genética

EL MATERIAL HEREDITARIO COMO PORTADOR DE LA INFORMACIÓN GENÉTICA

INTRODUCCIÓN. ARCHIBALD GARROD (1902). GENÉTICA BIOQUÍMICA

A partir de 1900, año en el que se redescubrieron los experimentos que Mendel había realizado en 1865, y hasta 1930 - 1940, se desarrolló la Genética de la transmisión en diferentes especies animales y vegetales. Durante este período se averiguó como se transmitían los genes o factores hereditarios, se encontraron excepciones a las Leyes de Mendel, se analizaron caracteres cualitativos y cuantitativos y se desarrollo la genética de poblaciones.

Una vez conocido cómo se transmitían los genes, se plantearon dos cuestiones importantes:

• ¿Qué molécula contenía la información genética?, es decir, ¿Quién es el material hereditario?.
• ¿Cómo funcionaban los genes?

La respuesta a la primera pregunta ya la hemos visto en los capítulos anteriores y se puede resumir diciendo que el material hereditario o los genes son ácidos nucleicos.

Resulta conveniente definir antes de continuar con la introducción dos términos ampliamente empleados en genética.

• Genotipo: constitución genética o alélica de una célula o individuo habitualmente referida a un gen o unos pocos genes y rara vez referida a todos los genes o al genoma completo.
• Fenotipo: se define como la forma o aspecto externo que tiene un determinado carácter o grupo de caracteres en un individuo.  El Fenotipo es, por consiguiente, la expresión externa del genotipo para un determinado gen o genes en un ambiente concreto.

Los caracteres o fenotipos que se venían analizando en los estudios genéticos durante estos años (desde 1900 a 1930-1940) estaban demasiado alejados del genotipo de los individuos, de manera que entre el fenotipo y el genotipo había una compleja serie de procesos metabólicos y fisiológicos. Por tal motivo, para responder a la segunda pregunta (¿Cómo funcionaban los genes?), fue necesario cambiar el tipo de caracteres que se estaban analizando y fijarse en características que estuvieran más cerca del genotipo. Como consecuencia se comenzaron a estudiar caracteres cuyo fenotipo fuera más fácilmente analizable en términos de procesos metabólicos y de reacciones químicas. De esta forma, nació la Genética Bioquímica o rama de la genética que estudia el control genético de las rutas metabólicas y reacciones químicas.

El primer caso conocido de una alteración en un gen que producía una alteración en una ruta metabólica fue descrito por un médico, Archibald Garrod en 1902. Se trataba de la enfermedad humana de la alcaptonuria que produce artritis acompañada de excreción de orina coloreada. Además, los cartílagos y huesos de estas personas se vuelven oscuros con el paso del tiempo debido a la acumulación de un pigmento derivado del ácido homogentísico (ocronosis).

Manchas oscuras en la esclerótica (Ocronosis)

Ácido homogentísico

Manchas de color azulado en las orejas (Ocronosis)

Esta enfermedad se debe a un gen recesivo situado en un autosoma que se hereda de forma mendeliana en las familias afectadas por dicha alteración. El genetista, Willian Bateson se dio cuenta de que la alcaptonuria solía detectarse con mayor frecuencia en los hijos de individuos emparentados (primos hermanos). La colaboración entre Garrod (médico) y Bateson Biólogo) condujo a determinar por primera vez que la alteración de un gen que se heredaba de forma mendeliana provocaba una alteración en una ruta metabólica, de manera, que los individuos con alcaptonuría tenían un paso metabólico bloqueado que producía la acumulación del ácido homogentísico o alcaptón en su orina. El ácido homogentísico acumulado en su orina se oscurecía al entrar en contacto con el aire y oxidarse. Garrod propuso que este paso metabólico alterado debía ser realizado por un enzima especial que no funcionaría en los individuos afectados o cuyo funcionamiento debía estar alterado. El paso metabólico bloqueado era la conversión del ácido homogentísico en ácido maleilacetoacético y la enzima encargada  de realizarlo es la Oxidasa del ácido homogentísico.

Archibald Garrod	William Bateson

A este tipo de alteraciones enzimáticas determinadas genéticamente Garrod las denominó "errores congénitos del metabolismo". A Garrod se le considera el fundador de la Genética Bioquímica. Willian Bateson ayudo a Garrod a realizar el análisis genético de otras tres alteraciones del metabolismo: albinismo, cistinuria y pentosuria.

En el siguiente esquema se pueden observar algunas de las alteraciones del metabolismo de la fenilalanina y las enzimas cuyo funcionamiento se ve alterado en cada caso.

Alteraciones del metabolismo de la fenilalanina. Paso bloqueado en la alcaptonuria.

Después de los trabajos de Garrod a principios del siglo XX, los primeros trabajos en Genética Bioquímica se realizaron estudiando los pigmentos responsables de la coloración de las flores y del color de ojos de los insectos. Seguidamente vamos a estudiar más detenidamente dos experimentos que condujeron a la determinación de la Hipótesis "un gen . una enzima".