Garrod: l'azione dei geni

Nel 1902 Archibald Garrod notò che la alcaptonuria (una malattia che colpisce l'uomo) sembrava comportarsi come un carattere Mendeliano di tipo recessivo. Era possibile, quindi, che la malattia fosse causata da un gene difettoso, o mutante. Inoltre, il sintomo principale caratteristico di questa malattia era l'accumulo di pigmenti neri nelle urine del paziente, cosa che Garrod imputò, giustamente, ad un'anormale produzione di un composto intermedio in una determinata via biosintetica. Quindi si arrivò alla definizione un gene mutante-un blocco metabolico. Successivamente, nel 1941, Badle e Tatum crearono numerosi mutanti di Neurospora, nei quali il difetto interessava un singolo passaggio di un determinato pathway biochimico e di conseguenza riguardava un singolo enzima. Furono in grado di fare questo, aggiungendo l'intermedio che normalmente sarebbe stato sintetizzato dall'enzima difettivo e dimostrando che questo ripristinava una crescita normale. Quindi aggirando il blocco scoprirono dove questo fosse localizzato. Anche in questo caso, i loro esperimenti genetici dimostrarono che era un singolo gene a essere coinvolto. Così, un gene difettoso dà luogo a un enzima difettoso. In altre parole, un gene sembrò essere responsabile della produzione di un enzima. Questa è l'ipotesi un gene-un enzima. Negli anni successivi, però, sempre altri scienziati dimostrarono che numerose proteine enzimatiche e strutturali sono multimeriche, cioè contengono due o più catene polipeptidiche differenti, in cui ciascun polipeptide è codificato da un gene differente. Per questo la definizione precedente divenne un gene-un polipeptide che successivamente grazie agli esperimenti di Ingram diventò un gene-una catena polipeptidica. Infatti, questo scienziato, dopo aver determinato la sequenza amminoacidica dell'emoglobina normale e di quella dei pazienti affetti da anemia falciforme si accorse che la mutazione di un singolo gene determina la sostituzione di un singolo amminoacido e di conseguenza, quindi, affermò che i geni determinano la struttura primaria delle proteine. Infine, a metà degli anni '40, gli studiosi di biochimica conoscevano le strutture chimiche di DNA e RNA. Degradando il DNA nelle sue componenti base, scoprirono che queste erano costituite da basi azotate, acido fosforico e dallo zucchero desossiribosio. In maniera simile scoprirono che l'RNA era costituito da basi azotate e acido fosforico più uno zucchero diverso, il ribosio. Le quattro basi azotate trovate nel DNA sono adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). L'RNA contiene le stesse basi, fatta eccezione per l'uracile (U) che sostituisce la timina. Le strutture di queste basi rilevano che l'adenina e guanina sono simili in struttura alla purina, pertanto sono dette purine. Mentre, le altre basi sono simili alla struttura delle pirimidina, e sono dette pirimidine. Queste molecole costituiscono l'alfabeto della genetica.