BIOQUÍMICA
Volumen 1
N°1
FCIAL 2014
Revista Científica
Primera Edición
JULIO 2014
CONTENIDOS
CRÉDITOS EDITOR:
Brayan J. Curay Lara
- COMPORTAMIENTO BIOQUÍMICO DEL -TRANSFORMACIONES BIOQUÍMICAS DURANTE LA FERMENTACIÓN DE PRODUCTOS VEGETALES -LA BIOLOGÍA MOLECULAR COMO MODELO DE CIENCIA INTERDISCIPLINAR.
Brayan Curay L. Diseño y Diagramación
Brayan Curay L. Portada
La bioquímica es el estudio de la química, y lo que se relaciona con ella, de los organismos biológicos.
EDITORIAL
Forma un puente entre la química y la biología al estudiar como tienen lugar las estructuras y las reacciones químicas complejas que dan lugar a la vida y a los procesos químicos de los seres vivos. Ocasional mente se considera a la bioquímica como una rama de la química orgánica que se especializa en los procesos y transformaciones químicas, que tienen lugar dentro de los seres vivos, pero en verdad la bioquímica no puede considerarse ni completamente dentro de la "biología" ni dentro de la "química", la bioquímica es una disciplina en sí misma. Por este motivo se crea la presente publicación.
COMPORTAMIENTO BIOQUÍMICO DEL
Lic. Jorge Pérez Machado1, Dr. Rafael Jiménez García 2, Lic. Alejandro Eliécer Lie Concepción Se realizó una revisión bibliográfica acerca de una patología que en los últimos años ha ocupado uno de los primeros lugares dentro de los factores principales que provocan la muerte para lo cual se revisaron los fondos de las bibliotecas del ISCMH, ISP “Enrique Varona”, Policlínico “Marta Martínez “, así como las bases de datos disponibles en la red INFOMED. El cáncer es una entidad genética y la mayoría de las neoplasias ocurren por errores puntuales en el ADN, por lo general una sola mutación es insuficiente para producir la transformación maligna , con este estudio se conoce que se ha alcanzado grandes avances acerca de dicha patología, lo que nos hace estar más próximo a comprender el comportamiento de los tumores, es posible pronosticar las poblaciones que pueden sufrir de cáncer en un futuro, y se puede apreciar que más del 50% de todos los tumores malignos presentan mutaciones del gen que codifican para la proteína P53, pieza clave en los procesos de reparación del material genético donde no cabe duda que en los próximos años con los conocimientos e investigaciones que se han realizados hasta la fecha desencadenan nuevas formas de manejar el desarrollo evolutivo del cáncer.
Se podría decir que la revolución más importante en la biología moderna es la llamada "Revolución Genética". El impacto del conocimiento íntimo de nuestra información genética ha transformado casi todos los aspectos de la actividad humana y en especial a la medicina. La revolución genética comenzó ya hace muchos años pero hay una fecha que define el verdadero punto de cambio en el desarrollo de lo que hoy conocemos como genética molecular.
En la actualidad todas las enfermedades pueden ser consideradas como el resultado de una interacción entre la constitución genética del individuo y el medio ambiente que lo rodea. Es decir recurriendo a la genética: el fenotipo es resultado de la interacción del genotipo con el ambiente. De ahí que la individualidad genética sea muy importante, no sólo para las enfermedades de origen genético sino también para la capacidad de respuesta ante enfermedades multifactoriales. La Biología Molecular ha sido la ciencia encargada del estudio de procesos de transferencia de la información en la célula. Recordemos que el flujo de información molecular en la célula va del ácido desoxirribonucleico (ADN) a ácido ribonucleico (ARN) y a proteína. Esta transferencia de información genética se realiza por medio de procesos de trascripción y traducción, respectivamente. Se puede conceptuar la medicina molecular como la ciencia biomédica que utiliza la técnica de ADN recombinante. Aunado al conocimiento de la biología molecular, en el estudio de las alteraciones moleculares las cuales alteran el equilibrio de las células del organismo, resultando una enfermedad.
El descubrimiento de genes relacionados con el cáncer abrió una gama inusitada de posibilidades diagnósticas y terapéuticas que apenas ahora empieza a ser explotada. En la última década la concepción del cáncer ha sufrido grandes transformaciones, gracias a los avances en el campo de la genética1. El descubrimiento de los oncogenes y los genes supresores permitió una mayor comprensión de los mecanismos responsables de la transformación maligna y ha llevado al desarrollo de pruebas específicas, útiles para el tamizaje de la población. Así mismo, al reconocer la naturaleza de los genes relacionados con la degeneración maligna de las células, es posible predecir el comportamiento de ciertos tumores3,4, tomando como base la presencia o ausencia de ciertas mutaciones, causas estas que nos motivó a conocer el comportamiento bioquímico del cáncer, analizar el desarrollo del ciclo celular y conocer cómo se comportan los receptores en el desarrollo de dicha enfermedad.
Genes y Cáncer El cáncer es una entidad genética y la mayoría de las neoplasias ocurren por errores puntuales en el ADN. Por lo general, una sola mutación es insuficiente para producir la transformación maligna, de modo que se necesitan varios generales alterados en forma secuencial para dar lugar a neoplasias establecidas.
moléculas en los mecanismos tendientes a conservar la integridad gnómica. En todos estos acontecimientos intervienen los oncogenes y antioncogenes que codifican para diversas proteínas, las cuales pueden clasificarse desde el punto de vista funcional en receptores de membrana, péptidos estructurales o reguladores ubicados en el citoplasma, factores de trascripción, elementos relacionados con el ciclo celular y compuestos encargados de reparar el ADN. Regulación del ciclo celular El ciclo celular está dividido en cuatro etapas: G1, C, G2 y M. En la fase G1 la célula funciona normalmente, pero en cualquier momento es capaz de iniciar el proceso de replicación. En el período S ocurre la síntesis de ADN y culmina con la duplicación completa de todo el genoma. Durante la fase G2 son reparados los errores producidos mientras el ADN es sintetizado y por último, dos células hijas con idéntico contenido genético. En algunos tipos de cáncer la reparación del ADN no es adecuada, debido a mutaciones en los genes que codifican para las proteínas encargadas de cumplir esta función. Ello sucede en el cáncer colorrectal hereditario no polipoide, donde han sido identificadas alteraciones en las secuencias genómicas MSH2, MLH1, PMS1 y PMS2. Los mismo es aplicable a algunos carcinomas en los genes BCRA1 y BCRA2. En los últimos meses han sido descubiertas 50 nuevas mutaciones en el gen BRCA1 y una nueva alteración ubicada en la secuencia MSH6, relacionada con el cáncer colorrectal hereditario no polipoide.
Algunos síndromes de herencia recesiva están relacionados con inestabilidad del ADN y una especial propensión a sufrir diversos tipo de neoplasias. Tales enfermedades también son causadas por defectos en los mecanismos de reparación del ácido nucleico. Las condiciones médicas en cuestión son la ataxia telangiectasia, el síndrome de Bloom, el xeroderma pigmentosum y la anemia de Fanconi. El paso de G1 a S y de G" a M es regulado por ciclasas y cinasas dependientes de ciclinas (CDK, del inglés cyclin-dependent kinases). El complejo ciclina B/cdk2 o factor promotor de la mitosis interviene en la transición entre G2 y M. Por su parte, la ciclina D/cdk4 y la ciclina E/cdk2 favorecen el viraje de G1 a S. Tales compuestos fosforilan el producto del gen Rb, activando de esa forma vías moleculares que promueven la transcripción genómica y la síntesis de ADN. En condiciones básales, el producto del gen Rb está hipofosforilado e inhibe la cascada enzimática necesaria para entrar en fase S, bloqueando factores como E2F y DP-1. Las personas con defectos en el antioncogen Rb pierden este mecanismo regulador y están predispuestas a sufrir ciertas patologías como retinoblastoma, osteosarcoma y otras neoplasias. Además, dicho gen es el blanco de algunos agentes infecciosos como el papilomavirus humano E7, relacionado con el carcinoma de cérvix Ciertos péptidos de pequeño tamaño inhiben las cdk. Entre ellos se encuentran 915, p16, p18, p21, p27, p57, Tales genes se encuentran alterados en varias entidades neoplásicas. Por ejemplo, el gen p16 está involucrado en el desarrollo de cáncer de páncreas, gliobastomas y tumores esofágicos, entre otros. Igualmente, el melanoma familiar se relaciona con alteraciones en los inhibidores de cdk4 y cdk6. Diversos compuestos, entre ellos interleucina 2, bloquean la producción de estos péptidos, promoviendo de esa manera el ciclo celular. Por el contrario, la inhibición por contacto, el AMP cíclico y el factor transformante de crecimiento ß, aumentan su producción y en consecuencia, detienen los mecanismos replicativos. Las ciclinas y cinasas dependientes de ciclina regulan el ciclo celular, mediante complejas vías enzimáticas. Mutaciones en tales moléculas se encuentran relacionadas con la génesis del cáncer. Uno de los inhibidores más importantes es p53; esta molécula es expresada cuando ocurre algún daño importante en el ADN e induce la transcripción de otros factores como p21, el cual detiene el ciclo celular en varios puntos, permitiendo que actúen los mecanismos de reparación del genoma. En casos extremos, cuando no es posible solucionar el daño genómico, p21 interviene favoreciendo los mecanismos de apoptosis o suicidio celular.
Con las deleciones en el gen p53 se pierden estos mecanismos protectores, de tal forma que no es posible evitar que otros genes sean alterados y con el tiempo, el daño genómico múltiple termina por trastocar los mecanismos que controlan la proliferación celular. Más de 50% de todas las neoplasias presentan alteraciones del gen p53, hecho que confirma su papel preponderante para evitar la transformación maligna.. .
Receptores y cáncer Diversas moléculas presentes en el medio actúan sobre receptores de membrana o citoplasmáticos e inducen una serie de fenómenos que dirigen el crecimiento, diferenciación o muerte de las células. En ocasiones tales estructuras receptoras demuestran un comportamiento anómalo, generando señales equivocadas que, en últimas,. Inducen la transformación maligna. Muchos oncogenes se encuentran relacionados con dicha disfunción, ya sea en los receptores mismos o en el sistema de mediadores intracelulares. Algunos receptores producen segundos mensajeros como calcio, diacilgliceron (DAG), inositol trifosfato (IP3), AMP cíclico (AMPc) o GMP cíclico (GMPc). Tales sustancias son producidas a través de un sistema complejo de reacciones de fosforilación y defosforilación, desencadenadas por las proteínas G. Toda esta secuencia de eventos confluye en la activación, por parte de AMP cíclico de la proteína cinasa A (PKA), la cual a su vez estimula los factores de transcripción de la familia CREB. De este modo, son transcritos numerosos genes que intervienen en el ciclo celular. Por su parte, diacilgliceron favorece la actividad de las enzimas cinasas de proteína del tipo C (PKC), que también promueven la acción de algunos factores de transcripción (como la cascada ras/MAP), IP3 incrementa los niveles de calcio intracelular, promoviendo de esa manera la activación de cinasas calcio/calmodulina dependientes (CaMK), que median diversos fenómenos genéticos. Ciertas mutaciones en los receptores pueden volver hiperactivas a las proteínas G.
Incrementando los niveles de AMPc y otros compuestos, aumentando la síntesis proteínica e induciendo fenómenos neoplásicos. De igual manera, alteraciones en los genes de mediadores citoplasmáticos o nucleares ejercen un efecto similar
moléculas receptoras genera una cascada de señales intracelulares con profundos efectos sobre el funcionamiento celular. Los receptores asociados a tirosina cinasas reconocen interleucinas (IL-2, IL.3, IL-4, IL-6, IL-7), factores hematopoyéticos diversos, interferón a y otras citosinas. Al menos tres familias de oncogenes están relacionados con dichas moléculas: cinasas src, cinasas syk y cinasas Janus. Los productos de dichos oncogenes intervienen en la activación de factores de trascripción y promueven la síntesis de otros genes que influyen sobre el comportamiento tumoral, Otras moléculas receptors son las asociadas a cinasas de serina/treonina, entre las cuales se destaca, por su implicación en cáncer, la que se liga a TGFß, así como un grupo de receptores vinculados a tirosina fosfatasas, que intervienen en la vía de src cinasas. Un caso particular: el gen APC La mutación del gen apc (Adenomatous Polyposis Coli) es responsable de la poliposis adenomatosa familiar. Una condición clínica caracterizada por cientos de pólipos en el colon, que con los años evolucionan hacia lesiones carcinomatosas. La proteína codificada por este gen regula diversos péptidos celulares, incluyendo b-catenina, la cual esta unida al dominio intracelular de E-cadherina, una molécula de adhesión intracelular. La inactivación del gen apc produce un acumulo anormal de b-catenina y permita que ésta forme.
Complejos con el factor de trascripción Tcf-4. determinando la síntesis de ciertos genes que alteran el ciclo celular. Por otra parte, el exceso de ß catenina, en virtud de su unión con E- cadherina, altera la estructura de las zónulas adherentes (Zonula adherens), que mantienen unidas las células entre sí, lo que lleva a alteraciones en los mecanismos de comunicación intercelular que van a favorecer la transformación maligna. Perspectivas terapéuticas basadas en oncogenes La información disponible en la actualidad alrededor de los oncogenes y antioncogenes permite desarrollar numerosas alternativas terapéuticas, algunas de las cuales ya están en fase de experimentación. A la luz de los reportes preliminares, publicados hasta la fecha, tales moléculas revolucionarán la terapéutica oncológica en un futuro cercano.
Por ejemplo, están siendo investigados anticuerpos destinados a bloquear los receptores ligados a enzimas o proteínas y en otra línea de experimentación, se han llevado a cabo progresos significativos en el desarrollo de inhibidores de las moléculas cdk los cuales, administrados por vía oral o parenteral, detienen el crecimiento de múltiples tumores. En igual sentido trabajan otros científicos, estimulando la actividad de moléculas como p53 o cbl, que inducen fenómenos de apoptosis en las células malignas.
El conocimiento alcanzado en los últimos años alrededor de la genética de cáncer es impresionante. Gracias a estos adelantos cada vez estamos más cerca de comprender el comportamiento de los tumores, anteriormente considerado caprichosos e impredecibles. Con el descubrimiento de secuencias genómicas específicas es posible pronosticar, en ciertas poblaciones, la posibilidad de sufrir cáncer en el futuro. Esto es especialmente válido para determinada neoplasias hereditarias como algunas variedades de cáncer de colon. Sin embargo, la implementación a gran escala de las pruebas de tamizaje es el centro de una amplia polémica, en la actualidad, pues las implicaciones psicológicas, sociales o laborales adversas sobrepasan, en muchas oportunidades. Las supuestas bondades de esta estrategia. Por eso se recomienda individualizar cada caso, proporcionar una adecuada asesoría psicológica antes de la prueba o preservar, ante todo, la confidencialidad del resultado.
Más de 50% de todos los tumores malignos presentan mutaciones del gen que codifica para la proteína p53, pieza clave en los procesos de reparación del material genético. El paso siguiente es traducir todos los conocimientos reunidos acerca de la genética del cáncer en herramientas efectivas que permitan prevenir o limitar el desarrollo de las neoplasias. Una de las posibilidades más atractivas es la ingeniería genética, por medio de la cual será posible restituir secuencias perdidas de antioncogenes o eliminar el material genético, aquellos fragmentos inductores de transformación maligna. No cabe duda que en los próximos años las bases sentadas hasta la fecha, revolucionarán la concepción y el manejo del cáncer.
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Transformaciones Bioqu铆micas durante la Fermentaci贸n de Productos Vegetales
LA BIOLOGÍA MOLECULAR COMO MODELO DE CIENCIA INTERDISCIPLINAR.
INTRODUCCIÓN. En este artículo se exponen algunas ideas básicas que pueden servir de ayuda para establecer el papel que debe jugar la Biología Molecular en la construcción de las Teorías Biológicas. La Biología Molecular tuvo su origen en la Genética Molecular que es una disciplina científica en la que confluyen la Bioquímica y la Genética y cuyo objetivo es tratar de explicar los procesos hereditarios en términos fisico-químicos. Actualmente, la Biología Molecular ha trascendido el ámbito de la Genética Bioquímica para ser la disciplina científica que tiene como finalidad investigar los procesos biológicos fundamentales mediante métodos fisico-químicos y por consiguiente utilizando como herramientas de trabajo la física y la química.
DISCIPLINAS CIENTÍFICAS QUE FORMAN PARTE DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR. El estudio mediante métodos fisico-químicos de la materia viva y los procesos biológicos engloba una serie de disciplinas científicas que pueden considerarse dentro del concepto general de Biología Molecular. 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.
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” ha quedado obsoleto ya que existe un grupo de veinticinco elementos químicos (sodio, potasio, magnesio, calcio, etc.) que, libres en forma de iones, o combinados en macrocomplejos, regulan espacial y temporalmente muchas de las interacciones entre biomoléculas.
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”. 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 físicoquímicas. 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).
BIOLOGÍA TEÓRICA Y BIOLOGÍA MOLECULAR. En vista de los recientes y espectaculares avances de la Biología Molecular en la comprensión de algunos fenómenos biológicos básicos, podríamos preguntarnos si realmente, ¿existe una “Biología Teórica” como Ciencia Biológica fundamental a semejanza de la “Física Teórica” o si podemos esperar que sea incorporada en un futuro no muy lejano al creciente cuerpo de conocimientos de la “Biología Molecular”. En otras palabras, se trata de responder a la siguiente pregunta: ¿es suficiente explicar los procesos biológicos elementales en términos fisico-químicos para permitirnos comprender toda la escala de los fenómenos biológicos?. El argumento podría ser apoyado con una referencia a la Historia de la Física. Parece que la Física Teórica sólo concierne a aquello que es más fundamental o elemental en un periodo científico particular, el átomo de Böhr-Rutherford en un tiempo, la física cuántica y las partículas subatómicas un poco más tarde, y la teoría de cuerdas en el presente. El empeño principal parece ser siempre ahondar en la comprensión de los últimos elementos, dejando la relación entre estos elementos y los sistemas físicos complejos tales como los que constituyen la física del estado sólido, la química supramolecular, etc. para especialistas que casi podrían ser denominados “meros ingenieros”. ¿Podrá la Biología Teórica, de una manera similar, centrar su atención sobre los procesos físico-químicos elementales de la vida estudiados por la Biología Molecular, y dejar todo el resto para la “categoría menor” de los ecólogos, fisiólogos, bioquímicos metabólicos, especialistas de la Historia Natural y semejantes?. Hay ciertos biólogos moleculares que parecen inclinados a contestar afirmativamente a esta pregunta. Sin embargo, la analogía entre Biología Teórica y Física Teórica implica una comparación entre dos teorías que se encuentran en etapas muy diferentes de su desarrollo histórico. Así, la teoría del mundo físico dispone ya de cómputos muy bien efectuados entre sistemas físicos altamente complejos y sus unidades elementales; ya se trate de ingenios artificiales, tales como los ordenadores y los autómatas; de la elasticidad térmica; de las reacciones de radicales químicos, etc. Por el contrario, las teorías generales que relacionan los fenómenos biológicos más complejos con las unidades elementales no son, en la actualidad, satisfactorias. De entre estas teorías, las más importantes son las que se refieren al origen de la vida, la evolución, el desarrollo de los organismos y el funcionamiento del cerebro, incluyendo la consciencia de los animales superiores.
Durante la primera mitad de este siglo, cuando las unidades más elementales conocidas por los biólogos eran los genes, estas teorías no llegaban a estar tan sólidamente establecidas como, por ejemplo, las teorías de la química durante el periodo en el que sus unidades fundamentales eran los átomos con sus valencias. Así, cuando el átomo de los químicos se transformó en una función de onda cuantizada, los físicos teóricos pudieron estar seguros de que los químicos tenían una teoría sólida a la que incorporar nuevas ideas. Pero, cuando el “anticuado gen” Mendeliano se transformó en una secuencia duplicable de bases nitrogenadas en el ADN que dirige el proceso: ADN→ARN→Proteína (“dogma central” de la Biología Molecular), los biólogos teóricos dudaron de que dispusieran de unas teorías bien establecidas de la evolución y del desarrollo en espera de ser enriquecidas, más bien que de ser empujadas al caos, por las nuevas concepciones. La Biología está todavía en el proceso de creación de sus teorías “desde las unidades elementales hacia lo complejo” aunque, al mismo tiempo, está logrando avances rápidos en el análisis de sus unidades. Pero, por sí mismo, el análisis de los elementos esenciales no es suficiente hasta que el aparato intelectual para construir hacia lo complejo esté más desarrollado.
PROBLEMAS RELACIONADOS CON LA MULTIDISCIPLINA EN LA INVESTIGACIÓN EN BIOLOGÍA MOLECULAR. EL CASO DE LA LÓGICA DEDUCTIVA. A lo largo de este artículo se ha indicado reiteradamente que la herramienta fundamental de trabajo de la Química-Física como disciplina troncal de la Biología Molecular es la matemática. Sin embargo es conveniente no olvidar que la matemática también tiene sus dificultades cuando se aplica a otras disciplinas de forma indiscriminada. En este apartado vamos a centrarnos en los problemas que el uso de la de esta disciplina pudiera acarrear en la interpretación de los datos experimentales. Al igual que la propia, toda disciplina está en un continuo proceso de renovación y actualización por lo que es fundamental cuando se hace uso de la misma conocer hasta que límites podemos llegar cuando hacemos uso de ella como herramienta de modelado. Como ejemplo de lo que decimos nos centraremos en un aspecto importante que la lógica deductiva deja sin solución en Biología Molecular. Nos estamos refiriendo al problema del plegamiento de las proteínas.
El científico actual, en general, suele estar convencido de que la naturaleza es consistente y completa al mismo tiempo; consistente en el sentido de que los fenómenos naturales están bien definidos en cada instante y completa en tanto en cuanto se cree imposible que surja un estado físico sin razón alguna. Es decir, que existe una causa para cada efecto. Sin embargo, la dependencia de la ciencia respecto a la matemática deductiva, creemos constituye un obstáculo para nuestra capacidad de respuesta a algunas cuestiones relacionadas con el mundo natural. Un ejemplo de ello lo constituye el problema del plegamiento de las proteínas. Las proteínas están formadas por secuencias lineales de aminoácidos. Cuando tales secuencias se hayan dispuestas en la sucesión correcta la proteína se pliega rápidamente adoptando una estructura tridimensional específica en grado sumo y característica de su función en el organismo. Hace unos años se demostró que la formulación matemática del problema del plegado de las proteínas era de difícil cómputo. Un potente ordenador tardaría en dar la solución correcta para el plegado correcto de una proteína pequeña de unos 100 aminoácidos en torno a los 10127 años. Pero entonces ¿cómo resuelve la naturaleza este problema?. Un detenido examen del procedimiento seguido para tratar de dar solución al problema del plegado de la proteína muestra que en realidad la solución se obtiene de una representación matemática del problema y no del problema mismo. Así la conclusión de que el plegamiento de una proteína es un problema difícil de computar no entra en la cuestión de cómo se las arreglan las proteínas para llevar a cabo su repliegue en segundos y no en miles de millones de años. El ejemplo muestra claramente que si queremos buscar en el mundo real cuestiones imposibles de responder de una manera científica hemos de establecer una clara distinción entre el mundo de los fenómenos naturales y el de los modelos matemáticos de tales mundos. Hay que tener presente que los entes del mundo natural son magnitudes directamente observables (tiempo, posición,...) o deducibles de éstas (momento, energía,...) mientras que los entes del modelado matemático no son mas que representaciones simbólicas de estas magnitudes observables del mundo natural. El mundo de la computación ocupa sin embargo una curiosa posición ya que tiene un pie apoyado en el mundo natural y el otro en el mundo de los objetos matemáticos abstractos. Ahora bien, si concebimos la computación como un conjunto de reglas que hay que cumplir, un algoritmo, entonces el proceso de computo solo será de naturaleza matemática y pertenecerá al mundo de los objetos simbólicos. Pero hay mas, la matemática, como sistema de inferencia deductiva, no permite dar respuesta a todas las preguntas concernientes a los números naturales como establece el teorema de incompletitud de Gödel. Por otra parte, se ha observado que existen proposiciones aritméticas cuya veracidad nunca puede quedar establecida por medio de un sistema de reglas deductivas como puso de manifiesto G. J. Chaitin de IBM. A la misma conclusión llegó A. M. Turing para un algoritmo cualquiera de ordenador. Es necesario subrayar que todas estas restricciones se ponen de manifiesto para sistemas numéricos con infinitos elementos. Sin embargo, en muchos de los problemas que plantea la naturaleza de los calificados como de difícil cómputo intervienen en realidad un número finito de variables cada una de las cuales adquiere un número finito de valores.
Por último, es posible que los estudios sobre la mente nos enseñen como evitar los límites impuestos por la lógica. Hay gente que piensa que el cerebro humano actúa como un ordenador muy perfeccionado mientras que hay otra gente que sostiene que la actividad cognitiva humana no se basa en reglas de deducción conocidas y que no está sujeta a las limitaciones expuestas anteriormente. De hecho, nosotros creemos que la capacidad de la ciencia para desvelar los secretos de la naturaleza está limitada por una multitud de consideraciones practicas pero también creemos que ninguna guarda relación con la existencia de barreras lógicas que impidan dar una respuesta a un problema real. La investigación multidisciplinar debería funcionar de la misma forma en que la mente aborda los problemas concretos, para cuya solución, recoge información que considera importante de muchos ámbitos distintos aparentemente desconectados para dar una respuesta adecuada y rápida que suele ser correcta la mayor parte de las veces.
CONCLUSIONES Algunos biólogos moleculares, tienden a reaccionar a las críticas de los biólogos teóricos y filósofos de la ciencia diciendo: “Sabemos, por supuesto, que la teoría biológica general es aún pobre; tendrá que esperar hasta que podamos suministrarle las respuestas correctas, que serán respuestas moleculares. ¿De que otra cosa, sino de moléculas, se dispone para construir los sistemas biológicos?”. Aunque esta afirmación no puede considerarse, en principio, incorrecta, el punto importante acerca de las respuestas no es si han de venir o no en términos moleculares; lo importante es si constituyen respuestas válidas a las cuestiones biológicas fundamentales. Es sólo en relación con la Biología Teórica donde un biólogo molecular puede esperar hacer conjeturas acerca de cuáles de los numerosos problemas que puede considerar serán probablemente de importancia fundamental y no de una importancia meramente táctica. Es decir, ¿cuál es la importancia, para la biología teórica que las unidades básicas del material genético (que pudiesen ser aplicables a otros planetas con vida) sean los nucleótidos en lugar de los aminoácidos, como de hecho fue la primera suposición de la mayor parte de los biólogos moleculares? La teoría biológica general sugiere que cualquier sistema genético (genotipo) que pueda evolucionar por selección natural requiere un almacenamiento de memoria bastante estable, y en consecuencia será poco reactivo, aunque el fenotipo del organismo esté más dispuesto a reaccionar con el medio ambiente.
Quizá este enfoque fenomenológico de la Biología Molecular actual se deba a que muchos de los investigadores que trabajan en este campo poseen un buen nivel técnico-experimental en su disciplina pero carecen de una formación fisico-química adecuada. Merece la pena citar lo que escribió Severo Ochoa en su autobiografía: “Creo que si hubiera de empezar de nuevo mi vida, volvería con la Química más bien que con la Medicina. Siempre me he sentido obstaculizado por la falta de una formación sólida en Química”. Por su parte, su discípulo Körnberg escribió también en su biografía: “Durante los seis meses que intenté aprender Enzimología con Ochoa me di cuenta de mi gran falta de conocimientos en Química Orgánica y Química-Física, por lo que decidí matricularme en los cursos de verano que ofrecía la Universidad de Columbia”. El pensamiento de Ochoa y su discípulo Körnberg podría resumirse en la célebre frase de Claudio Galeno (129-200 D.C.) en la que reflexionaba sobre las bases teóricas de la terapéutica farmacológica: “Los empíricos dicen que todo se encuentra a través de la experiencia. Sin embargo, nosotros opinamos que es mitad experiencia y mitad teoría lo que posibilita un descubrimiento. Ni la experiencia sola ni la teoría sola son suficientes para descubrir todo”. Para finalizar, esperamos que este articulo sirva como punto de encuentro para la reflexión entre matemáticos, informáticos, físicos, químicos, biólogos, médicos, farmacéuticos, y todos aquellos profesionales de la investigación que centran su actividad en el estudio de aspectos teóricos o moleculares de la Biología.
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CÉLULA VEGETAL
INTRODUCCION La parte de la Botánica que se especializa en el estudio de la Célula es la Citología Vegetal. El estudio de la célula es de gran importancia, puesto que es la unidad de estructura, el asiento de los procesos fisiológicos vitales del organismo y, en el caso de las células reproductoras, de la transmisión de los materiales hereditarios de una generación a otra. Cada una de las células vegetales es, al menos en parte, autosuficiente, y está aislada de sus vecinas por una membrana celular o plasmática y por una pared celular. Membrana y pared garantizan a las células la realización de sus funciones; al mismo tiempo, unas conexiones citoplásmicas llamadas plasmodesmos mantienen la comunicación con las células contiguas.
OBJETIVOS Profundizar en el conocimiento y manejo de la unidad anatómica y fisiológica que es la célula. Observar en su medio a células vivas y muertas. Distinguir a simple vista tanto tricomas como a otras partes de las células vegetales que son importantes en su funcionamiento. REVISION LITERARIA Leeuwenhoek fue quien hizo las primeras observaciones de la célula, pero no se le dio crédito, posteriormente Robert Hooke en 1665 al perfeccionar el microscopio observo en el corcho numerosas cavidades y los denominó células por el parecido que presentaban con las celdillas de un panal. Se distinguieron en esos trabajos Grew (1672) y Malpighi, quien comprobó la presencia de células en muchos vegetales. En los comienzos del siglo XIX numerosos científicos interesados en el campo multiplicaron las investigaciones y comprobaciones al respecto, lo que dio origen a la Teoría celular vegetal de Matías Schleiden en 1938, en la cual se dice que todos los vegetales están formados por células. Estructura En la célula vegetal se distinguen tres partes esenciales: la cubierta exterior, el cuerpo celular y los orgánulos. Lo primero que se observa es la pared celular, que esta constituida químicamente por moléculas de celulosa, otras sustancias (glúsidos) y la mas importante que puede estar entre el 10% al 95% que es el agua quien origina una fuerza de tensión o contrapresión equivalente y de sentido contrario, que se opone a la mayor expansión de la célula. Las funciones que cumple la pared celular son las siguientes: - Protección de la parte viva - Absorción de alimentos - Sirve como soporte mecánico o esqueleto de la planta - Permite un intercambio entre las células y su entorno (aunque este se encuentra limitado por las porosidades de las paredes celulares. El cuerpo celular o citoplasma, es el protoplasma celular, es semilíquido con granulaciones (condriomas. En él tienen lugar la mayor parte de las reacciones metabólicas de la célula. Está compuesto por el citosol, una solución acuosa concentrada que engloba numerosas estructuras especializadas y orgánulos. Los orgánulos, por último, son de formas y estructuras muy diversas: microtúbulos que constituyen un esqueleto interno (citoesqueleto), ribosomas, retículo endoplasmático, aparato de Golgi, vesículas, vacuolas, plastidios, mitocondrias y el núcleo celular, que es el elemento rector de la vida de la célula.
Morfología Formas: Definida, en las provistas de membrana. Variable, en las zoosporas. 1. Poliédricas o Isodiamétricas: en los óvulos y parénquimas. 2. Aplanadas o Discoidales: en las células epidérmicas. 3. Alargadas o Prosenquimanicas: en los tejidos de conducción. 4. Proteiformes Tamaño Son muy pequeños, tanto que la unidad de medida que se emplea para medirlas es el micrón, igual a un milésimo de milímetro. PROCEDIMIENTOS En el caso de la cebolla se hace un corte longitudinal de un medida promedio de medio centímetro luego se pone en l portaobjetos y posteriormente se coloca el portaobjetos, se pone unas gotas de agua y se lleva a observación, luego se coloca un o dos gotas de azul de metileno en un extremo inclinándolo y del otro extremo se coloca una toalla de papel para que recorra más rápido por la muestra y así también elimina el exceso de azul de metileno. Para el caso del geranio se hace un corte en la epidermis de la hoja y se la saca con las pinzas de la pone en agua y se coloca en el portaobjetos y se cubre con el cubreobjetos y así se le lleva a observación. En el caso del corcho y el gomero se sigue el mismo procedimiento la diferencia es que hay que hacer cortes finos. OBSERVACIONES Y RESULTADOS Para observar las células muertas del corcho hay que hacer cortes muy de los gados y mientras más finos sean mejores, porque al observar se puede tener ciertas complicaciones, por ejemplo que se observan una sobre otra lo que hace difícil distinguirlas individualmente. Son células poliédricas, parecidas a panales de abejas, tiene un color muy particular. Las células de las cebollas tienen las paredes celulares muy distinguibles del resto de la célula y más aun con azul de metileno, están en posiciones que se notan ordenadas a simple vista y son transparentes. Las Células de gomero se encuentran sin un orden fijo, transparentes con tono medio verdusco, tienen ciertas cavidades que atraviesan a la hoja. En las hojas de geranio que llevamos a observación pudimos ver las tricomas que tienen la similitud a pequeños puentes que van por encima de las células conectado una con otras más lejanas, están son transparentes y no muy fácil de identificarlas con objetivo de bajo aumento, las células del geranio tienen forma poliédrica y su núcleo aún puede ser reconocido.
CONCLUSIONES La célula en más compleja de lo que muchos creemos por la carencia de algunas características en unas y las diferencias que podemos encontrar, que la correcta preparación de estos es muy importante para su debida observación, también la debida limpieza de el portaobjetos y el cubreobjetos y es necesario saber también donde podemos encontrar un tipo de célula y estructura. BIBLIOGRAFIA BRIAN BRACEGIRDIE Y PATRICIA H. MILES, (1975) Atlas de Estructura vegetal, 1ª Edicion. Editor Alvarado Rafael. Madrid - España. Pág. 37 - 39 RODRIGUES M. (2000), Morfología y Anatomía Vegetal, Editor M. Rodríguez. Cochabamba - Bolivia FUSTER, PATRICIO ESTEBAN, (1965). Celulas y tejidos Vegetales. Ed. Kapelusz, Buenos Aires- Argentina. Pág. 166 - 177 HILLIBEN (1967), Plantas celulares, Edicion Omega, Barcelona - España. Pág 33 - 42 Biblioteca de Consulta Microsoft® Encarta® 2003. © 1993-2002 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos. JORGE VIDAL (1938), Curso de Botanica, 1ª Edicion. Editorial Bruño. Lima - Perú. Pág. 16 - 20.