Experimento Nirenberg y Matthaei: poli-U, sistema libre de células y el código genético

Materiales y componentes

• Sistema libre de células: contiene ADN, ARNm, ribosomas y enzimas.
• ATP: permitió la activación e incorporación de nucleótidos; facilita la unión de aminoácidos en proteínas.
• Aminoácido: permite la formación de cadenas peptídicas.
• Carbono radiactivo ¹⁴C: permitió el seguimiento y la marcación del proceso de incorporación.
• Poli-U: polinucleótido de uracilo.
• Ácido tricloroacético: permitió la síntesis de proteínas.
• Polinucleótido fosforilasa: formación de ARN sintético.
• Níquel Raney: catalizador.
• Planchetas: contador de radiactividad.
• Equipo de laboratorio

Técnicas

• Sedimentación: separa por densidad.
• Centrifugación: separa la muestra según su densidad de concentración.
• Cultivo de bacterias: Escherichia coli (cultivar la E. coli, tan importante para el experimento de Nirenberg).
• Trituración con alúmina: obtener un sistema libre de células.
• Fortificación: fortalecer cadenas.
• Radiactividad con el isótopo carbono ¹⁴C: diferenciar experimentos.

Experimentación

La experimentación comienza cuando las células del bacilo del colon se trituraron con óxido de aluminio finamente dividido. El "jugo" procedente de las células rotas todavía sintetiza proteínas.

En la experimentación, para descifrar un misterio biológico, Nirenberg y Matthaei necesitaron un sistema libre de células que se basaría en aminoácidos para sintetizar proteínas. Siguiendo el trabajo de Alfred Tissières y después de varios intentos fallidos, crearon un sistema estable: con la ruptura de Escherichia coli liberaron el contenido del citoplasma. Esto les permitió sintetizar proteínas, pero solo cuando el tipo correcto de ARN se añadía, permitiendo a Nirenberg y Matthaei controlar el experimento.

Se crearon moléculas de ARN sintético fuera de la bacteria y se introdujo este ARN en el extracto del sistema. El experimento utilizó 20 tubos de ensayo, cada uno lleno con un aminoácido diferente. Para cada experimento, 19 tubos de ensayo eran "fríos" y uno estaba marcado radiactivamente con ¹⁴C para poder detectar el aminoácido etiquetado. Se varió el tubo de ensayo "caliente" en cada ronda del experimento para poder determinar qué aminoácidos se incorporarían a una proteína después de la adición de un tipo particular de ARN sintético. En sus experimentos, a finales de mayo de 1961, se llegó a la conclusión de que el poli-U codificaba principalmente fenilalanina (en etapas iniciales también se consideró la posibilidad de tirosina).

Conclusiones del experimento

• Importancia: El hallazgo abrió una brecha en el esclarecimiento de la clave genética: descubrieron que un ARN mensajero sintético que contenía solo uracilo (poli-U) dirigía la síntesis de una proteína sintética compuesta por un único aminoácido: la fenilalanina.
• Contribución: Contribuyeron al desciframiento del código genético.
• Universalidad: La clave genética es universal: es igual en la mayoría de los organismos con síntesis de proteínas.
• Especificidad: Dos posiciones del triplete son específicas y codifican el aminoácido; la tercera posición suele ser complementaria o presentar flexibilidad ("wobble").
• Degeneración: La clave genética está degenerada: más de un triplete puede codificar el mismo aminoácido.
• Ambigüedad: Existe la posibilidad, teórica, de ambigüedad, es decir, que un triplete codifique más de un aminoácido, aunque en la práctica esto es limitado por la maquinaria de traducción.