LA SUSTANCIA DEL CROMOSOMA

La composición química de los tejidos vivos es un problema que ha preocupado a los químicos desde hace un siglo y medio, y cuyo esbozo general se trazó hacia mediados del siglo XIX.

El ingrediente principal de todo tejido vivo es, desde luego, el agua —esa misma agua que existe en todo el mundo que nos rodea—. Los restantes ingredientes, empero, son composiciones muy distintas de las sustancias comunes al mundo inanimado.

Las sustancias de tierra, mar y aire son estables, resistentes al calor y, la mayoría, ininflamables. Las sustancias aisladas de tejidos vivos, por el contrario, se destruyen fácilmente por el calor. Todas son más o menos inflamables y, aunque se calienten sin aire para que no puedan arder, también se descomponen. En este caso emiten vapores y cambian permanentemente de una u otra forma.

Por ello, ya en 1807, a las sustancias aisladas de tejidos vivos (o que lo hubieran estado) se les dio una clasificación propia y se las llamó sustancias orgánicas, ya que habían sido obtenidas de organismos. Las materias obtenidas del mundo inanimado, naturalmente, fueron clasificadas de sustancias inorgánicas.

Hacia 1820 ya era habitual dividir las sustancias orgánicas en tres amplios grupos: carbohidratos, lípidos y proteínas. Entre los carbohidratos más conocidos están el azúcar y el almidón; entre los lípidos, el aceite de oliva y la mantequilla y, entre las proteínas, la gelatina y la clara de huevo cuajada.

A mediados del siglo XIX, parecía indudable que, de las tres sustancias, las proteínas eran la de estructura más complicada y función más importante. En realidad, el mismo nombre de «proteína» se deriva de una palabra griega que significa «de importancia primordial».

La complejidad de la estructura de las proteínas se refleja en la fragilidad de la sustancia. (Aunque no siempre ocurra así, uno espera que el castillo de naipes alto y complicado se desmorone más fácilmente que el pequeño).

Los carbohidratos y los lípidos resisten tratamientos que las proteínas no soportan, por lo menos, sin perder la facultad de actuar como tal. Por ejemplo, en una solución, la mayoría de las proteínas cambian constantemente al ser expuestas a un calor suave: la proteína se hace insoluble y no puede seguir desempeñando su función natural. Queda desnaturalizada.

Una pequeña cantidad de ácido puede desnaturalizar una proteína; puede hacerlo, por ejemplo, un toque de una solución alcalina. O, también, las fuertes soluciones salinas y la radiación. A falta de todos estos factores, la simple agitación de una solución proteínica formando espuma puede bastar para desnaturalizarla.

En realidad, las proteínas parecen ser la materia misma de la vida; tan frágiles y delicadas como un ser viviente. Todos los cambios ambientales que anulan la función de la proteína perjudican al organismo e incluso pueden destruir su vida. La vulnerabilidad de un organismo, comparada con la de una piedra, por ejemplo, no es sino una sombra de la vulnerabilidad de la proteína que lo compone.

Por lo tanto, no fue una sorpresa para los bioquímicos el descubrir que la naturaleza de los cromosomas es eminentemente proteínica. Al parecer, no podían ser otra cosa. ¿Qué otra cosa que no fuera el compuesto «de importancia primordial» podía constituir los cromosomas que son lo que determina la herencia del organismo?

Pero resulta que los cromosomas no son puramente proteína, ni toda la proteína es «puramente» proteína. Algunas lo son, ya que ninguna parte de su sustancia difiere aparentemente de otras partes. La proteína de la clara de huevo es un ejemplo de éstas; es una proteína simple.

Por otra parte, la hemoglobina, la proteína de la sangre que lleva el oxígeno de los pulmones a todo el cuerpo, no es una proteína simple; se divide en dos sustancias, heme y globin. Esta última es una proteína simple, mientras que la primera no es proteína sino una sustancia férrica que no posee ninguna de las propiedades que corrientemente se asocian con la proteína. La hemoglobina es, pues, una proteína conjugada.

«Conjugada» es un término derivado de una palabra latina que significa «unida a».

Otras proteínas conjugadas unen, a la parte de proteína simple de su composición, varios tipos de carbohidratos, lípidos, pigmentos, metales no férricos, etcétera. La proteína de los cromosomas es una proteína conjugada; pero su parte no proteínica no es ninguna de las sustancias que he mencionado, sino una sustancia bastante extraña que fue descubierta hace un siglo.

En 1869, un joven químico alemán llamado Friedrich Miescher aisló del tejido una sustancia que resultó no ser ni carbohidrato, ni lípido, ni proteína. Por haberla obtenido del núcleo de la célula, Miescher la llamó nucleína. Con el tiempo, se demostró que la sustancia poseía propiedades de ácido, por lo que pasó a ser denominada ácido nucleico.

Al fin se comprobó que esta sustancia estaba unida a la proteína de los cromosomas, por lo que a la sustancia de los cromosomas se le dio el nombre de nucleoproteína.

Pasó el tiempo. Durante el primer tercio del siglo XX, los bioquímicos se dedicaron al estudio de los virus, entidades causantes de enfermedades y tan pequeños que no podían ser vistos por el microscopio. En 1935, el bioquímico norteamericano Wendell M. Stanley aisló el virus del mosaico del tabaco (causante de una enfermedad de las hojas del tabaco) en forma de cristales^[2]. Aquellos cristales resultaron tener naturaleza de proteínas.

El virus no estaba compuesto de células sino que era un fragmento no mayor que un cromosoma. Al igual que un cromosoma, el virus tenía la facultad de reproducirse una vez se introducía en la célula. Y, además de esta similitud funcional, poseía también una similitud química, según se descubriría pronto.

Luego resultó que el virus del mosaico del tabaco no era sólo proteína. También contenía ácido nucleico, por lo que era una nucleoproteína. Desde entonces se han aislado y analizado otros muchos virus y todos ellos sin excepción han resultado ser nucleoproteínas.

En 1940, esto ofrecía a los bioquímicos un panorama claro. (Se había descubierto que existían dos tipos de entidades que se reproducían: los cromosomas que se encontraban en el interior de la célula y los virus que la invadían desde el exterior. ¡Y las dos eran nucleoproteínas!).

La respuesta al problema de la genética, reducida a términos químicos, consistía, pues, en la naturaleza y estructura de la nucleoproteína.

VARIEDAD

Sin embargo, para los químicos de 1940, el problema de la proteína tenía precedencia sobre el de la nucleoproteína. La experiencia había demostrado que la estructura de las partes no proteínicas de la sustancia era relativamente simple. Lo que contaba era la parte de proteína.

Las proteínas no eran puramente complejas y delicadas; existían en una enorme variedad de formas. Esto hacía que el tema de la estructura de la proteína fuera a un tiempo fascinante e imponente.

Para darles una idea de lo que quiero decir, permitan que haga un esbozo de esta variedad.

En el cuerpo humano se producen constantemente miles de reacciones químicas, cuyo número no puede calcularse todavía. De todos modos, basta pensar que todas las complejas sustancias de los alimentos deben descomponerse primeramente en pequeños fragmentos que después han de ser absorbidos y mezclados en nuevas complejas sustancias aptas para el ser humano. Algunos de los alimentos ingeridos deben descomponerse para producir energía y los restos, eliminarse. Las sustancias especiales que necesita el cuerpo deben obtenerse de otras sustancias existentes en los alimentos, y cada una de las transformaciones parece producirse por medio de docenas de etapas interrelacionadas.

Casi ninguna de las reacciones químicas que con tanta facilidad se efectúan en el cuerpo puede producirse en una probeta, por más que los materiales aislados se mantengan a la temperatura del cuerpo. Para producir estas reacciones, tenemos que agregar algo que se extrae de los tejidos vivos (o que haya estado en ellos). Este «algo» es una enzima.

Una enzima es un catalizador, es decir una sustancia que, utilizada en pequeñas cantidades, hace que una reacción química se produzca con mayor rapidez y sin que el catalizador en sí quede permanentemente alterado durante el proceso. Esto lo consigue la enzima al suministrar una superficie sobre la que las sustancias puedan reaccionar con un menor aporte de energía y, por lo tanto, con mucha mayor rapidez.

Es un asunto complicado, pero, con una simple analogía, podrán ver lo que quiero decir. Un ladrillo colocado en un tablón inclinado no resbalará a pesar de la atracción de la gravedad porque la fricción lo mantendrá fijo. Hay que empujarlo para que se mueva; es decir, aplicar energía. Una vez empiece a moverse puede deslizarse hasta el final o quedarse atascado. Ahora bien, supongamos que la superficie del tablón y la del ladrillo están cubiertas de una fina y dura capa de cera suave. En estas condiciones, el ladrillo se deslizará por efecto de la atracción de la gravedad, sin que nadie lo empuje, y se deslizará con mayor rapidez. Pues bien, la enzima hace las veces de la cera.

Cada una de las miles de reacciones que se producen en el cuerpo es catalizada por una enzima específica y no es siempre la misma enzima, no vayan ustedes a creer, sino una distinta en cada caso. Cada reacción tiene su propia enzima; y cada enzima es una proteína, una proteína diferente.

El ser humano no es el único organismo que posee miles de enzimas: también las tienen todas las demás criaturas.

Muchas de las reacciones que se producen en las células humanas ocurren también en las de otras criaturas. Desde luego, algunas de las reacciones son universales, pues tienen lugar en todos los tipos de células. Esto significa que una enzima capaz de catalizar una reacción determinada puede darse en las células de lobos, pulpos, musgo y bacterias y también en las nuestras. Y, a pesar de todo, cada una de estas enzimas, aunque todas ellas aptas para catalizar una reacción determinada, es característica de su propia especie. Cada una de ellas puede distinguirse de las demás.

De ello se deduce que cada especie de criatura tiene miles de enzimas y que todas esas enzimas pueden ser diferentes. Dado que existen más de un millón de especies diferentes en la Tierra, es posible —a juzgar sólo por las enzimas— que existan miles de millones de proteínas diferentes.

MAYOR VARIEDAD

El potencial de variación de las proteínas puede ilustrarse de otro modo.

El cuerpo humano puede formar anticuerpos. Éstos son sustancias que reaccionan ante la invasión de microorganismos o ante las sustancias tóxicas producidas por ellos, neutralizando los efectos del microorganismo, o de su veneno, e inmunizándonos. Ésta es la manera en que el cuerpo combate una enfermedad como la viruela. Los anticuerpos formados contra el virus de la viruela subsisten en nuestro cuerpo o bien cualquier contacto futuro con el virus estimula su rápida producción (puesto que el cuerpo ya sabe la receta, por así decirlo) y nosotros quedamos inmunes a la viruela para siempre.

También, todos los que vivimos en ciudades estamos expuestos constantemente a la poliomielitis y otras enfermedades graves. La mayoría producimos anticuerpos que nos permiten evitarlas. Pero siempre hay alguien, menos afortunado, que sucumbe.

Producimos también anticuerpos, según convenga, contra sustancias esencialmente inofensivas que se hallan presentes en el polen, los alimentos o en otros lugares del ambiente. Cuando estamos expuestos a estas sustancias, se produce una reacción entre ellas y el anticuerpo que desencadena ciertos molestos síntomas, como estornudos, inflamación de la mucosa de la nariz y garganta, irritación de los ojos o de la piel, asma, etcétera. En este caso, decimos que somos alérgicos a esto o aquello.

Esta sensibilidad a unas sustancias específicas también puede cultivarse. Si se inyecta una sustancia determinada a un conejo, el animal producirá un anticuerpo contra ella. En el suero sanguíneo extraído del conejo se encontrará el anticuerpo, el cual reaccionará ante la sustancia contra la que el conejo está sensibilizado y contra ninguna otra.

Al parecer, no existe límite para el número de anticuerpos que pueden producirse. Cada bacteria, cada toxina bacteriana, cada cepa de virus, cada proteína (y algunas sustancias no proteínicas) que entra en la composición de los alimentos o de otros elementos, provoca la producción de un anticuerpo determinado que reacciona a ella y a nada más.

Un anticuerpo que combate una determinada cepa de virus no reaccionará a otra, aunque sólo sea ligeramente distinta y pertenezca al mismo virus. Ésta es la causa por la que no poseemos una inmunidad suficiente contra enfermedades tales como el resfriado común y la gripe. Producimos anticuerpos, sí, pero la próxima vez que estamos expuestos a la enfermedad se trata de una cepa diferente, por lo que nuestros anticuerpos resultan inútiles.

Resulta que cada anticuerpo es una proteína diferente. La diversidad de los anticuerpos, es, pues, otra prueba de la diversidad de las proteínas.

Pero en los organismos hay proteínas que no son ni enzimas ni anticuerpos y se podría suponer que éstas, por lo menos, constituyen un material tipo. Por ejemplo, ciertas proteínas forman importantes componentes estructurales de tejido conjuntivo o músculo. Las primeras son el colágeno y las últimas, la actomiosina^[3]. También está la hemoglobina, una proteína que ya hemos mencionado.

Sin embargo, también éstas difieren de una especie a otra. Por ejemplo, se puede producir anticuerpos contra componentes de la sangre humana que sólo reaccionarán a la sangre humana. (Así es como se identifica la sangre humana, aunque esté seca, sin confundirla con sangre de pollo, por ejemplo, cuando lo requiere un caso criminal).

A veces, un anticuerpo de la sangre de pollo reaccionará débilmente a la sangre de pato y uno de la sangre de perro, a la de lobo. Este ligero cruce de las reacciones es prueba de la afinidad del desarrollo evolutivo de las especies.

En resumen, cada especie tiene sus proteínas y enzimas características; las tiene cada individuo y las tiene también cada célula.

La palabra clave es «enzimas», pues cada organismo produce sus proteínas mediante una larga serie de reacciones que son catalizadas por enzimas. Si los organismos difieren en otras sustancias además de las proteínas, podemos afirmar que también esas sustancias se han fabricado mediante la actividad catalizadora de las correspondientes enzimas.

ENZIMAS EN DESORDEN

Una variación en el número de una sola de muchas enzimas puede producir cambios sorprendentes no sólo en las células que utilizan esa enzima, sino en todo el organismo.

Existe, por ejemplo, un pigmento negro pardusco formado por células de la piel en una serie de reacciones, cada una controlada por una enzima particular. Si esta enzima se da en cantidad, el pigmento se produce en abundancia y la piel es oscura, el cabello, negro y los ojos, castaños. Si una de estas enzimas se fabrica en menor cantidad, la producción de pigmento es baja y la piel del individuo es clara, el cabello, rubio y los ojos, azules. A veces, un individuo nace con la incapacidad de producir una enzima. En este caso, no se forma pigmento. La piel y el cabello son blancos y los ojos, color de rosa, pues, en ausencia de pigmento, los vasos sanguíneos se hacen visibles. Este individuo es albino.

Es decir, que lo que consideramos un rasgo hereditario (el color del pelo o de los ojos) o una mutación sorprendente (la aparición del albinismo) puede deberse no ya a la actividad de las células, sino a una variación en la cantidad de una sola de las enzimas que éstas contienen.

A veces no es tan fácil seguir el proceso de enzima a efecto final. La falta de una enzima o el desequilibrio de varias de ellas puede impedir que se produzca una reacción natural o provocar una reacción que normalmente no ocurre. No se forma una sustancia que debiera formarse o se forma en cantidad excesiva. En cualquier caso, ello afectará a su vez la labor de otras enzimas y éstas, a otras y así sucesivamente. Cualquier interferencia en la función de las enzimas, prácticamente en cualquier punto, causará una reacción en cadena de consecuencias imprevisibles.

Existe una enzima llamada fenilalaninasa que, excepcionalmente, puede estar ausente en el organismo humano. La reacción catalizada por la enzima es una de las que producen una de las materias primas que sirven para fabricar el pigmento negruzco (ya mencionado). Sin esta enzima, es difícil formar el pigmento y el individuo es rubio. Pero, además, por razones todavía desconocidas, el individuo que carece de esta enzima padece una afección llamada oligofrenia fenilpirúvica, que causa una grave deficiencia mental.

En muchos casos, las características de un organismo obedecen al equilibrio de las enzimas de la célula. Por lo que los bioquímicos han podido comprobar, parece razonable suponer que todas las características de un organismo no son sino la expresión visible del equilibrio enzimático.

Si pretendemos resolver el jeroglífico de la herencia, hemos de tratar de responder a dos preguntas fundamentales:

1. ¿Qué permite a la proteína formar tantas enzimas diferentes?

2. ¿Qué permite a los cromosomas provocar la formación de ciertas enzimas y no otras?

Para hallar la respuesta a estas preguntas, hemos de zambullimos en un mar de palabras, símbolos y fórmulas químicas. Tratar de averiguar los intrincados detalles de la genética sin este requisito sería como intentar seguir una película de la televisión sin la banda sonora. Uno puede hacerse una vaga idea de la acción pero no entender el argumento.