La Biología
molecular: es la disciplina científica que tiene como objeto de estudio los
procesos que se desarrollan en los seres vivos a nivel molecular. Dentro del
Proyecto Genoma Humano puede encontrarse la siguiente definición de Biología
molecular: La Biología molecular consiste en el estudio de la estructura,
función y composición de las moléculas biológicamente importantes.
La Biología molecular está relacionada con otros
campos de la Biología y la Química, y particularmente con la Genética y la
Bioquímica. Sin embargo, la Biología molecular concierne principalmente al
entendimiento de las interacciones que se dan entre los diferentes sistemas de
la célula, lo que incluye la relación entre ADN y ARN, la síntesis de proteínas,
el metabolismo celular, y el cómo todas estas interacciones son reguladas para
conseguir un afinado funcionamiento de la célula.
1. HISTORIA DE LA BOLOGÍA
CELULAR Y MOLECULAR:
Robert Hooke (1635-1703),
utilizando un microscopio de doble lente logró plasmar en
"Micrographia" de 1665 una detallada descripción de la estructura
microscópica de tallos y hojas introduciendo a la consideración científica de
la época, por primera vez, el término "cellula" identificatoria de
cada una de las celdas iguales (al estilo de un panal de abeja) que había
logrado observar en sus trabajos con corcho
.
2. Anton van Leeuwenhoek
(1632-1723): Desarrolla una evolución en la microscopía. Su habilidad como
diseñador y constructor de los mismos permitió que los instrumentos por él
creados alzaran niveles de 270aumentos. Su capacidad en lo científico también
era distintiva; al punto de realizar históricas descripciones.
3. Henri Dutrochet (1776-1847): indica
que "todos los tejidos están en realidad formados por células globulosas
pequeñísimas, que parecen estar unidas por fuerzas de adhesión simples; por lo
tanto, todos los tejidos, todos los órganos animales y vegetales no son sino un
tejido celular con modificaciones diversas”. Además reconoció que el
crecimiento es el resultado del incremento celular.
4. Robert Brown (1773-1858): quien
describe el núcleo y su presencia la asume como constante en todos los tipos
celulares.
5. El botánico Matthias
Schleiden (1804-1881): en 1838 y el zoólogo-fisiólogo Theodor Schwann
(1810-1882) en 1839concretarán la declaración formal de los postulados de la Teoría
Celular, que establecía que tanto las plantas como los animales están
constituidos por células y ésta es la UNIDAD FUNCIONAL.
6. Jan Purkinje (1787-1869): propone
el término “protoplasma" a la hora de describir el contenido celular.
7. Rudolf Wirchow (1821-1902): quien
aporta su principio:"Omnis cellula e cellula" (toda célula procede de
otra célula preexistente).
8. Walter Flemming (1843-1905): descubre
lo que denomina cromatinas y el proceso de partición del núcleo al que denominó
mitosis.
9. Wihelm Waldeyer: Demostró
que la mitosis permite la continuidad entre una generación y otra por medio
gracias a la exacta división de los cromosomas.
10. Antes de fines del siglo XIX
había quedado establecido que los gametos se forman por división reduccional,
MEIOSIS, por medio dela cual el nº de cromosomas de una especie se mantiene
constante de una generación a otra. Todos estos descubrimientos permitieron llegar
a la versión moderna de la TEORÍA CELULAR que afirma que: 1. La célula
constituye la UNIDAD ESTRUCTURAL de todos los seres vivos.2. La célula es la
UNIDAD FISIOLÓGICA Y BIOQUÍMICA, la organización bioquímica, es decir,
actividades metabólicas le permiten desarrollar todas las funciones vitales.3.
La célula es la UNIDAD GENÉTICA, toda célula proviene de otra célula.
11. DESARROLLO DE LA BIOLOGÍA
SUBMICROSCÓPICA Y MOLECULAR1865: Gregorio Mendel publica su teoría acerca
de la transmisión de los caracteres hereditarios (leyes de Mendel)en los
guisantes (estas unidades fundamentales de la herencia recibirán el nombre de
genes).Se le prestó muy poca atención a sus trabajos por falta de conocimiento
a los cambios citológicos.
12. Hugo de veris En 1901, junto a Carl Correns y Erich von
Tschermakre: descubrieron las leyes fundamentales de la genética publicadas primero por Gregor Mendel en 1866
13. 1902: Walter Sutton propone
el término "gen" y asegura que los cromosomas tienen muchos genes
(que son los factores mencionados por Mendel que se transmitían de generación
en generación).
14. 1910: Thomas H. Morgan: prueba
que los genes están en los cromosomas y aparece por primera vez el término
"biotecnología".1929: Phoebus Levene descubre que un azúcar
previamente desconocido, la desoxiribosa, deriva en ácidos nucleicos que no
contienen ribosas. Estos ácidos nucleicos se denominan desoxirribonucleicos o
ADN.
15. 1950: E. Chargaff: (imagen
derecha) publica sus observaciones acerca de la composición de bases del ADN
(A=T, C=G).1952: A. Hershey and M. Chase con sus trabajos sobre el fago T2 apoyan la tesis del
ADN como material genético
16. 1953: James Watson y Francés
Crick: basándose en los diagramas de difracción de Rayos X de Rosalinda
Franklin, proponen la estructura endoble hélice del ADN. Por este trabajo en
1962 reciben el premio Nobel en Fisiología
17. 1957: M. Meselson y F. Stahl
demuestran que la replicación del ADN es semiconservativa.
18. 1982: Se consigue el
primer animal (ratón) transgénico (el "superratón"), insertando el
gen de la hormona del crecimiento de la rata en óvulos de ratona
fecundados1983: Kary Mullis de Cetus Corporation
describe su método de la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que permite
replicar (copiar) genes específicos con gran rapidez . 1983: Creación de las
primeras plantas transgénicas
DISCIPLINAS CIENTÍFICAS QUE
FORMAN PARTE DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR.
El estudio mediante métodos físico-químicos de
la materia viva y los procesos biológicos En globa una serie de disciplinas científicas
que pueden considerarse dentro del concepto general de Biología Molecular.
2.1. Bioquímica Estructural. Trata
del conocimiento de la naturaleza química de los constituyentes celulares que
en su mayor parte es idéntico al de
la “química orgánica de los productos naturales”. La química orgánica, equivalente en su actualidad a la de
la química de los compuestos de carbono, fue en sus comienzos la química de las sustancias naturales
porque el fin que perseguía era la obtención y la caracterización de las
sustancias que se presentan en la naturaleza. En la época de Darwin los
químicos ya se preguntaban si las células trabajaban de acuerdo a las mismas
leyes químicas que los sistemas inertes. Algo más tarde, se descubrió que el
carbono era un componente mayoritario de todo tipo de moléculas biológicas. La
química orgánica sintética, que comenzó con la síntesis de la urea realizada
por Wöhler, ha adquirido un desarrollo enorme, relegando a un segundo plano su interés
por las sustancias naturales. Sin embargo, en las últimas décadas ha ido
adquiriendo una importancia cada vez mayor el conocimiento de las sustancias
naturales de alto peso molecular, siendo en la actualidad el objetivo principal
de la “Bioquímica Estructural”, el estudio de la constitución y estructura de
las proteínas y de los ácidos nucleicos.
2.2. Bioquímica
Inorgánica: La tendencia inicial a distinguir entre compuestos de carbono,
como aquellos que se encuentran en la materia viva, y todos los demás
compuestos se refleja aún en la división de la química en orgánica e inorgánica. Ahora se sabe que esta distinción es
artificial y no tiene base científica. Así, el tratamiento clásico de la Bioquímica Estructural como “química
orgánica de productos naturales” a que
dado obsoleto ya que existe un grupo de veinticinco elementos químicos (sodio,
potasio, magnesio, calcio, etc.)
que, libres en forma de iones, o combinados en macro complejos, regulan
espacial y temporalmente muchas de
las interacciones entre biomoléculas. De esta forma, está adquiriendo un papel cada vez más importante la
disciplina científica denominada “Química Inorgánica Biológica” o “Bioquímica Inorgánica”.
2.3.
Bioquímica Metabólica y Enzimología: La mera descripción de las sustancias
químicas que se encuentran en los seres vivos ofrece una imagen estática de la
célula o del organismo, es decir, se puede considerar una “fotografía” de los
mismos, y no justifica en modo alguno la finalidad de investigar los fenómenos
vitales. La fascinante dinámica de la célula con sus continuas modificaciones
constituye la verdadera característica de la vida, y la “Bioquímica Metabólica”
tiene como objetivo el estudio de las reacciones químicas que suceden
continuamente en los seres vivos. Estas reacciones químicas se efectúan gracias
a la regulación catalítica de los enzimas, cuyo estudio, por este motivo, ocupa
un amplio lugar dentro de la Bioquímica en la disciplina denominada
“Enzimología”.
2.4. Fisiología
Molecular: El estudio de la regulación de los procesos químicos que tienen
lugar en las estructuras de la
Célula y que constituyen la verdadera función de dichos elementos
estructurales es el objetivo de la “Fisiología Molecular”. Teniendo en cuenta
que las estructuras celulares son estructuras supramoleculares y que las
transformaciones que sufren lo son a consecuencia de reacciones químicas; en
muchos casos, el análisis molecular puede facilitar una mayor información de
los procesos fisiológicos que la propia metodología fisiológica clásica.
2.5. Biología Molecular y Química Física.
Muchos de los procesos biológicos fundamentales, como es el caso de las
características y modo de actuar de los factores hereditarios, han podido ser
explicados gracias a la aplicación de técnicas de investigación fisico-químicas
dando lugar a la disciplina científica denominada Biología Molecular. Aunque
los procedimientos químicos han permitido adquirir unas ideas muy concretas
sobre los fenómenos celulares, su campo de acción es limitado, ya que de la
investigación con métodos puramente químicos sólo puede esperarse resultados
que caigan dentro del campo de los conocimientos y experiencias de la química.
Los fenómenos biológicos más complejos, como son, por ejemplo, el desarrollo de
los organismos, el cáncer, la consciencia etc., no pueden estudiarse únicamente
utilizando métodos químicos convencionales; para ello se precisan técnicas de
investigación físico-químicas. El campo a cubrir por la Química Física en la
Biología Molecular es tan amplio y profundo que parecería tarea imposible si no
fuera porque, dentro de su heterogeneidad y complejidad, la vida está basada en
unos materiales y principios relativamente simples (teoría cuántica, atómica y
celular, catálisis, regulación, evolución y herencia). Puesto que la Química
Física describe la naturaleza en términos de átomos, moléculas y energía, el
carácter interdisciplinario de la Biología Molecular se hace aún más patente
teniendo en cuenta que su ciencia madre, la Química Física, utiliza como
herramienta fundamental de trabajo las matemáticas.
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