Una obra de arte fisicoquímica

Representación de una molécula de ADN. Ilustración por XVIVO Scientific Animation.

El ADN es una molécula, una más de entre todas las que nos constituyen física y químicamente. No obstante, situada en lo que podríamos considerar como el centro de control de cada una de nuestras células (el núcleo), presenta una serie de propiedades que claramente la diferencia de las demás. Entre ellas, una de las más importantes es la de servir como programa genético. El ADN es un sutil sistema de codificación de la información biológica. En última instancia, todo en nuestro cuerpo -desde la forma y posición de las células hasta el correcto funcionamiento de cada una de sus partes- depende del ADN. ¿Pero cómo se puede escribir dicha información en una molécula? ¿Cómo una mera molécula puede actuar a modo de un manual de instrucciones o un código de barras de la vida?

Para entenderlo es necesario hacer una breve mención a su composición. Así, esta extraordinaria molécula está formada por 4 tipos de pequeñas unidades o bloques estructurales, los nucleótidos, que se unen entre sí formando una larga cadena lineal. Descubiertos a inicios del siglo XX, se abrevian con las letras A, T, C y G, las cuales constituyen el abecedario genético. Conviene señalar, además, que el ADN no consta de una única cadena sino de dos, que giran de forma espiral la una alrededor de la otra, motivo por el que también se habla de Doble hélice. En este sistema las A se unen con las T de la otra cadena, mientras que las C se emparejan con las G, en lo que se conoce como complementariedad de bases, de tal forma que si tenemos la secuencia ATTGC, su complementaria sería TAACG. Este hecho propicia la otra de las grandes cualidades del ADN, que es la replicación de la molécula conservando el orden nucleotídico y, en consecuencia, conservando también la información genética de una generación a la siguiente. Las letras presentes en el ADN de una bacteria, una mariposa o una persona son idénticas y el modelo estructural y funcional es el mismo para todos los seres vivos del planeta. La diferencia fundamental entre las moléculas de ADN de unos y otros radica en el orden en el que esas letras se unen a lo largo de las cadenas.

Aunque se da el caso de que la mayoría de estas secuencias o frases de nuestro “libro genético” se repiten una y otra vez sin ser traducidas, otras -como pasa con los famosos genes- pueden ser traducidas a un idioma o alfabeto químico diferente: el de los aminoácidos (de los que hay 22 tipos diferentes). Dichos aminoácidos son unidades o bloques estructurales que al unirse los unos con los otros dan lugar a las proteínas, las cuales -directa o indirectamente- son responsables de gran parte de nuestra constitución. Tras varios experimentos exhaustivos llevados a cabo en la década de los 60, se terminó encontrando la correspondencia entre las palabras de uno y otro idioma y fue entonces cuando se vio que cada aminoácido venía determinado por la combinación de 3 nucleótidos concretos. Aquellos investigadores, entre los que se encontraba Severo Ochoa, acababan de descubrir cómo se escribía la información genética. Las palabras del ADN estaban formadas por 3 letras. Así, por ejemplo, el aminoácido Arginina viene determinado por las palabras CGU, CGC, CGA y CGG, mientras que el aminoácido Alanina viene determinado por las palabras GCU, GCC, GCA y GCG, de tal forma que la secuencia genética CGUGCAGCGCGG se correspondería con la secuencia de aminoácidos Arginina-Alanina-Alanina-Arginina.

Centrándonos un poco más en el tema de las secuencias de ADN, después de que a inicios del actual siglo el Proyecto Genoma Humano hiciera públicos sus resultados, gran parte de la comunidad científica se sorprendió al ver que no sólo no presentábamos más genes que cualquier otra especie, sino que existían organismos relativamente simples, como el arroz o el maíz, que tenían varios miles de genes más que nosotros. Hoy en día sabemos que a la hora de determinar la complejidad de un organismo, más importante que el número de genes es el cómo éstos se editan y expresan en proteínas. Esto explica por qué los organismos más complejos, desde un punto de vista evolutivo-conductual, se caracterizan por presentar genomas con pocos genes pero con muchísimas secuencias reguladoras.

Portadas de Science y Nature en Febrero de 2001, sobre el logro de la secuenciación del Genoma humano.

De estos estudios de secuenciación también pudimos comprobar que el grado de coincidencia entre las secuencias de ADN de un ratón y un humano era del 88% (por término medio sólo 12 de cada 100 nucleótidos eran distintos), con el del chimpancé el grado de coincidencia ascendía a más del 97 % y al hacer la comparación con otro genoma humano salía un resultado de más del 99,9%. Es decir, a pesar de la infinidad de posibles combinaciones de los cuatro nucleótidos en el ADN, existía un patrón que se mantenía en todos los seres vivos, siendo éste más similar entre las especies más emparentadas evolutivamente, algo que se sumaba a otras evidencias acerca del origen común de la vida en este planeta. Pero si esto es así, ¿por qué no somos idénticas las personas? o ¿por qué tantas diferencias entre las especies, incluso entre las del mismo género? La respuesta es que en los genes, que suelen estar constituídos por varios miles de letras, la acumulación de pequeñas diferencias nucleotídicas individuales puede tener un efecto importante en el tipo de proteínas que se origine tras la traducción. Esto explica, junto a la influencia ambiental, muchas de las pequeñas variaciones morfológicas y fisiológicas fácilmente reconocibles.

Tiempo después del descubrimiento de la estructura del ADN, Salvador Dalí llegó a afirmar que la doble hélice era para él una prueba irrefutable de la existencia de Dios. Desde mi humilde punto de vista, aún cuando no deja de impresionarme la armonía estructural y funcional de esta molécula, continúo sin tener motivos para dejar de mantener una postura agnóstica. Y es que mientras la curiosa estructura se puede entender mediante aproximaciones termodinámicas, las secuencias de información almacenadas son el simple fruto de la acción de la selección natural y otros agentes evolutivos como la mutación y la deriva genética durante millones de años. Sin embargo, de lo que estoy seguro, y ahí posiblemente sí coincidiría con el maestro Dalí, es que dentro de cada una de los miles de millones de células de nuestro cuerpo presentamos una verdadera obra de arte fisicoquímica.

Referencias:

Alberts, B. (2014). Molecular biology of the cell. New York, NY: Garland Science Taylor & Francis.

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