Morfofisiología Humana: Bioquímica

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La es Ciencia que estudia principalmente las reacciones químicas de los procesos biológicos que ocurren en todos los seres vivos, lo que se conoce como Metabolismo celular.

La bioquímica, anteriormente llamada de 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.

Cadena_respiratoriaEl 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.

Vale destacar que 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 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 , 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).

Hoy, los avances de la bioquímica son usados en cientos de áreas, desde la genética hasta la biología molecular, de la agricultura a la . 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.

Esta disciplina dio origen a la enzimología, se convirtió en el fundamento de la inmunología, de la virología, del estudio de las hormonas y vitaminas y de la genética, y se integró con la citología en la biología celular.

En las cuatro décadas que siguieron a 1907, año del descubrimiento de la vitamina C, se aislaron y sintetizaron casi todas las vitaminas conocidas. El nombre vitamina fue introducido en 1913 por el alemán Funk, quien un año antes había descubierto la tiamina.

En un período de igual extensión a partir de 1916, año del aislamiento de la tiroxina por Kendall, se suceden grandes descubrimientos sobre las hormonas. En 1922 Banting, Best y MacLeod aislaron las insulina. Ese momento es considerado el comienzo de la endocrinología moderna. Banting y MacLeod recibieron el Premio Nobel al año siguiente. Kendall aisló los corticoides en 1934 y sintetizó la cortisona en 1940. Recibió el Premio Nobel en 1950. La síntesis de la insulina en 1953 por el británico Sanger marca un hito. Recibió el Premio Nobel de Química en 1958. En 1956 Li descubió la estructura de las hormonas adrenocorticotrofa (ACTH) e hipofisiaria de crecimiento.

La cristalización del virus del mosaico del tabaco y el descubrimiento de su composición de proteínas y ácido ribonucleico realizados por el nortemericano Stanley en 1935 fue el comienzo de la virología como disciplina independiente. Recibió el Premio Nobel de Química en 1946. Gracias a la técnica del cultivo de tejidos inventada por el francés Carrel en la primera década del siglo (Premio Nobel en 1912) en 1946 se pudo cultivar el virus de la poliomielitis (Weller, Robbins y Enders, Premio Nobel en 1954) y en 1955, cristalizarlo (la primera cristalización de un virus del hombre). En 1954 Salk elaboró la primera vacuna contra esa enfermedad, hoy erradicada gracias a la vacuna mejorada inventada por Sabin en 1962.

La inmunología moderna comenzó precisamente en 1900, cuando Bordet y Gengou concibieron la reacción de fijación de complemento para detectar antígenos y anticuerpos. Un año después se produjo un descubrimiento trascendental: el de los grupos sanguíneos hecho por el austríaco Landsteiner (Premio Nobel en 1930). En 1902 Richet introdujo el término de anafilaxia y en 1906, Pirquet, el de alergia. La teoría de la histamina fue formulada por Dale en 1913. Gracias a la electroforesis inventada por Tiselius en 1937 (Premio Nobel de Química en 1946), su inventor demostró dos años después que los anticuerpos estaban contenidos en la fracción gama de las globulinas. En 1940 Landsteiner y Wiener descubrieron el factor Rhesus. El descubrimiento del sistema antigénico linfocitario del hombre se inició en 1958 con la descripción de Dausset del antígeno leucocitario de superficie. En 1965 Edelman Y Porter descubrieron la estructura molecular de los anticuerpos (Premio Nobel en 1972).

El hito inicial de la bioquímica moderna se halla en los trabajos del químico alemán Emil Fischer (1852-1919). Entre sus numerosas contribuciones se encuentran aquellas de 1902 en que demostró la composición amino-ácida de las proteínas y formuló la hipótesis del enlace peptídico, a la que también llegaba independientemente, ese mismo año, Hofmeister. Muy importantes también fueron sus estudios sobre la forma de acción de las enzimas -el término enzima lo había introducido el fisiólogo alemán Kühne en 1878. Fischer concluía que la acción de una enzima era específica en relación con un substrato: la enzima era al substrato como la llave a la cerradura. Fischer recibió el Premio Nobel de Química en 1902.

El estudio de la estructura de las proteínas progresó rápidamente con la incorporación de la ultracentrifugación, inventada en 1928 por el sueco Svedberg (había recibido Premio Nobel de Química en 1926 por su trabajo sobre sistemas coloidales) y de la cromatografía, desarrollada por el ruso Tswett. En 1930 el químico alemán Staudinger (Premio Nobel de Química en 1953) sugirió la idea de macromoléculas proteicas. Estas investigaciones tuvieron un hito 1955 en la demostración lograda por el inglés Sanger de la estructura exacta de una proteína: la insulina.

De Emil Fischer partió, además, otra línea de investigación: la de los fermentos. En ella se destacó, primero, su discípulo Otto Warburg, que en 1918 inició sus investigaciones sobre la respiración celular. En 1930 había descubierto el fermento respiratorio (citocromos). Al año siguiente recibió el Premio Nobel. Dos años antes, el norteamericano Sumner había hecho la primera contribución sobre la naturaleza química de las enzimas, había cristalizado la ureasa, una proteína. Recibió el Premio Nobel de Química en 1946. Paralelamente, el fisiólogo inglés Hill (Premio Nobel en 1922) y los bioquímicos alemanes Meyerhoff (Premio Nobel en 1922) y Embden investigaban, aplicando la termodinamia, la energética de la contracción muscular y atribuían el rendimiento y temperatura desarrollados en ella a la transformación del glucógeno en ácido láctico. A fines de los años 20 los bioquímicos estaban de acuerdo en que los ácidos fosfóricos tenían una importancia decisiva en la producción de la energía muscular. Las investigaciones referidas sobre la energética muscular y las de los esposos norteamericanos Cori (Premio Nobel en 1947), del bioquímico húngaro Szent-Györgi (Premio Nobel en 1937) y de Hans Krebs (Premio Nobel en 1953), condujeron al descubrimiento del adenosintrifosfato en 1929 (Lohman en Alemania y Siske y Subbarow en los Estados Unidos), una revolución en la fisiología del músculo a decir de Hill, al descubimiento del coenzimo A en 1947 (Lipmann, Premio Nobel en 1953) y del acetil-coenzimo A en 1951 (Lynen, Premio Nobel en 1964). En 1937 Krebs concibió el ciclo que se conoce con su nombre. En 1956 Sutherland descubrió el el adenosinmonofosfato cíclico.

Entendida como la integración de bioquímica y citología ultraestructural, la biología celular nació de la concurrencia de tres fuentes de conocimientos: la bioquímica, el aislamiento de componentes celulares principalmente por ultracentrifugación, y la microscopía electrónica. En 1934 se pudieron aislar mitocondrias, pocos años depués se ubicó en ellas el lugar de formación del ATP.y de realización del Ciclo de Krebs. En 1949 De Duve y colaboradores descubrieron los lisosomas por fraccionamiento celular. En 1945 Palade describió el retículo endoplásmico, pero, en general, los aportes de la ultramicrosocopía se realizarón a partir de 1950. En pocas décadas estaba consolidada la biología celular. En 1974 Claude, De Duve y Palade recibieron el Premio Nobel por sus descubrimientos sobre la organización morfológica y funcional de la célula.

2 comentarios

    • Anabel Cepero Rodriguez en 14 septiembre, 2018 a las 6:15 pm
    • Responder

    Es muy sorprendente y util para estudiantes y profesores el origen e impacto de la bioquimica en las ciencias medicas,Felicidades Leonel :Necesitamos nuevos y talentosos profesores de esta importante ciencia en nuestro pais

    1. Así es. La bioquímica es una herramienta muy útil para comprender de manera cabal todo la clínica del paciente. Un saludo para Ud.

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