Descripción general y tipos de biología molecular ¿Qué es la biología molecular?
¿Qué es la Biología Molecular?
La biología molecular es una rama de las ciencias biológicas que se dedica al estudio de las bases moleculares de los fenómenos de los seres vivos. La biología molecular se centra principalmente en las interacciones entre las macromoléculas que componen los seres vivos, en particular el ácido desoxirribonucleico (ADN). Esta molécula contiene, en su compleja estructura de miles de nucleótidos, las instrucciones necesarias para producir las proteínas que componen la estructura de los seres vivos. Estas proteínas determinan las diferentes funciones orgánicas de un organismo. Toda esta información está codificada en grupos de nucleótidos llamados genes. La biología molecular describe todos los procesos físicos y químicos que intervienen en la replicación, transcripción y traducción del ADN y que son necesarios para la expresión de genes en estructuras y procesos biológicos.
La biología molecular también se ocupa del desarrollo de métodos y técnicas que permitan el estudio y manejo del material genético de los seres vivos; el campo tiene como objetivo comprender más profundamente la relación entre la estructura de los genes y la expresión de la información genética en los organismos. El gran principio teórico generado por la biología molecular, que representa el fundamento de toda investigación realizada en esta rama de la ciencia, es conocido como el Dogma Central de la Biología Molecular. En resumen, este Dogma explica que el ADN de los seres vivos es capaz de autoduplicarse, transcribirse en forma de ácido ribonucleico (ARN) y traducirse en forma de proteínas, que son la expresión de genes en todas las formas vivas.
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Historia de la Biología Molecular
La biología molecular es una disciplina relativamente reciente. Los principios teóricos que le permitieron consolidarse como rama de la ciencia surgieron a principios del siglo XX. Sin embargo, esta ciencia surgió de la conjunción de los descubrimientos realizados anteriormente en ramas de las ciencias biológicas. Entre estos campos se encuentran la bioquímica, que se encarga de estudiar la estructura y características de las moléculas que componen los seres vivos, y la genética, que estudia los mecanismos de expresión génica y los fenómenos que pueden alterar dicha expresión.
Las sustancias químicas que estaban constantemente presentes en los seres vivos, ya fueran plantas o animales, se conocen desde la antigüedad. Varios científicos se dedicaron al estudio de estas sustancias químicas y ayudarían a dar origen a la ciencia bioquímica, que finalmente sería establecida en 1828 por Friedrich Wohler cuando realizó una de las primeras síntesis de laboratorio de una sustancia orgánica, la urea. Más tarde, en 1865, el fraile y naturalista Gregor Mendel publicaría sus investigaciones sobre la herencia de las características físicas en las plantas de guisantes, conocidas como Leyes de Mendel, y a principios del siglo XX, Thomas Morgan descubriría el fenómeno de la herencia ligado a los cromosomas sexuales. Ambas investigaciones son reconocidas hoy como las precursoras de la ciencia de la genética. Luego,
Fue hasta finales de la década de 1930, cuando las investigaciones en bioquímica y genética conducirían al descubrimiento de las íntimas relaciones entre los genes y la síntesis de sustancias biológicas, que la biología molecular emergería como una nueva disciplina científica. Pero, la biología molecular encontraría su base en el descubrimiento de la estructura del ADN, que originalmente fue llamado nucleína por el bioquímico Friedrich Miescher en 1869. El campo alcanzó su punto culminante en 1953, con la publicación del artículo de James Watson y Francis Crick, donde describieron la estructura de la doble hélice del ADN, basándose en el trabajo de laboratorio de Rosalind Franklin y Maurice Wilkins. A partir de entonces, los biólogos moleculares tuvieron conocimiento de la molécula encargada de almacenar la información genética; iniciaron una investigación que hoy permite profundizar en el conocimiento.
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Técnicas Científicas en Biología Molecular
Una de las técnicas científicas que contribuyó al establecimiento de la biología molecular fue la cristalografía de rayos X utilizada por Rosalind Franklin y Maurice Wilkins. Con esta técnica fue posible descifrar la estructura de la molécula de ADN. Otra técnica muy utilizada en esta disciplina es la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), que permite replicar porciones específicas de ADN para reconocer secuencias genéticas o identificar mutaciones y fragmentos de ADN de virus u otros microorganismos. La electroforesis en gel de poliacrilamida también es una técnica utilizada en biología molecular. En este caso, la técnica separa fragmentos de ADN e identifica genes. Finalmente, los biólogos moleculares utilizan el ensayo de Bradford para la cuantificación de proteínas. De este modo,
Desde sus inicios, la biología molecular ha desarrollado muchas otras técnicas de laboratorio que han hecho posible descifrar el código genético, clonar el ADN, transferir genes entre organismos.
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Biología Molecular de las Células
La biología molecular ha hecho posible descifrar y describir muchas propiedades y procesos celulares. Estos procesos eran un misterio hasta antes del descubrimiento de la molécula de ADN. En primer lugar, los científicos ahora saben que el ADN se expresa en forma de proteínas que cumplen una amplia gama de funciones estructurales y metabólicas en las células. Dicha expresión se logra a partir de la replicación del ADN, su transcripción a ARN y la traducción que realizan los ribosomas para la síntesis de proteínas.
Gracias a la biología molecular, se sabe que la estructura de los orgánulos celulares está determinada por el código genético. A partir de la expresión del genoma celular se producen procesos complejos como la división celular, la conversión de moléculas orgánicas en energía, la producción de hormonas y neurotransmisores para la comunicación intercelular y la respuesta inmunitaria a patógenos. Los biólogos moleculares son capaces de modificar estos y otros procesos celulares, abriendo la puerta a futuros descubrimientos en biotecnología que podrían beneficiar a la humanidad.
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Resumen de la lección
La biología molecular es una rama de las ciencias biológicas que se dedica al estudio de las interacciones entre las distintas macromoléculas que componen los seres vivos, en particular el ácido desoxirribonucleico (ADN). El ADN está agrupado en grupos de nucleótidos llamados genes, que producen las proteínas que componen la estructura de los organismos y determinan las diferentes funciones orgánicas. Esta ciencia también se ocupa del desarrollo de métodos y técnicas que permitan el estudio y manejo del material genético de los seres vivos. El gran principio teórico de la biología molecular es el Dogma Central de la Biología Molecular, lo que explica que el ADN de los seres vivos sea capaz de autoduplicarse, transcribirse en forma de ácido ribonucleico (ARN) y traducirse en forma de proteínas, que son la expresión de genes.
La consolidación de la biología molecular como ciencia se da a finales del siglo XIX y principios del XX, con el trabajo de científicos en bioquímica y genética, como Friedrich Wohler, Gregor Mendel, Thomas Morgan y Hermann Muller. Posteriormente, Friedrich Miescher descubrió el ADN; su trabajo sirvió de base para la descripción de la estructura de la doble hélice del ADN por parte de James Watson y Francis Crick. La biología molecular ha impulsado el desarrollo de muchas técnicas de laboratorio que han permitido realizar grandes descubrimientos. Estas técnicas incluyen la cristalografía de rayos X, la reacción en cadena de la polimerasa (PCR), la electroforesis en gel de poliacrilamida y el ensayo de Bradford. Con estas y otras técnicas, la biología molecular actual nos ha permitido comprender y modificar los procesos de replicación, transcripción y traducción del ADN, la formación de orgánulos y funciones celulares, la reproducción celular, la producción de energía, entre otros.