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El experimento de Nirenberg y Matthaei fue un experimento científico realizado en mayo de 1961 por Marshall W. Nirenberg y su becario postdoctoral, J. Heinrich Matthaei en los Institutos Nacionales de Salud (NIH). El experimento descifró el primero de los 64 tripletes codones en el código genético mediante el uso de homopolímeros de ácido nucleico para traducir aminoácidos específicos .

En el experimento, se preparó un extracto de células bacterianas que podría producir proteínas incluso cuando no había presentes células vivas intactas . La adición a este extracto de una forma artificial de ARN que consiste enteramente en nucleótidos que contienen uracilo ( ácido poliuridílico o poli-U), hizo que produjera una proteína compuesta enteramente por el aminoácido fenilalanina . Este experimento descifró el primer codón del código genético y mostró que el ARN controlaba la producción de tipos específicos de proteínas.

Antecedentes [ editar ]

Los descubrimientos de Frederick Griffith y mejorados por Oswald Avery descubrieron que la sustancia responsable de producir cambios hereditarios en las bacterias causantes de enfermedades ( Streptococcus pneumoniae) no era ni una proteína ni un lípido, sino ácido desoxirribonucleico ( ADN ). En 1944, él y sus colegas Colin MacLeod y Maclyn McCarty sugirieron que el ADN era responsable de la transferencia de información genética. Más tarde, Erwin Chargaff (1950) descubrió que la composición del ADN difiere de una especie a otra. Estos experimentos ayudaron a allanar el camino para el descubrimiento de la estructura del ADN. En 1953, con la ayuda de Maurice Wilkins yLa cristalografía de rayos X de Rosalind Franklin , James Watson y Francis Crick propusieron que el ADN está estructurado como una doble hélice . [1]

En la década de 1960, uno de los principales misterios del ADN que los científicos necesitaban averiguar era el número de bases encontradas en cada palabra de código, o codón , durante la transcripción . Los científicos sabían que había un total de cuatro bases ( guanina , citosina , adenina y timina ). También sabían que eran 20 aminoácidos conocidos . George Gamowsugirió que el código genético estaba formado por tres nucleótidos por aminoácido. Razonó que debido a que hay 20 aminoácidos y solo cuatro bases, las unidades de codificación no pueden ser simples (4 combinaciones) o pares (solo 16 combinaciones). Más bien, pensó que los trillizos (64 combinaciones posibles) eran la unidad codificadora del código genético. Sin embargo, propuso que los trillizos estaban superpuestos y no degenerados [2] (más tarde explicado por Crick en su concepto Wobble ).

Seymour Benzer, a finales de la década de 1950, había desarrollado un ensayo utilizando mutaciones de fagos que proporcionó el primer mapa detallado estructurado linealmente de una región genética. Crick sintió que podía usar la mutagénesis y la recombinación genética del fago para delinear aún más la naturaleza del código genético. [3] En Crick, Brenner et al. Experimento , utilizando estos fagos, se confirmó la naturaleza triplete del código genético. Utilizaron mutaciones de desplazamiento de marco y un proceso llamado reversiones , para agregar y eliminar varios números de nucleótidos. [4]Cuando se añadió o eliminó un triplete de nucleótidos a la secuencia de ADN, la proteína codificada se vio muy afectada. Por lo tanto, llegaron a la conclusión de que el código genético no es un código triplete porque provocó un cambio de marco en el marco de lectura. [5] Concluyeron correctamente que el código está degenerado (múltiples tripletes pueden corresponder a un solo aminoácido) y que cada secuencia de nucleótidos se lee desde un punto de partida específico. [6]

Trabajo experimental [ editar ]

Uno de los cuadernos de laboratorio de Nirenberg

Para descifrar este misterio biológico, Nirenberg y Matthaei necesitaban un sistema libre de células que pudiera convertir los aminoácidos en proteínas. Siguiendo el trabajo de Alfred Tissieres y después de algunos intentos fallidos, crearon un sistema estable al romper las células de la bacteria E. coli y liberar el contenido del citoplasma. [7] Esto les permitió sintetizar proteínas, pero solo cuando se agregó el tipo correcto de ARN, lo que permitió a Nirenberg y Matthaei controlar el experimento. Crearon moléculas de ARN sintético fuera de la bacteria e introdujeron este ARN en la E. coli.sistema. Los experimentos utilizaron mezclas con los 20 aminoácidos. Para cada experimento individual, 19 aminoácidos estaban "fríos" (no radiactivos) y uno estaba "caliente" (marcado radiactivamente con 14 C para que pudieran detectar el aminoácido marcado más tarde). Variaron el aminoácido "caliente" en cada ronda del experimento, buscando determinar qué aminoácidos se incorporarían a una proteína después de la adición de un tipo particular de ARN sintético.

Los primeros experimentos clave se realizaron con poli-U (ARN sintético compuesto solo de bases de uridina, proporcionado por Leon Heppel y Maxine Singer [8] ). A las 3 am del 27 de mayo de 1961, Matthaei usó fenilalanina como el aminoácido "caliente". Después de una hora, el tubo de control (sin poli-U) mostró un nivel de fondo de 70 recuentos, mientras que el tubo con poli-U añadido mostró 38.000 recuentos por miligramo de proteína. [9] [8] Experimentos posteriores demostraron que los 19 aminoácidos "fríos" no eran necesarios y que el producto proteico tenía las características bioquímicas de la polifenilalanina, [8] [10]demostrando que una cadena de bases de uracilo repetidas producía una cadena de proteína hecha únicamente del aminoácido repetido fenilalanina. Si bien el experimento no determinó el número de bases por codón, fue consistente con el codón triplete UUU que codifica fenilalanina.

En experimentos análogos con otros ARN sintéticos, encontraron que poli-C dirigía la síntesis de poliprolina. Nirenberg relata que los laboratorios de Severo Ochoa y James Watson habían realizado anteriormente experimentos similares con poli-A, pero no pudieron detectar la síntesis de proteínas porque la polilisina (a diferencia de la mayoría de las proteínas) es soluble en ácido tricloroacético . Además, utilizando ARN sintéticos que incorporaron aleatoriamente dos bases en diferentes proporciones, produjeron proteínas que contenían más de un tipo de aminoácido, a partir de las cuales podían deducir la naturaleza triplete del código genético y reducir las posibilidades de codones para otros aminoácidos. [10] El grupo de Nirenberg finalmente decodificó todos los codones de aminoácidos en 1966, [6]sin embargo, esto requirió métodos experimentales ingeniosos adicionales (ver el experimento de Nirenberg y Leder ).

Recepción y legado [ editar ]

En agosto de 1961, en el Congreso Internacional de Bioquímica en Moscú, Nirenberg presentó los experimentos de poli-U, primero a un pequeño grupo, pero luego a instancias de Francis Crick , nuevamente a unos mil asistentes. El trabajo fue recibido con mucho entusiasmo y Nirenberg se hizo famoso de la noche a la mañana. [11] [10] El artículo que describe el trabajo se publicó el mismo mes. [8]

El experimento marcó el comienzo de una carrera furiosa para descifrar completamente el código genético. La principal competencia de Nirenberg fue el estimado bioquímico Severo Ochoa. El Dr. Ochoa y el Dr. Arthur Kornberg compartieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1959 por su anterior "descubrimiento de los mecanismos en la síntesis biológica de ácido ribonucleico y ácido desoxirribonucleico". Sin embargo, muchos colegas de los Institutos Nacionales de Salud (NIH) apoyaron a Nirenberg, conscientes de que podría llevar al primer premio Nobel otorgado por un científico intramuros de los NIH. DeWitt Stetten Jr. , el director de los NIH que contrató por primera vez a Nirenberg, calificó este período de colaboración como "el mejor momento de los NIH". [9] [12] [13]

De hecho, "por su descubrimiento de los mecanismos en la síntesis biológica de ácido ribonucleico y ácido desoxirribonucleico", Marshall W. Nirenberg, Robert W. Holley y Har Gobind Khorana fueron galardonados con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de 1968 . [14] Trabajando de forma independiente, el Dr. Holley (Universidad de Cornell) había descubierto la estructura química exacta del ARN de transferencia, y el Dr. Khorana (Universidad de Wisconsin en Madison) había dominado la síntesis de ácidos nucleicos. [15] El Dr. Nirenberg mostró, excluyendo los codones sin sentido, que cada combinación de un triplete (es decir, un codón) compuesto de cuatro bases diferentes que contienen nitrógeno que se encuentran en el ADN y en el ARN produce un aminoácido específico. [15]

El New York Times dijo sobre el descubrimiento de Nirenberg que "la ciencia de la biología ha alcanzado una nueva frontera", lo que lleva a "una revolución mucho mayor en su significado potencial que la bomba atómica o de hidrógeno". La mayoría de la comunidad científica vio estos experimentos como muy importantes y beneficiosos. Sin embargo, hubo algunos que estaban preocupados por la nueva área de la genética molecular . Por ejemplo, Arne Tiselius , premio Nobel de Química de 1948, afirmó que el conocimiento del código genético podría "conducir a métodos de alterar la vida, de crear nuevas enfermedades, de controlar las mentes, de influir en la herencia, incluso quizás en ciertas direcciones deseadas". " [dieciséis]

Además del Premio Nobel, el Dr. Nirenberg ha recibido el Premio de Biología Molecular de la Academia Nacional de Ciencias y el Premio de Ciencias Biológicas de la Academia de Ciencias de Washington (1962), el Premio Paul Lewis de la Sociedad Química Estadounidense (1963), la Medalla del Departamento de Salud, Educación y Bienestar, junto con el Premio Harrison Howe de la American Chemical Society of USA, en América (1864). [15]

Ver también [ editar ]

  • Crick, Brenner y col. experimentar
  • Experimento de Nirenberg y Leder
  • Experimento de Nirenberg y Khorana

Referencias [ editar ]

  1. ^ Russell P. (2010). iGenetics: A Molecular Approach, 3ª edición . Pearson / Benjamin Cummings.
  2. ^ Leavitt, Sarah A. (2004). "Descifrando el código genético: Marshall Nirenberg. La locura de la codificación" . Museo Stetten, Oficina de Historia de los NIH. Archivado desde el original el 9 de febrero de 2020 . Consultado el 5 de octubre de 2009 .
  3. ^ Yanofsky C. (2007). "Establecimiento de la naturaleza triplete del código genético" (PDF) . Celular . 128 (5): 815–818. doi : 10.1016 / j.cell.2007.02.029 . PMID 17350564 . Consultado el 24 de enero de 2018 .  
  4. ^ Crick FH , Barnett L , Brenner S , Watts-Tobin RJ (diciembre de 1961). "Naturaleza general del código genético de las proteínas" (PDF) . Naturaleza . 192 (4809): 1227–32. Código Bibliográfico : 1961Natur.192.1227C . doi : 10.1038 / 1921227a0 . PMID 13882203 .  CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  5. ^ Matthaei, HJ, Jones, OW, Martin, RG y Nirenberg, MW Vol. 48 No. 4 (1962). "Características y composición de las unidades de codificación de ARN" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 48 (4): 666–677. Código Bib : 1962PNAS ... 48..666M . doi : 10.1073 / pnas.48.4.666 . PMC 220831 . PMID 14471390 .  CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  6. ↑ a b Judson H. (1996). El octavo día de la creación: creadores de la revolución en biología . Cold Spring Harbor: Prensa de laboratorio de Cold Spring Harbor.
  7. ^ Matthaei H. y Nirenberg (1962). "Características y estabilización de la síntesis de proteínas sensibles a la ADNasa en extractos de E. coli " . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 47 (10): 1580-1588. Código bibliográfico : 1961PNAS ... 47.1580M . doi : 10.1073 / pnas.47.10.1580 . PMC 223177 . PMID 14471391 .  
  8. ↑ a b c d Nirenberg, MW y Matthaei, HJ (1961). "La dependencia de la síntesis de proteínas libres de células en E. coli sobre polirribonucleótidos sintéticos o naturales" . Actas de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos de América . 47 (10): 1588–1602. Código bibliográfico : 1961PNAS ... 47.1588N . doi : 10.1073 / pnas.47.10.1588 . PMC 223178 . PMID 14479932 .  
  9. ↑ a b Leavitt, Sarah A. (2004). "Descifrando el código genético: Marshall Nirenberg. El experimento Poly-U" . Museo Stetten, Oficina de Historia de los NIH. Archivado desde el original el 9 de febrero de 2020 . Consultado el 9 de abril de 2020 .
  10. ↑ a b c Nirenberg, Marshall (2004). "Revisión histórica: descifrar el código genético - una cuenta personal". Tendencias en Ciencias Bioquímicas . 29 (1): 46–54. doi : 10.1016 / j.tibs.2003.11.009 .
  11. ^ Cuota, E. (2000). "Perfiles en la ciencia: los documentos de Marshall W. Nirenberg. ARN sintético y los experimentos de Poly-U, 1959-1962" . Biblioteca Nacional de Medicina. Archivado desde el original el 10 de abril de 2020 . Consultado el 9 de abril de 2020 .
  12. ^ Davies K. (2001). Rompiendo el genoma: Dentro de la carrera para desbloquear el ADN humano . Nueva York: The Free Press.
  13. ^ "El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 1959" . NobelPrize.org . Consultado el 16 de octubre de 2020 .
  14. ^ "El Premio Nobel de Fisiología o Medicina 1968" . NobelPrize.org . Consultado el 16 de octubre de 2020 .
  15. ^ a b c Champú, Marc A .; Kyle, Robert A. (2004). "Sello de viñeta en ciencia médica: Marshall W. Nirenberg, premio Nobel de fisiología o medicina" . Actas de Mayo Clinic . 79 : 449 - a través de la Fundación Mayo para la Educación e Investigación Médica.
  16. ^ Cuota, E. (2000). "Perfiles en ciencia: los documentos de Marshall W. Nirenberg. Reacción pública" . Biblioteca Nacional de Medicina. Archivado desde el original el 9 de abril de 2020 . Consultado el 9 de abril de 2020 .

Enlaces externos [ editar ]

  • Descifrando el código genético: Marshall Nirenberg - Oficina de Historia de los NIH