Teoria General De Sistemas

LA BIOLOGÍA MOLECULAR COMO MODELO DE CIENCIA INTERDISCIPLINAR.

RELACIÓN ENTRE LA BIOLOGÍA MOLECULAR Y LA BIOLOGÍA TEÓRICA

Miguel Ángel Fuertes y José Manuel Pérez Martín

Centro de Biología Molecular "Severo Ochoa"

CSIC-Universidad Autónoma Madrid.

1. INTRODUCCIÓN.

En este articulo 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.

2. 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.

2.1. 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.

2.2. 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. De esta forma, está adquiriendo un

papel cada vez más importante la disciplina científica denominada “Química Inorgánica Biológica” o

“Bioquímica Inorgánica”.

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2.3. 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”.

2.4. Fisiología Molecular.

El estudio de la regulación de los procesos químicos que tienen lugar en las estructuras de la

célula y que constituyen la verdadera función de dichos elementos estructurales es el objetivo de la

“Fisiología Molecular”. Teniendo en cuenta que las estructuras celulares son estructuras

supramoleculares y que las transformaciones que sufren lo son a consecuencia de reacciones químicas;

en muchos casos, el análisis molecular puede facilitar una mayor información de los procesos

fisiológicos que la propia metodología fisiológica clásica.

2.5. 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 físico-químicas.

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).

Puesto que la Química Física describe la naturaleza en términos de átomos, moléculas y

energía, el carácter interdisciplinario de la Biología Molecular se hace aún más patente teniendo en

cuenta que su ciencia madre, la Química Física, utiliza como herramienta fundamental de trabajo las

matemáticas. Hay tres razones, por las que las matemáticas constituyen el lenguaje de la Química

Física y de las Ciencias Físicas en general. En primer lugar, por su definición precisa; cuando una

cantidad es definida por una ecuación, uno puede debatir sobre el ámbito de la definición, pero

raramente lo hará sobre su significado. En segundo lugar, las matemáticas ofrecen la posibilidad de

deducir predicciones que pueden ser sometidas a evaluación. La tercera razón es más sutil, y vital en

ciencia, a partir de una expresión matemática, los científicos pueden estimar el error probable de la

cantidad que están calculando. Esta estimación puede ser crucial, porque pocos experimentos

científicos conducen a un “sí” o a un “no” claro, la mayoría de las veces las respuestas toman la

forma de quizá sí o quizá no.

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3. 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

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