En este sentido ocurre un cambio cualitativo importante en lo que hace a concebir los procesos biológicos y productivos desde una óptica funcional y no descriptiva




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fecha de publicación26.10.2015
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Asignatura: Bases de la Biología Molecular

  1. Introducción

El estudio a nivel molecular de los procesos biológicos es hoy hacia donde se dirige la mayor parte de la investigación biológica, y los procesos entendidos a este nivel permiten una comprensión amplia y profunda de los sistemas vivos. En este sentido ocurre un cambio cualitativo importante en lo que hace a concebir los procesos biológicos y productivos desde una óptica funcional y no descriptiva. A su vez, una serie de contenidos trabajados en este curso permitirán la comprensión de aspectos biotecnológicos en general, y de la biotecnología aplicada a la agronomía en particular.

Como reflexión, si bien la dimensión de cualquier asignatura en la carrera tiene un componente personal importante, en los Subciclos posteriores de la carrera son necesarios conceptos bioquímicos en todas aquellas asignaturas de corte biológico.

La Biología Molecular es la disciplina científica que tiene como objetivo el estudio de los procesos que se desarrollan en los seres vivos desde un punto de vista molecular. Dentro del Proyecto Genoma Humano puede encontrarse la siguiente definición sobre la Biología Molecular: El estudio de la estructura, función y composición de las moléculas biológicamente importantes 1. Esta área esta relacionada con otros campos de la Biología y la Química, particularmente Genética y Bioquímica. La biología molecular concierne principalmente al entendimiento de las interacciones de los diferentes sistemas de la célula, lo que incluye muchísimas relaciones, entre ellas las del ADN con el ARN, la síntesis de proteínas, el metabolismo, y el cómo todas esas interacciones son reguladas para conseguir un afinado funcionamiento de la célula.

Al estudiar el comportamiento biológico de las moléculas que componen las células vivas, la Biología molecular roza otras ciencias que abordan temas similares: así, p. ej., juntamente con la Genética se interesa por la estructura y funcionamiento de los genes y por la regulación (inducción y represión) de la síntesis intracelular de enzimas (v.) y de otras proteínas. Con la Citología, se ocupa de la estructura de los corpúsculos subcelulares (núcleo, nucléolo, mitocondrias, ribosomas, lisosomas, etc.) y sus funciones dentro de la célula. Con la Bioquímica estudia la composición y cinética de las enzimas, interesándose por los tipos de catálisis enzimática, activaciones, inhibiciones competitivas o alostéricas, etc. También colabora con la Filogenética al estudiar la composición detallada de determinadas moléculas en las distintas especies de seres vivos, aportando valiosos datos para el conocimiento de la evolución.

Sin embargo, difiere de todas estas ciencias enumeradas tanto en los objetivos concretos como en los métodos utilizados para lograrlos. Así como la Bioquímica investiga detalladamente los ciclos metabólicos y la integración y desintegración de las moléculas que componen los seres vivos, la Biología molecular pretende fijarse con preferencia en el comportamiento biológico de las macromoléculas (ADN, ARN, enzimas, hormonas, etc.) dentro de la célula y explicar las funciones biológicas del ser vivo por estas propiedades a nivel

Métodos

Los métodos que emplea esta nueva ciencia son fundamentalmente los mismos que la Biofísica, Bioquímica, y Biología. Utiliza los análisis químicos, cualitativos y cuantitativos, los conocimientos de la Química orgánica, la Biología de microorganismos y de virus, etc., pero revisten especial importancia los nuevos métodos microanalíticos tanto físicos como químicos. Merecen destacarse la Microscopía electrónica, que permite resoluciones que alcanzan los 10 Amstrongs; la difracción de rayos X, que determina la estructura y disposición espacial de los átomos de las macromoléculas; la ultracentrifugación diferencial, tanto analítica como preparativa, que permite separaciones antes imposibles; la Cromatografía de gases, y, en fase líquida, la Espectrografía de infrarrojos, la Química con isótopos trazadores, la Espectroscopía de masas, etc...

Contenido

Al profundizar en cualquier fenómeno biológico y pretender explicar la naturaleza íntima de los procesos que determinan una propiedad o una función de los seres vivos, entramos inevitablemente en el campo de la Biología molecular. Veamos, por ejemplo el estudio de los genes. Las clásicas leyes de Mendel tienen su explicación inmediata en el conocimiento morfológico y funcional de los cromosomas. Pero cuando deseamos saber la composición y forma de actuación de un gen necesitamos penetrar a fondo en la estructura del ADN doble helicoide de Watson y Crick, el ordenamiento de bases púricas y pirimidímicas, es decir, la información genética.

Al matizar la posibilidad de sintetizar una enzima por parte de un gen, debemos seguir el proceso de transmisión de esta información genética del ADN nuclear al ARN mensajero; la activación de los aminoácidos por el ARN transportador, la ordenación de estos aminoácidos activados sobre el ribosoma de acuerdo con la pauta prefijada por el ARN mensajero, la obtención de la estructura primaria de la enzima proteína. Todos estos temas son objeto de estudio de la Biología molecular

Pero hay más; la proteína, una vez sintetizada, debe ordenarse en el espacio según determinadas reglas que constituyen la conformación espacial específica (estructuras secundaria y terciaria) y a veces asociarse varias moléculas iguales o diferentes para constituir lo que se ha llamado estructuras cuaternaria y quinaria, de modo que las propiedades biológicas de la molécula como enzima están vinculadas a esta ordenación espacial compleja. La molécula proteica así organizada puede resultar ser una enzima que, en su actividad catalítica, es susceptible de sufrir activaciones o inhibiciones por determinadas sustancias, acciones éstas de trascendental importancia para la vida de la célula. Del mismo modo, la Biología molecular se interesa por la estructura química de las sustancias que componen las membranas biológicas y la ordenación de las enzimas que realizan acciones encadenadas, p. ej., dentro de las mitocondrias, núcleo y otros corpúsculos subcelulares, para explicar la mecánica de los ciclos y procesos bioquímicos determinados por la Topoquímica celular.

Los procesos de reproducción de los virus, de las bacterias, y de los organismos superiores encierran multitud de incógnitas que trata de ir resolviendo la Biología molecular. Las mutaciones producidas por agentes físicos (rayos X, rayos gamma, calor, etc.) o químicos (sustancias mutágenas) tienen una explicación tanto más satisfactoria cuanto mejor se conoce la base molecular de los procesos de alteración en la estructura y ordenación de las bases nitrogenadas del ADN.

El parentesco entre especies diferentes de seres vivos puede establecerse mediante el estudio individual comparado de las sustancias macromoleculares (proteínas) elaboradas por ellos. Así, de la secuencia de aminoácidos en la hemoglobina, mioglobina, citocromos, hormonas hipofisarias o insulina se induce el grado de proximidad filogenética, al demostrarse la evolución de la proteína por mutaciones progresivas. Multitud de fenómenos genéticos como selección natural, adaptación al ambiente, diferenciación de las especies, etc., tienen su última explicación a nivel molecular. Por último, la Biología molecular de microorganismos está aportando datos interesantes para la búsqueda de nuevos antibióticos y antimetabolitos, que permiten atacar eficaz y selectivamente a los gérmenes patógenos.

Con todo esto no queremos afirmar que la Biología molecular sea una ciencia completa ni perfectamente elaborada. Todo lo contrario; los nuevos descubrimientos, al resolver una incógnita plantean muchos más interrogantes que son objeto de investigaciones futuras. Hoy día esta joven ciencia está en expansión explosiva. Por otro lado, la última y definitiva explicación de los comportamientos de las moléculas de los seres vivos requiere, para ser conocida en profundidad, enfrentarse con otras ramas de la ciencia tales como la Biofísica submolecular (orbitales, fuerzas de enlace, hibridación, etc.) e incluso la Física subatómica, para la cual se requiere un bagaje de conocimientos que jamás puede ser patrimonio de investigadores aislados, sino de equipos de trabajo científicamente heterogéneos, pero armónicamente conjuntados.

¿Qué es Biología a inicios del siglo 21? Transformaciones históricas del método científico en Biología

Podemos dividir la reciente historia de la biología en tres grandes periodos (entre los que existen grandes fases de solapamiento y de hecho hoy en día coexisten estas tres visiones y prácticas de la biología):

Hasta aprox. 1950–60: La biología era principalmente un esfuerzo de catalogación de la diversidad de la vida, inicialmente a la escala de organismo (así nacieron la zoología o la botánica) y posteriormente a escalas moleculares y ecológicas. La descripción dio paso a la visión funcional, pero aún así el objetivo principal era la clasificación y la comprensión de los organismos vivos como un todo funcionante.

En la segunda mitad del siglo 20: Desarrollo de hipótesis causales y modelos (conceptuales y matemáticos) que expliquen las razones de la diversidad de la vida. Sin embargo, Darwin o Mendel, que vivieron en el siglo XIX, aplicaron ya este enfoque, aunque podrían ser considerados excepciones en su época histórica. La acumulación de información procedente de la fase anterior proporciona un excelente material para desarrollar hipótesis empíricas basadas inicialmente en evidencias correlativas. Con el desarrollo del método experimental (tanto en condiciones controladas de laboratorio como en la propia naturaleza), estas primeras hipótesis se transforman en una interpretación causal de los procesos biológicos que se retroalimenta con el desarrollo de modelos teóricos y simulaciones.

En el siglo XXI: existen dos procesos que alteran el modelo científico convencional y la propia naturaleza de la biología: 1) su transformación en una “ciencia de diseño”, y 2) el crecimiento exponencial de la información biológica y de las tecnologías que permiten su “minería”

La biología del siglo 21: ciencia de diseño y tecnología de la información

En la escala molecular surge la biología de sistemas cuyo objetivo es entender las bases del diseño de la vida (en estos momentos de sus organismos de organización más simple) para poder diseñar nuevos organismos con funciones de interés. De hecho diversos artistas han utilizado estas posibilidades como herramientas de creación, por ejemplo mediante la introducción de modificaciones genéticas que producen fluorescencia para crear “sistemas de iluminación” provocados por la actividad biológica. Los organismos transgénicos. En la escala ecosistémica, prácticamente la totalidad de la superficie terrestre presenta la huella de los usos humanos y, en la mayor parte del territorio, el hombre se ha convertido en el principal agente de la dinámica ecológica. Por tanto un objetivo clave de las emergentes ciencias de la sostenibilidad, donde se incorpora la ecología, es diseñar condiciones para el funcionamiento de los ecosistemas y su integración con los usos humanos. Estos sistemas han comenzado a denominarse socio-ecológicos.

Referencias

El contenido de este documento incorpora material de la Gran Enciclopedia Rialp

BIBL.: C. PETIT y G. PRÉVOST, Genetique et évolution, «Journal of Molecular Biologyu, Londres 1967; C. A. VILLE, Biología, México 1966.

[Genome Glossary], U.S. DOE Human Genome Project, http://www.ornl.gov/hgmis/home.shtml (accessed [15-Jun-2009])

Docente: Margarita Ortega González

Biología y Ciencias

Mg Educación

Rancagua Abril 2010


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