Biología molecular para niños
La biología molecular es una rama de la biología que se encarga de estudiar los procesos de los seres vivos a un nivel muy pequeño, ¡el nivel de las moléculas! Imagina que quieres entender cómo funciona un coche; la biología molecular sería como estudiar cada tuerca, cada cable y cada pieza para saber cómo se mueven y trabajan juntas.
Esta ciencia busca explicar cómo funciona la vida a partir de las moléculas más grandes e importantes que tenemos. Se enfoca principalmente en dos tipos de moléculas:
- Los ácidos nucleicos: El más famoso es el ácido desoxirribonucleico (ADN), que es como el libro de instrucciones de nuestros genes.
- Las proteínas: Son las que hacen la mayor parte del trabajo en nuestros cuerpos, como construir cosas o ayudar en las reacciones químicas.
Según el Proyecto Genoma Humano, la biología molecular es el estudio de la estructura, función y composición de las moléculas que son importantes para la vida.
Contenido
- ¿Cómo se relaciona la biología molecular con otras ciencias?
- ¿Qué características tiene la biología molecular?
- ¿Qué métodos se usan en biología molecular?
- Técnicas importantes en biología molecular
- ¿Por qué es importante la biología molecular?
- Biólogos moleculares destacados
- Galería de imágenes
- Véase también
¿Cómo se relaciona la biología molecular con otras ciencias?
La biología molecular está muy conectada con otras áreas de la biología y la química, especialmente con la ingeniería genética y la bioquímica. Su principal objetivo es entender cómo interactúan los diferentes sistemas dentro de una célula.
Esto incluye, por ejemplo, cómo se relacionan el ADN y el ARN, cómo se fabrican las proteínas, cómo funciona el metabolismo (los procesos químicos que nos mantienen vivos) y cómo todas estas interacciones se regulan para que la célula funcione correctamente.
Una diferencia interesante con la química orgánica es que las moléculas de ADN tienen una "historia". Su estructura nos cuenta sobre su pasado y cómo han evolucionado. En cambio, una molécula orgánica creada hoy solo nos habla de su presente.
¿Qué características tiene la biología molecular?
Al estudiar el comportamiento de las moléculas en las células vivas, la biología molecular se relaciona con otras ciencias que investigan temas parecidos:
- Con la Genética: Se interesa por cómo están hechos y cómo funcionan los genes, y cómo se controla la producción de enzimas y otras proteínas dentro de la célula.
- Con la Citología: Se ocupa de la estructura de las partes pequeñas dentro de la célula, como el núcleo, las mitocondrias o los ribosomas, y qué hacen.
- Con la Bioquímica: Estudia la composición y el funcionamiento de las enzimas, y cómo se activan o se detienen.
- Con la Filogenética: Ayuda a entender la evolución al estudiar la composición de ciertas moléculas en diferentes especies.
Aunque se relaciona con todas estas ciencias, la biología molecular tiene sus propios objetivos y métodos. Mientras que la bioquímica investiga los ciclos metabólicos y cómo se forman y se rompen las moléculas, la biología molecular se enfoca en el comportamiento de las moléculas grandes (como el ADN, el ARN y las enzimas) dentro de la célula para explicar cómo funcionan los seres vivos a nivel molecular.
¿Qué métodos se usan en biología molecular?
Los métodos que usa la biología molecular son parecidos a los de la biofísica, la bioquímica y la biología. Utiliza análisis químicos para saber qué hay y en qué cantidad, y conocimientos de química orgánica y biología de microorganismos y virus.
Pero son especialmente importantes las nuevas técnicas para analizar cosas muy pequeñas, tanto físicas como químicas. Algunas de estas técnicas son:
- La microscopía electrónica: Permite ver cosas increíblemente pequeñas.
- La difracción de rayos X: Ayuda a descubrir la estructura y cómo están organizados los átomos en las moléculas grandes.
- La ultracentrifugación: Permite separar moléculas que antes era imposible.
- La cromatografía de gases y en fase líquida.
- La espectrografía de infrarrojos.
- La química con isótopos trazadores.
- La espectrometría de masas.
Técnicas importantes en biología molecular
Clonación molecular
La clonación molecular es una técnica que se usa para tomar una parte específica de ADN que nos interesa y luego moverla a un "vehículo" llamado plásmido. Esta tecnología se inventó en la década de 1960.
En esta técnica, una secuencia de ADN que contiene las instrucciones para hacer una proteína se copia usando la reacción en cadena de la polimerasa (PCR) o enzima de restricción. Luego, se inserta en un plásmido. Un plásmido es como un pequeño círculo de ADN que suele tener tres características importantes: un punto de inicio para copiarse, un lugar donde se puede insertar el ADN (llamado sitio de clonación múltiple) y un marcador para saber si está ahí (como la resistencia a antibióticos).
Este plásmido se puede introducir en bacterias o en células animales. Cuando se introduce en bacterias, se llama transformación, conjugación o transducción. Cuando se introduce en eucariotas (como células animales), se llama transfección. Hay varias formas de hacer la transfección, como la electroporación o la microinyección.
Una vez que el ADN está dentro de la célula, la proteína que codifica puede ser producida. Se pueden obtener grandes cantidades de esta proteína para estudiarla, ver si tiene actividad enzimática o probar nuevos medicamentos contra ella.
Reacción en cadena de la polimerasa (PCR)
La reacción en cadena de la polimerasa (PCR) es una técnica muy útil para copiar ADN. En pocas palabras, la PCR permite hacer muchas copias de una secuencia de ADN específica de una manera controlada. Es una reacción muy potente; en condiciones ideales, podría multiplicar una molécula de ADN hasta convertirla en más de mil millones de moléculas en menos de dos horas.
La PCR tiene muchas aplicaciones, como estudiar cómo se expresan los genes, detectar microorganismos patógenos, encontrar cambios en los genes (mutaciones) o incluso introducir mutaciones en el ADN. También se puede usar para saber si un fragmento de ADN específico está en una biblioteca de ADNc. Existen muchas variaciones de la PCR, como la RT-PCR para copiar ARN, y la PCR cuantitativa para medir la cantidad de moléculas de ADN o ARN.
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Electroforesis en gel
La electroforesis en gel es una técnica que separa moléculas según su tamaño usando un gel, que puede ser de agarosa o poliacrilamida. Es una de las herramientas principales en la biología molecular.
El principio básico es que los fragmentos de ADN se pueden separar aplicando una corriente eléctrica a través del gel. Como el ADN tiene una carga negativa, se moverá a través del gel hacia el extremo positivo de la corriente. Las proteínas también se pueden separar por tamaño usando un gel SDS-PAGE, o por tamaño y carga eléctrica usando la electroforesis en gel 2D.
¿Por qué es importante la biología molecular?
Cuando queremos entender a fondo cualquier proceso biológico y explicar cómo funcionan las cosas en los seres vivos, siempre llegamos al campo de la biología molecular. Por ejemplo, al estudiar los genes: las famosas leyes de Mendel se entienden mejor conociendo la forma y función de los cromosomas. Pero para saber cómo está hecho un gen y cómo actúa, necesitamos ir más allá y estudiar la estructura del ADN de doble hélice, cómo se organizan sus bases, es decir, la información genética.
Cuando un gen produce una enzima, la biología molecular sigue todo el proceso: desde cómo la información genética pasa del ADN nuclear al ARN mensajero, cómo los aminoácidos se activan por el ARN transportador, cómo se ordenan estos aminoácidos en el ribosoma siguiendo las instrucciones del ARN mensajero, hasta obtener la estructura inicial de la enzima. Todos estos temas son estudiados por la biología molecular.
Pero hay más: una vez que la proteína se fabrica, debe organizarse en el espacio de una forma específica para poder funcionar. A veces, varias moléculas se unen para formar estructuras más complejas. Las propiedades biológicas de la molécula, como su capacidad de ser una enzima, dependen de esta organización espacial. Una enzima puede ser activada o desactivada por ciertas sustancias, lo cual es muy importante para la vida de la célula.
De la misma manera, la biología molecular se interesa por la estructura química de las sustancias que forman las membranas biológicas y cómo se organizan las enzimas dentro de las mitocondrias, el núcleo y otras partes de la célula para explicar los procesos bioquímicos.
Los procesos de reproducción de los virus, las bacterias y los organismos más complejos tienen muchas preguntas que la biología molecular intenta resolver. Las mutaciones (cambios) causadas por agentes físicos (como rayos X, rayos gamma, calor) o químicos (sustancias que causan mutaciones) se entienden mejor cuando se conoce la base molecular de los cambios en la estructura del ADN.
El parentesco entre diferentes especies de seres vivos se puede establecer estudiando y comparando las moléculas grandes (proteínas) que producen. Por ejemplo, al analizar la secuencia de aminoácidos en la hemoglobina o la insulina, se puede saber qué tan cerca están evolutivamente las especies, mostrando cómo la proteína ha cambiado a lo largo del tiempo. Muchos fenómenos genéticos, como la selección natural, la adaptación al ambiente o la diferenciación de especies, se explican a nivel molecular.
Además, la biología molecular de los microorganismos está ayudando a encontrar nuevos antibióticos y sustancias que atacan de forma efectiva a los gérmenes patógenos.
La biología molecular es una ciencia joven y está en constante crecimiento. Cada nuevo descubrimiento resuelve una pregunta, pero también plantea muchas más, que son el objetivo de futuras investigaciones. Para entenderla a fondo, se necesita la ayuda de otras ramas de la ciencia, como la biofísica y la física subatómica. Esto requiere el trabajo en equipo de muchos científicos con diferentes conocimientos.
Biólogos moleculares destacados
- Francis Crick
- James Dewey Watson
- Rosalind Franklin
- Max Perutz
- François Jacob
- Christiane Nüsslein-Volhard
- Severo Ochoa
- Alberto Kornblihtt
- Linus Pauling
Galería de imágenes
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Animación de parte de una estructura de ADN de doble hélice.
Véase también
En inglés: Molecular biology Facts for Kids
