Bioquimica. LA UNIDAD DEL MUNDO BIOLÓGICO

INTRODUCCIÓN

Bioquímica.- Definición: Etimológicamente deriva de dos palabras griegas bios – vida y chymos –jugo o esencia, por lo que los primeros investigadores de la bioquímica lo hubieran definido como el estudio de la esencia de la vida.

El estudio de los cambios químicos que ocurren en los seres vivos es el aspecto dinámico de la química biológica. El conjunto de esas reacciones constituyen lo que se denomina Metabolismo. La célula es la principal unidad estructural y funcional de la biología. La mayor parte de las reacciones químicas que ocurren en el cuerpo tienen lugar dentro de las células.

Su estudio incluye una fase descriptiva, que comprende la separación, identificación y determinación de la estructura de las sustancias que constituyen los seres vivientes. Es esta una tarea sumamente difícil, habida cuenta de la gran complejidad de la composición de las células y humores orgánicos, aún la célula más simple posee miles de sustancias químicas diferentes tanto orgánicas como inorgánicas.

Inicialmente los químico-biólogos trataron con las sustancias más simples; moléculas pequeñas que podían extraerse con facilidad de los tejidos animales y vegetales, u obtenerse de la descomposición de moléculas más complejas.

La adquisición de técnicas más refinadas y sensibles  (ultracentgrifugación, electroforesis, cromatografía, difracción de rayos x, etc.) ha permitido el estudio de macromoléculas de gran importancia biológica, como las proteínas y lo ácidos nucleicos, cuyo conocimiento ha progresado notablemente en los últimos veinticinco años.

Por otra parte, el estudio de los cambios químicos que acontecen en los seres vivos es el aspecto dinámico de la Química Biológica. El conjunto de esas reacciones constituyen lo que se denomina metabolismo, este vasto campo de conocimientos también se ha ido enriqueciendo con una información tan extensa como valiosa. Las interacciones y conversiones químicas que sufren las sustancias dentro de las células se han ido aclarando y se ha logrado establecer, en muchos casos, las secuencias de reacciones (vías metabólicas) que experimentan en el organismo las sustancias incorporadas desde el exterior (alimentos o fármacos), o las etapas que conducen a las síntesis de las moléculas constituyentes de tejidos y órganos.

En este terreno los avances han sido también notables, gracias al advenimiento de nuevos métodos de investigación. Particularmente fructífera en estos estudios ha sido la utilización de isótopos radioactivos como elementos “marcadores”, que permiten “rastrear” el camino que sigue en el organismo una sustancia determinada.

Otro importante capítulo en el cual se han utilizado grandes  progresos es el de la enzimología. Las enzimas, sustancias de naturaleza proteínica que catalizan las reacciones y químicas en los seres vivos, son hoy mejor conocidas y se poseen evidencias que ayudan a comprender los mecanismos de su acción.

LA UNIDAD DEL MUNDO BIOLÓGICO

Del cúmulo de conocimientos adquiridos surge, en primer lugar, la comprobación de que, pese a la enorme diversidad de que forma el mundo de los seres vivos, hay una llamativa unidad en lo que respecta a las estructuras y mecanismo básicos sobre los cuales asienta y transcurre la vida.

Así las macromoléculas fundamentales de los organismos vivientes, vale decir, las proteínas  y los ácidos nucleicos, son distintas de especie a especie y aún de individuo a individuo. Pero la estructura es la misma en  todas ellas: están construidas por el ensamble de unidades idénticas par todos los seres, siguiendo un plan general sorprendentemente similar. Todas las proteínas existentes en la naturaleza resultan de agrupamientos de las mismas veinte unidades fundamentales (amino ácidos). Todos los ácidos nucleicos resultan de la unión de unidades constitutivas idénticas (nucleotidos).

Los mecanismos metabólicos, por su parte, también se repiten con extraordinaria semejanza en especies filogenéticamente muy distintas. Las reacciones por las cuales el músculo esquelético del ser humano deriva energía para su contracción, reproducen en casi todas sus etapas las transformaciones que la levadura y otros microorganismos producen durante el proceso de fermentación. Muchas vías metabólicas funcionantes en tejidos de seres superiores han sido aclaradas mediante el estudio en bacterias que realizan iguales transformaciones.

EL ORGANISMO COMO MAQUINA TRANSFORMADORA DE ENERGÍA

De acuerdo a sus requerimientos, los organismos pueden dividirse en autótrofos y heterótrofos.

Los vegetales verdes son autótrofos, pueden sintetizar sustancias orgánicas complejas, tales como hidratos de carbono, grasas, ácidos nucleicos y proteínas, a partir de sustancias inorgánicas muy simples, como agua, anhídrido carbónico nitrógeno, compuestos fosforados y otros. La energía para estas síntesis proviene del sol.

Los animales multicelulares, en cambio, son heterótrofos, dependen del alimento orgánico formado por otros seres. Algunos de los nutrientes son utilizados para forma nuevas partes del propio organismo, mientras que otros son degradados a fin de proveer energía necesaria para la realización de los trabajos, mecánico, osmótico, químico, etc., que un organismo puede cumplir. En general, los nutrientes o alimentos de los animales multicelulares incluyen glúcidos o hidratos de carbono, lípidos (grasas), proteínas y otros factores indispensables llamados vitaminas, además de agua y algunos minerales.

De este todo, las sustancias incorporadas al organismo con los alimentos sufren cambios que, en general, están dirigidos a dos objetivos principales.

1. Transferencia y conversión de la energía y
2. Síntesis de estructuras químicas específicas.

Estas dos actividades básicas son independientes. En efecto, la producción o síntesis de moléculas específicas en el organismo requiere energía y, por lo tanto, dependen de los procesos que pueden proveerla. A su vez, los procesos de captación y conversión de energía exigen la presencia de ciertas moléculas o catalizadores específicos (enzimas) y de otras sustancias que deben ser previamente sintetizadas.

Básicamente, los organismos funcionan como máquinas convertidoras de unas formas de energía en otras. Estos proceso de conversión de energía se realizan, según se ha iniciado a través de cambios químicos, en los cuales la energía química es casi siempre uno de los términos de la ecuación.

CAPTACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

La captación y almacenamiento de la energía contenida en los alimentos es una función que comprende una parte importante de las actividades celulares. La energía se retiene, en forma de energía química fácilmente utilizable, en cierto tipo de moléculas de las cuales la principal es el adenosin trifosfato o ATP, que es el más importante transportador de energía directamente utilizable en todas las especies vivientes.

CAPACIDAD DE REPRODUCCIÓN

Sin duda, la propiedad más distintiva de los seres vivos en su capacidad de reproducirse y de crear generación tras generación, otros organismos que son una replica de sus antecesores en estructura externa e interna, en masa, n características serológicas, etc.

Ello es posible gracias a la transmisión de esos caracteres heredables, contenidos como “información” genética en grandes moléculas constituyentes de los cromosomas celulares. Las moléculas de ácido desoxiribonucleico (ADN) contienen la información específica, transmitida de padres a hijos, que se expresa en última instancia, a través de la síntesis de proteínas con características únicas para cada especie, o aún para cada individuo. El “código genético” o “lenguaje” en el cual se expresa el mensaje genético del ADN es universal, es decir, que es el mismo para todas las especies vivientes.

Frente a esta unidad del mundo biológico, que nos habla de un origen común de toda la materia viviente, es innegable la diversificación que la evolución ha ido creando y las características peculiares que cada especie ha adquirido en ese proceso.

El avance de los conocimientos en este campo ha sido espectacular en las última décadas. No sólo se ha logrado una mejor comprensión de los mecanismos responsables de la transmisión de enfermedades hereditarias, de los procesos inmunitarios o de la degeneración maligna de células, sino que se han creado posibilidades de aplicación ni siquiera imaginables hace algunos años. Se ha desarrollado una nueva disciplina, la “ingeniería genética”, que cuenta ya con aportes extraordinarios. Por ejemplo, el de aislar material, genético específico e introducirlo en organismos que adquieren así capacidad para sintetizar nuevas proteínas.0

Más allá de la utilidad indudable de estas asombrosas técnicas, la perspectiva de “manipular” genes a voluntad y de crear organismos con propiedades inéditas, crea profundos  problemas de orden filosóficos y moral, que el científico no puede eludir.

LA QUÍMICA BIOLÓGICA Y EL MÉDICO

Siendo el tema orientado a estudiantes de medicina veterinaria, debo decir que el médico es, esencialmente, un biólogo cuyo tema específico de estudio es el ser viviente hombre o animal.

Gracias a la notables unidad del mundo biológico, el médico veterinario puede aprender mucho de las leyes generales que rigen el funcionamiento de los sistemas vivientes, indagando aún en organismos muy alejados del hombre en la escala zoológica. Pero como biólogo del hombre no le están permitidas, sin mayor análisis, las extrapolaciones.

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