Química biológica.
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Química Biológica. Describe, en términos moleculares, aquellas estructuras, mecanismos y procesos químicos compartidos por todos los organismos y proporciona los principios de organización que subyacen en todas las diversas formas de vida; principios a los que nos referiremos colectivamente como lógica molecular de la vida. La Química Biológica se centra, en los procesos que ocurren a nivel molecular. Es decir, a lo que está sucediendo dentro de nuestras células, estudiando componentes como proteínas, lípidos y organelas. También examina cómo las células se comunican entre sí. Es necesario comprender cómo la estructura de una molécula se relaciona con su función, permitiendo de esta manera predecir cómo interactuarán las moléculas.
Sumario
Historia
La química biológica o fisiológica, surgió a partir de las investigaciones de fisiologistas y químicos sobre compuestos y reacciones químicas en seres humanos y plantas el siglo XIX.
El término bioquímica fue propuesto por el químico y médico alemán Carl Neuberg (1877-1956) en 1903, aunque desde el siglo XIX grandes investigadores como Wohler, Liebig, Pasteur y Claude Bernard estudiaran la química de la vida sobre otras denominaciones.
El primer instituto de investigación estructurado y vuelto únicamente para la química de la vida surgió en 1872, como Instituto de Química Fisiológica de la Universidad de Strasbourg mientras que en 1880 la Universidad Norteamericana de Yale Estruturou, impartió los primeros cursos regulares de química fisiológica. Alrededor de 1899, cuando la universidad inglesa de Cambridge creó el laboratorio de química dentro del departamento de fisiología, ayudado por Frederick Gowland Hopkins,primer profesor de bioquímica de la Universidad de Cambridge, y también fundador de la bioquímica inglesa.
La química de la vida ya estaba establecida como ciencia, bajo diferentes denominaciones. Entre los momentos más importantes de la historia de la bioquímica, se destacan:
- Anselme Payen, en 1893 descubrió la primera enzima, la diastasa.
- Friedrich Wöhler, en 1828 publicó un artículo acerca de la síntesis de urea, probando que los compuestos orgánicos pueden ser creados artificialmente, en contraste con la creencia, comúnmente aceptada durante mucho tiempo, que la generación de estos compuestos era posible sólo en el interior de los seres vivos.
Desde entonces, la bioquímica ha avanzado, especialmente desde la mitad del siglo XX con el desarrollo de nuevas técnicas como la cromatografía, la difracción de rayos X, marcaje por isótopos y el microscopio electrónico. Estas técnicas abrieron el camino para el análisis detallado y el descubrimiento de muchas moléculas y rutas metabólicas de las células, como la glucólisis y el Ciclo de Krebs (denominado así en honor al bioquímico Hans Adolf Krebs).
Los avances de la bioquímica son usados en cientos de áreas, desde la genética hasta la biología molecular, de la agricultura a la medicina. Probablemente una de las primeras aplicaciones de la bioquímica fue la producción de pan usando levaduras, hace 5.000 años.
El pilar fundamental de la investigación bioquímica se centra en las propiedades de las proteínas, muchas de las cuales son enzimas. Por razones históricas la bioquímica del metabolismo de la célula ha sido intensamente investigado, en importantes líneas de investigación actuales (como el Proyecto Genoma, cuya función es la de identificar y registrar todo el código genético humano), se dirigen hacia la investigación del ADN, el ARN, la síntesis de proteínas, la dinámica de la membrana celular y los ciclos energéticos.
Objeto de estudio
- Síntesis asimétrica por ejemplo, mediante el desarrollo de métodos para la síntesis enantioselectiva de β-aminoácidos, β-lactamas y β-péptidos. Además, se trabaja en el desarrollo de nuevos organocatalizadores derivados de la (S)-prolina, así como en la optimización de su actividad mediante el empleo de líquidos iónicos quirales. Así mismo, en nuestro grupo se ha descrito el uso de la α-feniletilamina como agente que permite la resolución de alcoholes quirales, la derivatización de sustratos para la determinación de su pureza enantiomérica, como auxiliar quiral en la preparación de compuestos enantioméricamente puros, y en la formación de catalizadores quirales.
- Química “verde especialmente mediante el uso de fuentes alternas de energía como son las microondas y la mecanoquímica, y a través del desarrollo de reacciones químicas en condiciones libres de disolvente. Así mismo, se han desarrollado novedosas técnicas mecanoenzimáticas para llevar a cabo la resolución de diversos compuestos quirales con actividad biológica.
- Síntesis y aplicación de péptidos no naturales, por ejemplo en la preparación de acarreadores de agentes terapéuticos y en péptidos resistentes a la hidrólisis enzimática con potencial en el control de la garrapata y del mosquito que transmite la enfermedad del dengue. Además, se han sintetizado análogos beta de la L-Dopa, un fármaco esencial en el tratamiento de la enfermedad de Parkinson.
- Fisicoquímica orgánica con énfasis en el análisis conformacional, que es importante para entender los mecanismos básicos operantes en las moléculas orgánicas y en sistemas biológicos. Por ejemplo, el efecto anomérico es un fenómeno responsable del camino que una gran variedad de reacciones químicas toma lugar, así como de la conformación preferida en azúcares, polisacáridos y otras sustancias de interés biológico.
Relación biología y química
Los seres vivos, a pesar de su enorme complejidad, son susceptibles de un análisis físico-químico, al igual que otras sustancias. Este hecho marca la confluencia entre la Biología y la Química, que tiene como fruto natural la Bioquímica, ciencia cuyo fin es la Biología y cuyo medio de trabajo es la Química, y que se ha desarrollado poderosamente durante la segunda mitad del siglo pasado.
Trata de hacer un análisis químico de los componentes de los seres vivos que pueda explicar su funcionalidad biológica. Otras ramas de la Química (Orgánica, Inorgánica, Química Física, Analítica, Ingeniería Química) utilizan a veces como objeto de estudio determinados productos naturales y derivados.
Prueba evidente de la enorme relación de la Química con la Biología es el hecho de que alrededor del 40 % de los premios Nobel de QUÍMICA concedidos en la segunda mitad de siglo son a estudiosos de temas biológicos, principalmente bioquímicos.
La Biotecnología constituye hoy un área de gran actividad y actualidad relacionada con la Biología, la Química y la Bioquímica y puede definirse como la utilización de los seres vivos o sus componentes para la producción de bienes o servicios.
Además de lo dicho anteriormente, hay que mencionar las numerosas áreas de trabajo de los Químicos en los sectores industrial, sanitario, alimentario, medioambiental y energético, que demandan en la actualidad la utilización de conceptos y procesos biológicos.
- El metabolismo es la reacción química que ocurre en los organismos vivos. La descomposición de las sustancias complejas en una forma más simple se llama catabolismo.
- El metabolismo incluye actividades anabólicas y catabólicas que son fenómenos puramente químicos.
- Los organismos vivos tienen sustancias químicas orgánicas e inorgánicas que influyen en sus vidas.
- El ADN y ARN son los materiales genéticos que también están compuestos de una sustancia química.
- La energía transferida al cuerpo por las sustancias químicas orgánicas como las proteínas, las grasas, los carbohidratos etc.
- Las enzimas, las hormonas y otros fluidos corporales son exclusivamente sustancias químicas.
- Mutación, variación, recombinación genética etc. son de base química.
Relación de la biología y la física
La biofísica se ocupa del estudio de los principios de la física, que son aplicables a los fenómenos biológicos. Por ejemplo, hay una similitud entre los principios de trabajo de la palanca en la física y las extremidades de los animales en la biología.
La biología es el estudio de los organismos vivos. La física es el estudio de la materia y las leyes de la naturaleza para entender el comportamiento de la materia y el universo.
La Sociedad de Biofísica explica que, cuando los científicos combinan la física y la biología, aprenden más sobre los sistemas biológicos a nivel molecular o atómico. Al adoptar un enfoque cuantitativo para cuestiones biológicas, un científico gana una mejor comprensión de los patrones que se producen en los organismos vivos.
La física proporciona la base para la biología. No existirían los organismos vivos sin los componentes que conforman el universo, el espacio, la materia, la energía y el tiempo. El físico Richard Feynman dijo que todo en la tierra está hecho de átomos, unidades básicas de la materia, que se mueven constantemente.
Dado que la biología tiene su fundamento en la física, que aplica las leyes físicas naturales para el estudio de los organismos vivos, de acuerdo al Muskegon Community College.
Por ejemplo, la física ayuda a explicar cómo los murciélagos utilizan ondas sonoras para navegar en la oscuridad y cómo dan a los insectos la capacidad de moverse a través del aire.
Muchas flores arreglan sus semillas o pétalos en una sucesión de Fibonacci para maximizar la exposición a la luz y nutrientes. En algunos casos, la biología ayuda a demostrar las leyes físicas y teorías. Feynman afirma que la biología ayudó a los científicos a llegar a la ley de conservación de la energía.
- Algunas actividades fisiológicas como la transpiración, evaporación, conducción de agua y sales son un fenómeno físico.
- El proceso de vida más importante en las plantas es la fotosíntesis que está relacionada con la luz solar, un factor físico.
- La mayoría de las técnicas e instrumentos de laboratorio como el microscopio, rayos X, quimioterapia etc. están relacionadas con la física.
- Algunos de los factores de la física como la fuerza, presión, energía etc. tienen la aplicación en la biología.
Relación biología y sociología
El estudio de la conducta humana, la relación social y las relaciones antisociales necesitan una idea de la ciencia biológica. Por ejemplo, la investigación sobre criminales requiere el estudio del sistema nervioso humano y el estudio de glándulas, hormonas, etc. También requiere el conocimiento de los principios de la herencia, estudio genealógico, etc.
- La sociología es el estudio de la sociedad y las relaciones sociales.
- La antropología es la rama de la sociología que trata de lo humano relacionado con el origen, la distribución, la relación, la cultura, etc.
Relación biología y geología
El estudio del tipo de roca del suelo sería incompleto sin el estudio de fósiles encontrados en ellos.
Relación entre la biología y matemática
Las matemáticas están relacionadas con todo y, sobre todo, con todas las ciencias naturales, incluida la biología. Las leyes de la herencia, uno de los mayores descubrimientos en biología que abre el camino a la revolución del ADN, fue posible debido a la sólida formación de Mendel en matemáticas.
Se trata del estudio de procesos biológicos utilizando técnicas y herramientas matemáticas. Tiene aplicaciones prácticas y teóricas en la investigación biológica. Por ejemplo, para analizar los datos recogidos después del trabajo experimental, los biólogos tienen que aplicar las reglas de las matemáticas.
La interacción entre las matemáticas y las ciencias biológicas incrementó rápidamente en años recientes. Temas como dinámica de poblaciones o modelación de enfermedades hacen de la biomatemática un campo excitante y en constante crecimiento. Esta ciencia no tiene un espacio claramente demarcado, lo que constituye su principal virtud.
Un modelo matemático es una representación de la realidad mediante una expresión, que incorpora aspectos fundamentales de cierto fenómeno y deja afuera aspectos irrelevantes. Por ejemplo, en un esquema que describe la relación entre el tamaño de una especie y su edad, es necesario conocer la tasa anual de crecimiento, pero no el color de la especie.
Hoy contamos con gran variedad de modelación matemática en campos de la neurofisiología, ecología, genética de poblaciones y biología del desarrollo, por mencionar algunos ejemplos.
Relación entre biología y economía
Estudia los organismos desde el punto de vista económico. Incluye el estudio de la rentabilidad y viabilidad de los proyectos biológicos. Por ejemplo, el valor de coste y el valor del beneficio del rendimiento del trigo se pueden calcular a través de la bioeconomía y se pueden determinar los beneficios o las pérdidas.
Enlaces externos
- Blanco, A. (2000). Química Biológica. 7ª edición. Buenos Aires: Editorial Ateneo.
- Curtis H., Barnes N. S. (2001). Invitación a la Biología. 5ª edición. Editorial Medico Panamericana.
- Harper. (s.a). Bioquímica ilustrada. Murray R., Bender D., Botham K., Kennelly P., Rodwell V., Weil A.
- Lehninger, A. (2005). Principios de Bioquímica. Nelson D., Cox M. 5a edición. España: Omega S.A.
- Stryer L., Mocarullo J. M. (2003). Bioquimica. 5ª edición. España: Edición Reverté.
- Voet D., Voet J. (2004). Biochemistry. 3a edición. New York: John Wiley & Sons.
Fuentes
- Artículo: Personalidades que aportaron a la bioquímica. Información tomada del sitio: www.monografias.com. Consultado el 3 de agosto de 2023.
- Artículo: Origen y desarrollo de la bioquímica a través de los textos originales de sus autores . Información tomada del sitio: dialnet.unirioja.es. Consultado el 3 de agosto de 2023.
- Artículo: Historia de la medicina. Información tomada del sitio: escuela.med.puc.cl. Consultado el 3 de agosto de 2023.
