Que es la Biología molecular

Biología molecular

El campo de la biología molecular estudios de macromoléculas y los mecanismos macromoleculares que se encuentran en los seres vivos, tales como la naturaleza molecular del gen y de sus mecanismos de replicación de los genes, la mutación, y de expresión. Dada la importancia fundamental de estos mecanismos macromoleculares largo de la historia de la biología molecular, se argumenta que un enfoque filosófico sobre el concepto de un mecanismo genera una imagen más clara de la historia de la biología molecular, conceptos y casos de estudio utilizados por los filósofos de la ciencia.

Esta entrada de la enciclopedia se organiza en torno a estos tres temas. En primer lugar, una visión histórica de la evolución de la biología molecular desde sus orígenes hasta la actualidad presta especial atención a las características de esta historia hace referencia por los filósofos. Análisis filosófico pasa luego a los conceptos clave en el campo: mecanismo, la información, y el gen. Por último, los filósofos han utilizado la biología molecular como caso de estudio para abordar las cuestiones más generales de la filosofía de la ciencia, tales como la reducción de la teoría y la explicación científica, cada uno de los cuales se entiende más claramente en la biología molecular con un enfoque en la atención de la materia a los mecanismos.

Origen de la biología molecular

El campo de la biología molecular nació de la convergencia del trabajo de los genetistas, físicos, químicos y estructurales de un problema común: la estructura y la función del gen. A principios del siglo XX, aunque el naciente campo de la genética se guió por la ley de Mendel de la segregación (dos alelos de un gen por separado, es decir, segregar, durante la formación de las células germinales de modo que cada célula germinal tiene uno pero no el otro) y la ley de distribución independiente (genes en diferentes grupos de ligamiento seleccionará independientemente en la formación de las células germinales), los mecanismos reales de la reproducción de genes, la mutación y la expresión sigue siendo desconocido. Thomas Hunt Morgan y sus colegas utilizaron la mosca de la fruta, Drosophila como organismo modelo para estudiar la relación entre los genes y los cromosomas en el proceso hereditario (Morgan 1926; discutido en Darden 1991, Darden y Maull 1977, Kohler 1994; Roll- Hanson 1978; Wimsatt 1992). Un ex estudiante de Morgan, Hermann J. Muller, reconoció el "gen como base de la vida", y así se propuso investigar su estructura (Muller 1926). Muller descubrió el efecto mutagénico de los rayos X en Drosophila , y utiliza este fenómeno como una herramienta para explorar el tamaño y la naturaleza del gen (Carlson 1966, 1971, 1981; Crow 1992; Muller 1927). Pero a pesar de la potencia de la mutagénesis, Muller reconoció que, como un genetista, que era limitado en la medida en que se podría explicar las propiedades más fundamentales de los genes y sus acciones. Llegó a la conclusión de un ensayo de 1936: "El genetista sí mismo es incapaz de analizar estos establecimientos. Aquí el físico, así como el químico, deben dar un paso pulg ¿Quién va a ser voluntario para hacerlo? "(Muller, 1936, 214)

Petición de Muller no fue contestada. La década siguiente vio a varios físicos famosos dirigen su atención a la cuestión de la herencia biológica (Keller, 1990; Kendrew 1967). En ¿Qué es la vida? , el físico Erwin Schrödinger (1944) propone formas en que los principios de la física cuántica podría explicar la estabilidad, sin embargo, la mutabilidad de los genes (véase la entrada en la vida ). Schroedinger especula que el gen podría ser una especie de irregular "cristal aperiódico" jugar un papel en este libro influenció a muchos jóvenes científicos, físicos, así como biólogos, considerar nuevas vías de investigación (Elitzur 1995 "código-script hereditaria."; Moore 1989; Olby 1994, 240-247; Sarkar 1991, por una reinterpretación ver Kay 2000, 59-66).

Un impacto más sustancial provino de la migración de Max Delbrueck en biología. Delbrueck se interesó en la base física de la herencia después de escuchar una conferencia a cargo de su profesor, físico cuántico Niels Bohr (1933), que expuso un principio de complementariedad entre la física y la biología (McKaughan 2005; Roll-Hansen 2000). A diferencia de Schroedinger, Bohr (y posteriormente Delbrueck) no buscan reducir la biología a la física, sino que el objetivo era entender cómo cada disciplina complementa al otro (Delbrueck 1949). Delbrueck, con este marco en mente, visitó el laboratorio mosca de Morgan en 1937. Pero en lugar de volver su atención a la Drosophila , Delbrueck considera incluso la mosca de la fruta demasiado complejo para desentrañar la característica única de la vida: la auto-reproducción. Delbrueck optó por utilizar bacteriófagos, virus que infectan a las bacterias y luego se multiplican muy rápidamente. El establecimiento de "El Grupo Fago" a principios de 1940 por Delbrueck y otro físico-dar vuelta-biólogo Salvador Luria marcó un punto crítico en el auge de la biología molecular (Brock 1990; Cairns et al, 1966;. Fischer y Lipson 1988, Fleming 1968 ; Lewontin 1968, Luria 1984; Morange 1998, Capítulo 4,. Stent 1968). Un famoso experimento fago por Alfred Hershey y Martha Chase (1952) rastreó los componentes químicos del fago al entrar bacterias. Los resultados proporcionaron pruebas, añadiendo a la de trabajo anterior de Oswald Avery en bacterias (Avery et. Al 1944), que los genes no eran proteínas pero el ácido desoxirribonucleico (ADN).

Mientras Delbrueck facilitó la colaboración entre físicos y biólogos, que fue en gran medida indiferente de los detalles químicos que los puentes de estos campos. Esto fue en contraste con el colega de Delbrueck en Cal Tech, Linus Pauling, quien utilizó su conocimiento de la química estructural para estudiar la estructura macromolecular. Pauling hizo tanto trabajo teórico y experimental importante en el posterior desarrollo de la biología molecular. Su trabajo teórico sobre la naturaleza del enlace químico suministra una comprensión de cómo podría ser macromoléculas grandes estables (Pauling 1939). El concepto de macromoléculas estables, que abarca tanto las proteínas y ácidos nucleicos, era un requisito previo necesario para el estudio de su estructura (Olby 1979). Pauling, en contraste con los bioquímicos, investigó formas débiles de unión, tales como enlaces de hidrógeno. Estas formas más débiles de la unión se descubrieron después de jugar papeles importantes en las estructuras y funciones de proteínas y ácidos nucleicos (Crick 1996; Sarkar 1998). El laboratorio de Pauling en Cal Tech también hizo uso de la técnica de cristalografía de rayos x. Se proporciona un medio para investigar la estructura molecular. Los rayos X bombardean una molécula dejaron imágenes únicas en placas fotográficas debido a la difracción de los rayos X por la molécula. La combinación de esta metodología de gran alcance con la construcción de maquetas, Pauling descubrió la estructura de hélice alfa de las proteínas (Pauling y Corey 1950;. Pauling et al 1951), y, finalmente, puso su mirada en la estructura del ADN (Pauling y Corey 1953; para tratamientos históricos de esta investigación ver Hager 1995, Pauling 1970).

Reconociendo muy temprano la importancia de estos nuevos métodos físico-químicas y estructurales de la biología, Warren Weaver, entonces el director de la sección de Ciencias Naturales de la Fundación Rockefeller, introdujo el término "biología molecular", en un informe de 1938 de la Fundación. Weaver escribió,

Y poco a poco está llegando a ser una nueva rama de la ciencia, la biología molecular, que está empezando a descubrir muchos secretos acerca de las unidades últimas de la célula viva .... en el que se utilizan delicadas técnicas modernas para investigar detalles cada vez más minutos de cierta vida procesos. (Citado en Olby 1994, 442)

Pero tal vez una explicación más elocuente de origen del término proviene de la explicación de Francis Crick por qué empezó llamándose a sí mismo un biólogo molecular: "Me vi obligado a decir que soy un biólogo molecular porque cuando clérigos preguntando me preguntaron lo que hice, me cansé de explicando que era una mezcla de cristalografía, biofísico, bioquímico y genetista, una explicación que, en cualquier caso, que encontraron demasiado difícil de entender "(citado en Stent 1969, 36).

Crick se mencionó que era, en parte, un bioquímico. Asimismo, Michel Morange (1998) dijo: "La biología molecular es el resultado del encuentro entre la genética y la bioquímica, dos ramas de la biología que se desarrolló a principios del siglo XX." Ambos biólogos moleculares y bioquímicos hicieron (y siguen) trabajo al mismo nivel de tamaño e investigar algunos de los mismos mecanismos, tales como la síntesis de proteínas. Sin embargo, los dos campos tienen diferentes trayectorias históricas.

La historia temprana de los dos campos puede ser un tanto simplista dividir de acuerdo a dos características de Aristóteles de la vida: la bioquímica se ocupa de la nutrición (recharacterized como el metabolismo en general) y de la biología molecular (junto con su antecesor más directo genética clásica) la reproducción investigado. A diferencia de la biología molecular, la bioquímica surgió como un campo a principios de siglo XX. Se trazó sus raíces a la química de los animales y la química médica del siglo XIX (Kohler, 1982). Gran parte del enfoque de la bioquímica (desde la perspectiva de lo que es importante para las preguntas de la biología molecular sobre el material genético) fue en las proteínas y enzimas. El gen, por lo general de poco interés para los bioquímicos, se pensaba que era una proteína hasta que la evidencia a favor de ADN comenzó a surgir en la década de 1940 y 50. En los libros de texto bioquímicas antes de 1953, los ácidos nucleicos (ADN y el ácido ribonucleico, ARN) fueron relegados a un capítulo menor. Los descubrimientos de los-unos veinte aminoácidos, los bloques de construcción de proteínas, fueron los principales logros de la primera bioquímica del siglo XX. Artículos de interés para los bioquímicos eran enlace covalente (una forma fuerte de unión química, que conecta los aminoácidos en las proteínas), la acción de enzimas (proteínas que actúan como catalizadores en reacciones bioquímicas), y los requisitos de energía para las reacciones que se produzca. Después de Watson y Crick (1953a) descubrimiento de la estructura del ADN, la bioquímica mostró un mayor énfasis en los ácidos nucleicos (véase, por ejemplo, White et al. 'S Principios de Bioquímica de 1954 a través de las ediciones posteriores, por ejemplo, White et al. 1978).

Esta breve recapitulación de los orígenes de la biología molecular refleja los temas tratados por los filósofos, como la reducción (ver sección 3.1 ) y el concepto de gen (ver sección 2.3 ). Para Schroedinger, biología iba a ser reducido a los principios más fundamentales de la física, mientras que Delbrueck lugar resistió tal reducción y buscó lo que hizo que la biología única. Cambio de Muller de la genética clásica para el estudio de genes estructura plantea la cuestión de la relación entre el concepto clásico y moleculares del gen. Estas cuestiones se examinarán más adelante.

Mecanismos.

En la breve historia de la biología molecular mostró, los biólogos moleculares descubrir y explicar mediante la identificación y elucidación de mecanismos, como la replicación del ADN, síntesis de proteínas, y la miríada de mecanismos de expresión génica. La frase "la teoría de la biología molecular" no se utilizó y por una buena razón, el conocimiento general en el campo se representa mediante diagramas de los mecanismos. Descubrir el mecanismo que produce un fenómeno es un logro importante por varias razones. En primer lugar, el conocimiento de un mecanismo que muestra cómo funcionan las cosas: los mecanismos dilucidado proporcionan inteligibilidad. En algunos casos, uno puede literalmente ver cómo funciona el mecanismo de principio a fin. Se puede ejecutar una simulación en el ojo de la mente. En segundo lugar, saber cómo funciona un mecanismo que permite realizar predicciones en base a la regularidad en los mecanismos. Uno puede ser capaz de decir cómo funcionaría un mecanismo, si se encuentra otro caso, o si se cambian las condiciones o insumos. En tercer lugar, el conocimiento de los mecanismos potencialmente permite a intervenir para cambiar lo que el mecanismo produce, para manipular sus piezas para la construcción de herramientas experimentales, o para reparar un mecanismo enferma roto. En resumen, el conocimiento de los mecanismos dilucidado proporciona comprensión, predicción y control. Dada la importancia general de los mecanismos y el hecho de que los mecanismos juegan un papel tan importante en el campo de la biología molecular, no es de extrañar que los filósofos de la biología pioneros análisis del concepto de mecanismo.

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http://bioenfasis.blogspot.com/2013/07/biologia-molecular-y-la-filosofia.html