Leonard Lerman falleció el 19 de septiembre (2012) en Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos, a la edad de 87 años debido a las complicaciones de una enfermedad neurológica crónica.

Durante su vida fue un conspicuo biólogo molecular cuyo descubrimiento acerca de cómo manipular el ADN resultó trascendental para descifrar las secuencias básicas que estructuran el código genético (ver información adicional al final de este artículo o entrar en la pestaña “Bioquímica” en la portada principal de la página web).

Durante la década de 1950, Leonard Lerman, a la sazón trabajando en la Facultad de Medicina de la Universidad de Colorado, ensayó la hipótesis según la cual determinadas moléculas podían insertarse entre las dos hebras de ácido desoxirribunucléico (ADN). A consecuencia de la inserción, las dos hebras del ADN se desenrollan. Además, o como consecuencia de ello, se pueden originar mutaciones, inocuas en algunos casos, pero con graves consecuencias para la salud en otras ocasiones. Este postulado surgió a raíz del desciframiento por James Watson y Francis Crick de la estructura del ADN en el año 1953. Este brillante descubrimiento se produjo en el Medical Research Council Laboratory of Molecular Biology, en Cambridge, Gran Bretaña. Y fue allí donde el Dr. Lerman se trasladó un año sabático, en 1959, para trabajar con Sydney Brenner (Premio Nobel de Fisiología y Medicina ex aequo Robert Horvitz y John E. Sulston) y Francis Crick. El primer trabajo del Dr. Lerman proponiendo su teoría se pospuso hasta el año 1961.

En aquellos años, los doctores Brenner y Crick estaban inmersos en descifrar cuántos nucleótidos codifican cada aminoácido durante la traducción del ARN (el ARN se sintetiza por transcripción del ADN durante el flujo de información desde los genes a las proteínas). Los trabajos experimentales del Leonard Lerman, que mostraban que se podían desencadenar mutaciones mediante la inserción de sucedáneos de nucleótidos entre las hebras del ADN, contribuyó de modo decisivo a establecer que cada aminoácido era codificado por un grupo de tres nucleótidos (un codón).

En un estupendo ensayo cuya lectura recomiendo, titulado “DNA: Master Molecule of Life”, cuya autora, Darlene R. Stille, describe los trascendentales descubrimientos en la biología fundamental en aquella época apasionante, Sydney Altman, entonces estudiante del Dr. Lerman, que conseguiría el Premio Nobel de Química en el año 1989 ex aequo Thomas Cech, describió el descubrimiento de su mentor como asombroso (“astounding”).

El descubrimiento de Leonard Lerman trascendió el hallazgo, ya de por si fundamental, de que cada aminoácido estaba codificado por tripletes de nucleótidos. En palabras de la doctora Barbara J. Meyer, profesora de genética en la Universidad de California, en Berkeley, “la investigación del Dr. Lerman modeló la forma cómo se manipula y analiza el ADN, lo que ha facilitado el diagnóstico de mutaciones asociadas con enfermedades genéticas humanas”.

Leonard Solomon Lerman había nacido un 27 de junio del año 1925, en Pittsburgh (Pennsylvania). Sus padres, Meyer y Freamah habían emigrado a Estados Unidos desde el asentamiento de Pale, una extensa región de la Rusia zarista donde se permitió residir a los judíos. Su padre, Meyer, era comerciante; mientras su madre, Freamah, trató de imbuir a sus hijos el amor por la cultura y el aprendizaje.

A los 16 años, Leonard Lerman ganó en un concurso juvenil de conocimiento cuyo premio era una beca para estudiar en el Carnegie Institute of Technology, actualmente Carnegie Mellon University.

Durante los años de la Segunda Guerra Mundial trabajó en un laboratorio experimental de armamento (era muy joven para alistarse en el ejército). Terminada la Segunda Guerra Mundial trabajó en el California Institute of Technology, teniendo como maestro a Linus Pauling, una de las pocas personas que ha sido galardonado con dos Premios Nobel, el de Química (1954) y el de la Paz (1962), además de ser considerado el padre de la biología molecular. Leonard Lerman consiguió su doctorado (Ph. D.) en Química en el año 1950.

Leonard Lerman se casó dos veces: la primera con la extinta Claire Lindegren, en 1952, divorciándose en el año 1973. Su segundo matrimonio, con la actriz Elizabeth Taylor, también terminó en divorcio.

Le han sobrevivido su actual compañera, Ms. Steiner, tres hijos de su primer matrimonio (Averil, Lisa y Alexander) y siete nietos.

El código genético es la relación entre la secuencia del bases en el ADN (o su transcrito, ARN) y la secuencia de aminoácidos de las proteínas.

Las características fundamentales del código genético son las siguientes:

      Una agrupación de tres nucleótidos codifica un aminoácido. Las proteínas se construyen usando veinte aminoácidos, pero tan solo existen cuatro nucleótidos. La matemática combinatoria muestra que se requieren al menos combinaciones de tres nucleótidos para construir veinte aminoácidos. Los trabajos experimentales mostraron que, en efecto, cada aminoácido está codificado por una agrupación de tres nucleótidos o codón.

      El código no se solapa. Considerar una secuencia de nucleótidos A,B,C,D,E,F. En un código con solapamiento, el triplete ABC codificaría un aminoácido; el triplete BCD codificaría otro aminoácido; y así sucesivamente. No sucede así. Por el contrario, el código genético no se solapa, de tal manera que ABC codifica un aminoácido; DEF codificará otro aminoácido; y así sucesivamente.

      El código genético se lee secuencialmente, sin interrupciones, desde un punto de partida hasta otro de finalización. El número de aminoácidos de la proteína sintetizada es la tercera parte del número de bases entre los puntos de iniciación y terminación en el proceso de traducción (ARN → proteína).

      El código genético está degenerado. Algunos aminoácidos están codificados por más de un codón (un triplete de nucleótidos). Ello es lógico se consideran que, partiendo de cuatro nucleótidos, son posibles 64 combinaciones de tres elementos, pero las proteínas solo están constituidas por veinte aminoácidos. De hecho, de los 64 tripletes posibles, 61 codifican aminoácidos (varios codones codifican un mismo aminoácido); y los tres tripletes restantes (codones de terminación) representan la señal para la conclusión de la traducción del ARN mensajero.

Se han descifrado los 64 codones (tripletes de nucleótidos). Dado que el código genético es muy degenerado (un determinado aminoácido resulta de la traducción de varios codones), solo dos aminoácidos (triptófano y metionina) son codificados por un solo triplete cada aminoácido. Cada uno de los dieciocho aminoácidos restantes resulta de la traducción de dos o más codones. Tres aminoácidos (leucina, arginina y serina) son codificados por seis codones cada uno.

¿Por qué hay aminoácidos codificados por varios tripletes de nucleótidos?. Hasta donde se sabe, tiene que ver con la frecuencia de aminoácidos en las proteínas: los aminoácidos con mayor prevalencia en las proteínas tienen más codones de codificación.

Los codones que codifican un determinado aminoácido se denominan sinónimos. Un ejemplo: CAU y CAC son sinónimos para el aminoácido histidina. La mayoría de los codones sinónimos difieren solo en la última base del triplete de nucleótidos.

La cuestión que se plantea enseguida es: ¿qué significado tiene la degeneración del código genético?.  Si el código genético no fuese degenerado, 20 codones codificarían 20 aminoácidos; y los 44 codones restantes serían señales para la terminación de la traducción del ARN. Los riesgos de mutaciones que condujesen a la terminación temprana de la traducción serían mucho más relevantes y frecuentes. Las mutaciones que dan lugar a la terminación temprana de la traducción conducen a la síntesis de proteínas generalmente inactivas; mientras que la mayoría de las mutaciones que conducen a la sustitución de un aminoácido por otro durante la síntesis proteína son inocuas. Así pues, desde este punto de vista, la degeneración del código genético es una inteligente estrategia de la Naturaleza para reducir al mínimo los efectos deletéreos de las mutaciones.

Como es conocido, el ARN se traduce a proteína en los ribosomas, que son complejas estructuras sub-celulares compuestas de proteínas y ARN ribosómico. ¿Cómo funciona grosso modo la fábrica ribosómica?.

Como ya se ha mencionado antes, existen tres codones que no codifican aminoácidos, sino la terminación de la traducción del ARN. Estos codones (tripletes de nucleótidos) son UAA, UAG y UGA. Las moléculas de ARNt (ARN de transferencia) no leen estos codones. En su lugar lo hacen unas proteínas específicas denominadas proteínas de liberación. El nombre hace referencia a que la unión de estas proteínas ribosómicas libera la proteína sintetizada.

La señal para la iniciación de la traducción es más compleja. Gran parte de la información procede de estudios de síntesis proteica en bacterias, en virtud de carecer de núcleo (procariotas). La síntesis del poli-péptido se inicia con un aminoácido modificado (formil-metionina, que abreviaremos como fMet). El complejo ARNt-fMet reconoce al codón AUG, o, más raramente, GUG. Dada la degeneración del código genético antes comentada, AUG codifica también una metionina del interior de la cadena proteica en crecimiento; y GUG codifica la síntesis de una valina. El codón AUG (o GUG) viene precedido por una secuencia rica en purinas, situada a varios nucleótidos de distancia que puede emparejarse con una secuencia complementaria de la molécula de ARN ribosómico.

En las células eucariotas, a diferencia de los procariotas bacterianos, el AUG más próximo al extremo 5’ de una molécula de ARN mensajero es la señal para que se inicie la síntesis proteica. Una molécula de ARN de transferencia (ARNt) cargado con una metionina, lee este AUG. Una vez que se localiza el codón iniciador (AUG) queda fijado el marco de lectura (Reading Frame). Se inicia así la lectura de los codones y la inserción de los aminoácidos codificados por éstos en la cadena proteica hasta la señal de terminación antes comentada.

Zaragoza, a 2 de octubre de 2012

Dr. José Manuel López Tricas

Farmacéutico especialista Farmacia Hospitalaria

Zaragoza