Biología Molecular BIOL.

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Biología

Es la ciencia que estudia las estructuras y reacciones moleculares que constituyen la base de los fenómenos biológicos. La B. clásica, al estudiar los seres vivos en sus múltiples facetas, ha dado origen a otras ciencias afines que centran su atención en algunos aspectos determinados de la vida: la Bioquímica, la Biofísica, la Genética, la Zoología, la Botánica, etc. Recientemente, con el descubrimiento de nuevas técnicas de investigación, se han abordado, con éxito creciente, numerosos enigmas de los fenómenos biológicos cuya resolución sobrepasa las fronteras de la B. Podríamos definir la B. m. como una ciencia extraordinariamente joven que coordina los conocimientos aportados por las otras ciencias experimentales y de la naturaleza, explicando el comportamiento de los seres vivos a nivel submicroscópico, es decir, por las propiedades físicas, químicas y biológicas de las moléculas que los integran.

Al estudiar el comportamiento biológico de las moléculas que componen las células vivas, la B. m. 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, cte.) 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 B. m. 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 molecular.

Los métodos que emplea esta nueva ciencia son fundamentalmente los mismos que la Biofísica, Bioquímica, y B. Utiliza los análisis químicos, cualitativo y cuantitativo, los conocimientos de la Química orgánica, la B. 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 A; 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 de la Biología molecular. 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 B. m. Veamos, p. ej., el estudio de los genes. Las clásicas leyes de Mendel (v.) tienen su explicación inmediata en el conocimiento morfológico y funcional de los cromosomas (v.). Pero cuando deseamos saber la composición y forma de actuación de un gen (v. GENÉTICA I) 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 (v. CÓDIGO GENÉTICO).

Al matizar la posibilidad de sintetizar una enzima (v.) 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 (v.) 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 enzimaproteína. Todos estos temas son objeto de estudio de la B. m.

Pero hay más; la proteína (v.), 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 cinéticamente 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 B. m. 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 B. m. Las mutaciones producidas por agentes físicos rayos. X, rayos gamma, calor, etc: o químicos sustancias mútagénicas 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 hipo fisarias o insulina se induce el grado de proximidad fila genética, al demostrarse la evolución de la proteína por mutaciones progresivas. Multitud de fenómenos genéticos como la selección natural, adaptación al ambiente, diferenciación de las especies, etc., tienen su última explicación a nivel molecular. Por último, la B. m. 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 B. m. sea una ciencia completa ni perfectamente elaborada. Todo lo contrario; los nuevos descubrimientos, al resolver una incógnita plantean muchos más interrogantes que son obje= to 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.

JOSÉ M. MACARULLA.

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