(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología celular)(La célula)(Introducción)(Del vitalismo a la abiogénesis)(El fin del vitalismo)(Del microscopio a la teoría celular)(Más que una bolsa de proteínas)(Como se estudia la célula)(Las propiedades de las células)(Generalidades de la célula y su estudio)(La célula procariota)(La célula eucariota)(Introducción a las partes de la célula)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
Con la muerte del vitalismo en la química, el camino quedó
libre para que emergieran nuevos científicos que trabajarían en la intersección
de la bioquímica y la biología molecular experimental. Uno de estos científicos
fue Jacques Loeb (1859-1924). La fuerte convicción de Loeb de que los fenómenos
básicos de la vida pueden explicarse en principio por las leyes físicas y
químicas, estuvo acompañada de una preocupación por encontrar explicaciones
físicas y químicas para los fenómenos básicos de la vida. Esto también lo
convirtió en un pionero en los estudios relacionados con la genética, la
bioquímica, en particular la enzimología y el desarrollo. Los bioquímicos
esperaban que las funciones básicas de la célula y la vida pudieran encontrar
su explicación en las propiedades de estas enzimas. Loeb preveía que "el
carácter específico de cada célula posiblemente algún día se caracterice por
los fermentos específicos que contiene y produce" (Deichmann, 2011).
En una serie de artículos entre 1907 y 1915, Loeb, a través
del experimento, desarrolló la idea de que los genes eran los determinantes de
las enzimas en desarrollo. Este razonamiento fue apreciado por Thomas H.
Morgan, quien en general no estaba dispuesto a especular sobre la naturaleza
química del gen y su acción y, en particular, rechazó las afirmaciones de genes
como enzimas, porque no tuvieron en cuenta la distinción crucialmente
importante de genotipo y fenotipo, propuesta por Wilhelm Johannsen. Morgan
consideró el punto de vista de Loeb y Chamberlain sobre genes y enzimas como "el
más correcto" (Deichmann, 2011).
Los intentos de Loeb de relacionar las características
centrales de la vida, como la herencia, con la química de las macromoléculas
contrastan fuertemente con el enfoque morfológico empleado por la gran mayoría
de los biólogos celulares de principios del siglo XX. Loeb fue uno de los
biólogos que más criticó al neodarwinismo de principios del siglo XX, aunque no
desde una base religiosa, sino con el interés de hacer de sus hipótesis algo
más manejable desde el punto de vista experimental (Deichmann, 2011).
El proyecto de investigación reduccionista de Loeb unificó
enfoques de fisiología, genética y embriología con el objetivo de encontrar
explicaciones fisicoquímicas (moleculares) para todos los procesos de la vida,
incluida la evolución. Este proyecto continuó más tarde en la biología
molecular, una síntesis de campos fisicoquímicos y biológicos. Aunque el
enfoque molecular ha sido altamente exitoso e indispensable para
investigaciones de nivel superior durante todo el siglo XX (Deichmann, 2011).
Los grandes problemas de la biología del siglo XIX eran de
dos tipos conceptualmente bastante diferentes, y esta diferencia se vería enormemente
mejorada en el clima dentro del cual se desarrolló la biología del siglo XIX y
(especialmente) del siglo XX. Por un lado, estaban los problemas
"encapsulables", los del gen y la célula. La comprensión aquí radica
mucho en las partes. Por otro lado, estaban los problemas holísticos, la
evolución y la génesis y naturaleza de la forma biológica, donde las partes no
dan un sentido real del todo. La marcha de la biología hacia el reduccionismo
comenzó en serio con el "redescubrimiento" del gen a principios del
siglo XX. La disección molecular de la célula, que había comenzado con al
definir la función celular a través de enzimas, realmente despegó con el
advenimiento de la genética molecular (Woese, 2004).
Iniciar con la genética de la célula era lo más evidente desde
el punto de vista técnico, los microscopios ópticos no permitían ver al
interior de las células nada más que los cromosomas durante la mitosis, o el
núcleo lleno de cromatina durante las etapas de crecimiento, además, la acción
más dramática que hacían las células eran sus procesos de división celular,
mitosis y meiosis. La pregunta radicaba en ¿Qué materiales contenía la célula?
La respuesta fue evidente cuando los análisis químicos comenzaron a realizarse,
la célula eran principalmente proteínas y enzimas, de allí que muchos pensaran
que la célula eran celdas o cubículos carentes de una estructura interna que
contenían una serie de componentes químicos que permitían las reacciones
químicas de los seres vivos como la fermentación. Sin embargo, con el nacimiento
de una nueva área interdisciplinar llamada bioquímica, la confianza de los
científicos sobre poder estudiar la naturaleza de la vida solo Con base en
causas fisicoquímicas comenzó a crecer de forma muy rápida y en cierto sentido
desproporcionada para lo que se sabía en el momento (García-García, 2014).
Tal vez por esta visión carente de estructura interna y
extremadamente reduccionista de la naturaleza de la vida hizo que varios
investigadores intentaran realizar síntesis químicas para la obtención de
estructuras semejantes a bolsas o burbujas lipídicas –tal cual eran
consideradas las células en ese momento– como en el caso de Alfonso L. Herrera
“1868-1942”. Debido a la presunción a priori de la
ausencia de una estructura interna compleja de la célula, a no tomar en cuenta
el tiempo evolutivo –en este caso geológico– y a una línea de pensamiento
metodológicamente naturalista/materialista, Herrera razonó que sería
relativamente simple sintetizar una sustancia similar al protoplasma del
interior de la célula en una burbuja lipídica, para lo cual se valió de
sustancias como aceite de oliva, hidróxido de sodio, petróleo, gasolina,
tiocianato entre muchos otros (García-García, 2014, Herrera, 1932; Lazcano,
2010; Negrón-Mendoza, 1995; Aleksandr Ivanovich Oparin, 1957).
Este tipo de estudios sería denominado plasmogenia y sería
tan influyente como para permitir la creación de dos revistas científicas:
Gaceta de Plasmogamia “en español” y Laboratoire de Plasmogenie “en francés” (Negrón-Mendoza, 1994), estas revistas fueron
publicadas hasta 1942 –bien entrado el siglo XX –cuando ya era claro que la
estructura interna de la célula era algo extremadamente complejo. Otra
dimensión ausente en el trabajo de Herrera a parte de la estructura interna de
la célula es la noción del tiempo geológico “tiempo irreversible”,
sus síntesis no intentaban para nada ser un modelo de simulación de condiciones
antiguas. A pesar de esto, los trabajos de Herrera se destacan por su enfoque
basado en el materialismo metodológico experimental (García-García,
2014).
Por el mismo periodo de tiempo los bioquímicos comenzaban a
avanzar sobre la naturaleza de la estructura interna de los seres vivos,
específicamente los componentes celulares. Aun cuando muchas sustancias ya eran
conocidas para los años 20s del siglo XX para los biólogos y bioquímicos era
bastante evidente que se sabía muy poco, en términos del OdV esto tenía
implicaciones ¿porque tratar de estudiar
el origen de algo que para empezar se entendía tan poco? (De Duve
& Pizano, 1995; García-García, 2014).
Bajo el microscopio de luz, el citoplasma de una célula eucariota parece carente de estructura interna, sin embargo, incluso antes del comienzo del siglo XX, el examen cuidadoso de secciones pigmentadas de tejidos animales indicaba la existencia de un complejo sistema de estructuras internas. Sin embargo, no fue sino hasta la invención el microscopio electrónico en la década de 1940 que los biólogos comenzaron a apreciar la diversa gama de estructuras rodeadas por membranas que poseían la mayoría de las células eucariotas, e incluso, algunas procariotas.
Figura 16. Al microscopio electrónico, resultó evidente que la célula era
más que una bolsa, en su interior tenía otras bolsas en una estructura
compleja.
Los primeros usuarios del microscopio electrónico vieron vesículas
de diferentes tamaños, que transportaban materiales de densidad variable,
largos canales que radiaban en el citoplasma formando redes como si fueran
canales múltiples apretujados entre sí. Poco a poco se hizo evidente que los
mecanismos que permiten el funcionamiento celular a nivel bioquímico ocurría de
forma especializada en estos compartimentos de la estructura interna de las
célula. A medida que más células fueron analizadas comenzaron a observarse
patrones entre estas estructuras en diferentes linajes, desde hongos
unicelulares a plantas, desde amebas hasta el ser humano.
Debido a que los organelos, sin importar su fuente pueden ser
clasificados en tipos más o menos generales, con funciones consistentes, es que
estos reciben nombres que son muy famosos, sin embargo, podemos subdividir los
organelos de la célula en membranosos y no membranosos. Los organelos no
membranosos no están rodeados por membranas, y en su lugar están hechos de
proteína o ARN, como el citoesqueleto, o los ribosomas. Los organelos
membranosos son definidos por las membranas biológicas y en general son los
siguientes: retículos cercanos al núcleo; retículos intermedios entre la
membrana externa y el núcleo; y vesículas de transporte o almacenamiento. Estos
organelos membranosos no son rígidos, se los debe visualizar como un sistema de
bombas de jabón dinámico, las vesículas se desprenden o fusionan con los
retículos más grandes, los cuales pueden crecer o hacerse más pequeños.
Tomados en su conjunto, estos organelos conforman el sistema de
membranas internas o endomembranas, en los que las funciones individuales hacen
parte de un todo coordinado. Debido a los adelantos en biología evolutiva en la
actualidad los organelos energéticos no se clasifican como parte del sistema de
membranas internas, pero eso es una verdad a medias. Los organelos energéticos
surgieron por endosimbiosis bacteriana, por lo que las membranas más internas
de estos no provienen de la célula eucariota y en efecto no harían parte de
sistema de membranas internas, pero la última membrana que rodea a estos como
la mitocondria y el cloroplasto proviene evolutivamente de vesículas
endocíticas, y por lo tanto si deberían hacer parte del sistema de membranas
internas.
En el presente texto se los mencionará como los organelos
energéticos separados formalmente del sistema de membranas internas. Para poder
estudiar el sistema de membranas internas se requirió del desarrollo de nuevas
tecnologías que fueran más allá de la información que puede proporcionar un
microscopio óptico, y algunas de las más importantes fueron las siguientes.
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