Biofísica I FÍS.

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Física

ESTUDIO GENERAL. Ciencia que se ocupa del estudio de las distintas funciones biológicas y de la orga

nización y estructura de la materia viva mediante el uso de técnicas físicas, al mismo tiempo que interpreta los fenómenos biológicos a la luz de las ideas y conocimientos de la Física y de la Fisicoquímica.

Mientras que para algunos autores lo que marca el objeto de esta ciencia es la aplicación de técnicas físicas a la investigación biológica, otros se inclinan a dar una mayor preponderancia a la utilización de conceptos e ideas de la Física y Fisicoquímica en un intento de comprender mejor las propiedades de la materia viva. Según el fisiólogo A. V. Hill, es precisamente la combinación de ambos puntos de vista, con una primacía de las ideas, lo que va dando forma y contenido a la B.

La B. es una ciencia relativamente reciente, de la que quizá pueda decirse propiamente que en la actualidad se encuentra en el proceso de su nacimiento. Esta situación se refleja en el desacuerdo que existe entre algunos autores en lo que se refiere a su contenido. Sin embargo, la atención de la mayoría de los tratadistas se centra en dos temas, que a su vez se encuentran íntimamente relacionados entre sí: de un lado, los fenómenos y sistemas biológicos y, de otro, las propiedades químicas y físicas de las moléculas presentes en los seres vivos. El estudio de esta temática desde el punto de vista de la B. ha llevado como consecuencia a una nueva consideración de la Biología, en que se rompen barreras que en tiempos pasados separaban distintas ciencias. Muchos de los grandes descubrimientos científicos realizados en los últimos años difícilmente podrían encuadrarse de modo exclusivo dentro de la Física, o de la Química o de la Biología. Esta conjunción de distintas disciplinas se refleja cada día más en la investigación que actualmente se lleva a cabo en muchos laboratorios; así, al mismo tiempo que se producen nuevos avances científicos, se va enriqueciendo y perfilando mejor el contenido de la B.

E. J. Casey ha presentado una clasificación de la B. en la que considera los siguientes apartados: a) La B. física, que estudia los fenómenos mecánicos, la hidrostática y la hidrodinámica, la percepción de la luz y del sonido en los seres vivos, así como la interacción de distintos tipos de radiaciones con la materia viva. b) La B. f isicoquímica, que se ocupa del estudio de las macromoléculas, de la energética y de la cinética y de los mecanismos de procesos biológicos, tales como el flujo osmótico y el balance hídrico. c) La B. fisiológica, que estudia principalmente los fenó? menos bioeléctricos, tales como los que están asociados con la actividad del cerebro y del corazón. d) La B. matemática, que incluye el, estudio de la bioestadística, y la aplicación de las ideas de la cibernética y del funcionamiento de los computadores en un intento de comprender algunos aspectos de los fenómenos biológicos.

Las técnicas biofísicas. Muchas de las sustancias presentes en los seres vivos, tales como las proteínas, los ácidos nucleicos y algunos polisacáridos, están constituidas por moléculas gigantes, de elevado peso molecular. Estas macromoléculas están formadas a su vez por unidades moleculares más pequeñas (v. BIOQUÍMICA); a causa de su tamaño, exhiben propiedades nuevas y que no corresponden a la conjunción de las propiedades de las unidades que las constituyen. En ello juega un papel muy importante la disposición de esas moléculas en el espacio, la orientación de sus átomos y la relación de unos con otros. La estructura y disposición espacial de proteínas y ácidos nucleicos ha sido revelada gracias a la aplicación de técnicas de difracción de rayos X. Hoy día se conoce ya con todo detalle la estructura tridimensional de varias proteínas, entre las que se encuentran la hemoglobina y la mioglobina. Los estudios realizados sobre el ADN (ácido dexorribonucleico) con la técnica de difracción de rayos X han puesto de manifiesto su estructura de doble helicoide; estos descubrimientos han llevado a conocer el mecanismo mediante el cual se duplican los caracteres genéticos.

En la actualidad, además de la técnica de difracción de rayos X, se utilizan muchas otras técnicas físicas para el estudio de las estructuras de las biomoléculas y de las interacciones entre ellas. Especial mención merecen la espectroscopia ultravioleta e infrarroja, de uso bastante generalizado en los laboratorios de investigación biológica; de uso más reciente son las técnicas de espectroscopía (v.) de resonancia magnética nuclear y la de espectroscopía de resonancia del spin electrónico.

En el conocimiento de la ultraestructura de la célula ha sido decisiva la utilización del microscopio electrónico. Con los instrumentos más modernos ha sido posible alcanzar poderes de resolución de alrededor de los 2 A (angstroms, 1 A=108 cm.), poderes de resolución que han rebasado ampliamente el límite de los 2.000 A a que puede llegarse con el más elaborado microscopio de luz. La mieroscopía electrónica ha hecho posible el descubrimiento de los ribosomas, estructuras intracelulares donde tiene lugar la síntesis de las proteínas. También gracias a la mieroscopía electrónica ha podido estudiarse la estructura fina de las mitocondrias, orgánulos intracelulares donde se sintetiza el ATP (ácido adeníntrifosfórico), auténtico acumulador de la energía química de la célula. La estructura de los virus y muchos aspectos de la infección vírica han sido esclarecidos también mediante el uso del microscopio electrónico.

Una gran variedad de procesos biofísicos se investigan activamente en muchos laboratorios. Entre ellos merecen especial mención los siguientes: el proceso de la visión, en el que la energía luminosa se transforma en energía eléctrica; la contracción muscular, en la cual la energía mecánica se logra a expensas de transformaciones químicas; el proceso primario de la fotosíntesis (v.), en el que la energía luminosa se aprovecha directamente para la síntesis química; la función mitocondrial, mediante la cual se aprovecha la energía liberada en los procesos oxidativos para la síntesis del mediador energético de la célula, el ATP; la bioluminiscencia, fenómeno que exhiben algunos seres vivos, entre los que se encuentran ciertos insectos, algas, hongos y bacterias, durante el cual se produce una conversión de energía química en energía luminosa. Todos estos procesos dependen de estructuras altamente organizadas que al alterarse afectan la capacidad de conversión energética. También tienen en común todos los fenómenos citados una nueva faceta; en todos ellos se verifica una migración de electrones. Este nuevo aspecto ha hecho centrar la atención de los científicos en las propiedades electrónicas de las moléculas que intervienen en estos procesos biológicos, lo que ha llevado a hacer un uso cada vez más amplio de ideas y conceptos de la mecánica cuántica en el campo de la B.

El creciente desarrollo de esta nueva ciencia ha de llevar sin duda a descubrimientos que ayudarán a resolver muchos de los problemas que hoy tiene planteados la moderna Biología.

E. SANTIAGO CALVO.

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