidos separados, A y B. El polipéptido A es de tipo α mientras que el polipéptido В es de tipo β.

La síntesis de los dos polipéptidos está controlada por diferentes genes, trp A y trp B. Un cambio en cualquiera de los dos genes provoca la inactivación de la sintetasa de triptófano a través de la no síntesis del polipéptido α o β. La inactivación de la enzima detiene la síntesis de triptófano a partir de indol 3-glicerol fosfato y serina. Una situación similar se encuentra en el caso de la formación de la molécula de hemoglobina.

La hemoglobina consiste en cuatro polipéptidos, 2α y 2β. La síntesis de los dos tipos de polipéptidos está controlada por dos genes diferentes situados en cromosomas diferentes. Por lo tanto, una hipótesis de un gen y una enzima se cambió a una hipótesis de un gen y un polipéptido. La hipótesis establece que un gen estructural especifica la síntesis de un solo polipéptido.