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Quilo de Ciencia

El quilo, con “q” es el líquido formado en el duodeno (intestino delgado) por bilis, jugo pancreático y lípidos emulsionados resultado de la digestión de los alimentos ingeridos. En el podcast Quilo de Ciencia, realizado por el profesor Jorge Laborda, intentamos “digerir” para el oyente los kilos de ciencia que se generan cada semana y que se publican en las revistas especializadas de mayor impacto científico. Los temas son, por consiguiente variados, pero esperamos que siempre resulten interesantes, amenos, y, en todo caso, nunca indigestos.

Ministerio de Ciencia e Innovación

Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología

Universidad de Castilla - La Mancha

¿Por qué cuatro?

¿Por qué 4? - Quilo de Ciencia podcast

Hace poco hablaba en este podcast sobre la razón por la cual las proteínas están formadas por la unión de 20 aminoácidos, y no de 10, o de 40. Explicaba que 20 aminoácidos son el mínimo número que posee la diversidad química necesaria para conseguir la máxima versatilidad que requieren las proteínas. De este modo, la célula sólo necesita gastar energía para gestionar los componentes mínimos necesarios; no más, lo que sería un despilfarro; ni menos, lo que imposibilitaría la diversidad molecular necesaria para la vida.

Sorprendentemente, en ésta que llamo la era de la genómica molecular desmelenada, aún no he hablado aquí sobre por qué el ADN está formado por 4 nucleótidos, y no por 6, 8, ó por sólo 2. He consultado Internet sobre este asunto para descubrir, con gran sorpresa, que aparentemente nadie lo sabe aún a ciencia cierta. Evidentemente, en lo que sigue no voy a dar una respuesta definitiva, pero sí deseo compartir con el lector algunas ideas propias que podrían conducir a ella. Mi intención es espolear la curiosidad.

Tal vez comprender por qué el ADN utiliza cuatro nucleótidos parezca una cuestión banal, incluso absurda. Sin embargo, estoy convencido de que cuando encontramos la razón que explica algún aspecto del mundo que nos rodea, y del que también formamos parte, progresamos como seres humanos. Por ello, creo que encontrar preguntas para las que no tengamos respuesta, motivarnos para conseguirla y compartirla y debatirla con los demás es un intento de hacer avanzar a la humanidad entera. Ésta es una de ellas: ¿por qué se utilizan cuatro nucleótidos para codificar la información genética?

Longitud de las palabras y energía

La pregunta tiene su aquel, porque hoy todo está codificado mediante unos y ceros. Sólo dos números, o dos maneras de representarlos en la superficie de un CD, o en una memoria Flash, entre otros mecanismos informáticos, permiten codificar incluso la palabra de Dios en una larga ristra de ellos. ¿Por qué el ADN no hace lo mismo? ¿Sería posible un ADN con sólo dos letras, por ejemplo, la A (1) y la T (0), para codificar los 20 aminoácidos?

Quizá fuera posible, pero este ADN de sólo dos “letras” se encontraría con varios problemas a lo largo de la evolución. Veamos. Para codificar los 20 aminoácidos (ya hemos dicho que deben ser 20, y no menos) con sólo dos “letras”, el ADN necesitaría unidades de codificación, llamadas codones, de nada menos que cinco letras, en lugar de las tres actuales. Es decir, las “palabras” del ADN, las unidades de información, una para cada aminoácido, serían 66,66% más largas que las de hoy. Esto implicaría que los genes serían también un 66.66% más largos.

Hacer funcionar y reproducir los genes son procesos que requieren bastante energía, por lo que la vida y la reproducción celular con genes más largos sería más onerosa en términos energéticos, de hecho, un 66,66% más. En un mundo primitivo en el que la energía para la vida pudiera ser más difícil de conseguir incluso que en el actual, largos genes supondrían una gran desventaja. En cuanto un organismo “descubriera” la manera de hacerlos más cortos, más eficaces en términos de energía, por ejemplo usando cuatro nucleótidos (más abajo vemos por qué), los genes cortos se impondrían frente a los largos, y éstos desaparecerían de la faz de la Tierra.

Es cierto que cuatro nucleótidos conlleva una desventaja igualmente: tener que sintetizar y gestionar metabólicamente los dos nucleótidos extra. Sin embargo, probablemente la cantidad de energía ahorrada con ellos acortando los genes compensa con creces la necesaria para fabricarlos.

Fiabilidad de copia

Además del anterior, es necesario considerar otro importante factor que favorece la existencia de un ADN de cuatro nucleótidos: la mayor o menor facilidad de transmitir errores de copia a las siguientes generaciones. Con un ADN de dos letras y palabras de cinco, se podrían codificar hasta 32 aminoácidos (2×2×2×2×2). Esto implicaría que algunas palabras del ADN serían sinónimas de otras en términos del aminoácido que codificaran, pero el número de sinónimos no sería elevado. En cambio, con cuatro letras y palabras de tres se pueden codificar hasta 64 aminoácidos (4×4×4). Por ello cuatro nucleótidos acortan los genes y permiten, además, un mucho mayor número de sinónimos en este caso.

El mayor número de sinónimos supone igualmente una ventaja. En el ADN las diferentes palabras se generan obligatoriamente cambiando una letra por otra, no vale quitar o añadir letras extra como en un idioma normal. Esto supone que al copiar los genes para transmitirlos a las siguientes generaciones, cuando se produzcan errores de copia (cambios de una letra por otra), un mayor número de sinónimos protegerá al ADN de contener cambios en el sentido del mensaje, es decir, cambios de una palabra por otra de significado diferente, y contendrá dichos cambios siempre en una menor proporción que si posee menos sinónimos.

Así pues, tanto la menor necesidad de energía para fabricar y hacer funcionar los genes, como la mayor seguridad a la hora de pasar la información de generación en generación, sugieren que un código genético basado en cuatro unidades de codificación, y no en dos, es más eficaz y seguro. En mi opinión, estos factores ejercieron una importante influencia a la hora de que la vida primitiva “eligiera” usar un código genético basado en cuatro letras, y no en dos.

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