Biología - Eldra Solomon, Linda Berg, Diana Martin - 9 Edición-comprimido-317

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Expresión génica 283
Beadle y Tatum propusieron la hipótesis
un gen-una enzima
A principios de la década de 1940 se realizó un importante avance en 
la comprensión de la relación entre genes y enzimas, cuando los gene-
tistas norteamericanos George Beadle y Edward Tatum y sus asociados 
desarrollaron un nuevo enfoque al problema. Hasta ese momento, la 
mayoría de los esfuerzos se habían enfocado al estudio de los fenotipos 
conocidos, como el color de los ojos en la Drosophila o la pigmentación 
en las plantas, y en la determinación de qué reacciones bioquímicas los 
afectaba. Los investigadores encontraron que una serie de reacciones 
biosintéticas controla fenotipos específi cos, pero no fue claro si los genes 
mismos actuaban como enzimas o si ellos controlaban de alguna manera 
indirecta el funcionamiento de las enzimas.
Beadle y Tatum decidieron por un enfoque opuesto. En lugar de 
intentar identifi car las enzimas afectadas por genes individuales, analiza-
ron las mutaciones que interfi eren con reacciones metabólicas conocidas 
que producen moléculas esenciales, como aminoácidos y vitaminas. 
Por varias razones importantes eligieron como organismo experimen-
tal un hongo (moho), la Neurospora rosa-naranja del pan de molde. La 
Neurospora tipo silvestre es de fácil crecimiento en cultivos. (El adjetivo 
tipo silvestre se refi ere a un individuo con el fenotipo normal). La Neu-
rospora forma todas sus moléculas biológicas esenciales cuando se de-
sarrolla en un medio de crecimiento simple (medio mínimo) que sólo 
contiene azúcar, sales y la vitamina biotina. Sin embargo, una cepa de 
Neurospora mutante que no pueda elaborar una cierta sustancia como un 
aminoácido, puede continuar desarrollándose si esa sustancia se agrega 
al medio de crecimiento. 
La Neurospora también es un organismo experimental ideal porque 
inicialmente crece como un organismo haploide. La condición haploide 
le permite al investigador inmediatamente identifi car a un alelo mutante 
recesivo; no existe un cromosoma homólogo que pudiera portar un alelo 
dominante que enmascare su expresión.
Después de que Watson y Crick descubrieron la estructura del ADN, los 
investigadores seleccionaron las células bacterianas como los organis-
mos modelo para estos estudios porque crecen rápida y fácilmente, y 
además porque contienen la cantidad mínima de ADN necesaria para el 
crecimiento y la reproducción. Conforme los investigadores aprendie-
ron que todos los organismos tienen similitudes genéticas fundamen-
tales este método de análisis fue repetidamente confi rmado en cuanto 
a su validez y utilidad.
En este capítulo, se examina la evidencia acumulada durante 
la primera mitad del siglo xx que indica que la mayoría de los genes 
especifi can la estructura de proteínas. Entonces se considera cómo el 
ADN afecta al fenotipo del organismo a nivel molecular a través del 
proceso de expresión génica. La expresión génica implica una serie 
de pasos en los cuales la información en la secuencia de bases en el 
ADN especifi ca la composición de proteínas en la célula. Las proteínas 
afectan al fenotipo de alguna manera; esos efectos varían desde rasgos 
físicos rápidamente observables hasta sutiles cambios sólo detectables 
a nivel bioquímico. El primer paso importante de expresión génica es 
la transcripción, la síntesis de moléculas de ARN complementarias a las 
del ADN (vea la fotografía). El segundo paso importante es la traduc-
ción, en el cual el ARN se convierte en un molde o plantilla codifi cante 
para dirigir la síntesis de polipéptidos.
13.1 DESCUBRIMIENTO DE LA RELACIÓN 
GEN-PROTEÍNA
OBJETIVOS DE APRENDIZAJE
1 Resumir las primeras evidencias que indican que la mayoría de los genes 
especifi can la estructura de proteínas.
2 Describir los experimentos de Beadle y Tatum con la Neurospora.
La idea de que los genes y las proteínas están relacionados se originó a ini-
cios del siglo xx, un poco después de que los científi cos redescubrieron 
los principios de Mendel. En la primera edición de su libro, Inborn Errors 
of Metabolism (Errores congénitos del metabolismo)(1908), Archibald Ga-
rrod, médico y bioquímico, analizó una rara enfermedad genética llamada 
alcaptonuria, la que los científi cos supusieron que tenía un simple pa-
trón hereditario recesivo. La condición implica a la ruta metabólica que 
rompe el aminoácido tirosina, para fi nalmente convertirlo a dióxido de 
carbono y agua. Un intermediario en esta ruta, el ácido homogentísico, 
se acumula en la orina de la gente afectada, ennegreciéndola al contacto 
con el aire (FIGURA 13-1). Otros síntomas de la alcaptonuria incluye el 
posterior desarrollo de artritis y, en los hombres, piedras en la próstata.
En la época de Garrod, los científi cos tenían conocimientos sobre las 
enzimas pero no eran reconocidas como proteínas. Garrod supuso que 
a las personas con alcaptonuria les faltaba la enzima que normalmente 
oxida al ácido homogentísico. En 1923, antes de que se publicara la se-
gunda edición de su libro, los investigadores encontraron que la gente 
afectada sí carecía de la enzima oxidante del ácido homogentísico. Era co-
rrecta la hipótesis de Garrod: una mutación en este gen está asociada con 
la ausencia de una enzima específi ca. Un poco después, en 1926, el bio-
químico norteamericano James Sumner purifi có una enzima diferente, la 
ureasa, y demostró que era una proteína. Ésta fue la primera clara identi-
fi cación de una enzima como una proteína. En 1946, Sumner recibió el 
Premio Nobel de Química por ser el primero en cristalizar una enzima.
Enzima
funcional ausente
Condición enferma
ALCAPTONURIA 
El ácido homogentísico
excretado en la orina, se
torna negro cuando
se expone al aire
Enzima
funcional presente
Metabolismo normal
CO2 H2O
Ácido homogentísico
Maleilacetoacetato
Tirosina
FIGURA 13-1 Un “error congénito del metabolismo” 
Garrod propuso que la alcaptonuria era una enfermedad genética causada 
por la ausencia de la enzima oxidasa del ácido homogentísico, que normal-
mente convierte ácido homogentísico a maleilacetoacetato. Así, el ácido se 
acumula en la sangre y se excreta en la orina, que se ennegrece al contacto 
con el aire.
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	Parte 3 La continuidad de la vida: Genética 
	13 Expresión génica
	13.1 Descubrimiento de la relación gen-proteína
	Beadle y Tatum propusieron la hipótesis un gen-una enzima