Resumen: En el presente artículo tendremos como principal tarea explicar los conceptos básicos y fundamentales de la biología y de ello desprenderemos el tema de la caracterización en la misma.
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Revista Agustina ISSN 2310-4759 NATURAL SCIENCE P. 1- 3 Mayo 2014 Volumen 2- Número 1 .  CARACTERIZACION EN BIOLOGIA Pinto Moreno Gastón Enrique, Universidad Nacional de San Agustín, Facultad de Ingeniería de Procesos, Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica RESUMEN: En el presente artículo tendremos como principal tarea explicar los conceptos básicos y fundamentales de la biología y de ello desprenderemos el tema de la caracterización en la misma. Por todo lo ya mencionado este tema es muy importante en todos los aspectos de la biología y sirve de todas maneras en todas las ramas de la bioquímica. También daremos respuesta a algunas interrogantes más comunes que suscitan en los médicos o incluso a los estudiantes de medicina humana, y además de todo aprenderemos conceptos básicos de la biología como son, las divisiones de esta , los seres vivos, clasificación de las estructuras de un ser vivo. PALABRAS CLAVE: Biología, Bioquímica, Estructura, Vida. Abstract: In this article, we will have as its main task to explain the basic and fundamental concepts of biology and it desprenderemos the issue of characterization in it. For all mentioned this issue is very important in all aspects of biology and served anyway in all branches of biochemistry. We will also answer some common questions that arise in medical students or even human medicine, and besides all learn basic concepts of biology such as the divisions of this, living beings, classification of structures of a living being. Key Word:: Biology, Biochemistry, Structure, Life. Pinto Moreno Gastón Enrique, Universidad Nacional de San Agustín, Facultad de Ingeniería de Procesos, Escuela Profesional de Ingeniería Metalúrgica, A101, Av. Independencia s/n, abramsupotito1959@hotmail.com. INTRODUCCIÓNLa biología molecular es la disciplina científica que tiene como objetivo el estudio de los procesos que se desarrollan en los seres vivos desde un punto de vista molecular. En su sentido moderno, la biología molecular pretende explicar los fenómenos de la vida a partir de sus propiedades macromoleculares. Dos macromoléculas en particular son su objeto de estudio: 1) Los ácidos nucleicos, entre los cuales el más famoso es el ácido desoxirribonucleico (ADN), el componente de genes. 2) Las proteínas, que son los agentes activos de los organismos vivos. Dentro del Proyecto Genoma Humano puede encontrarse la siguiente definición sobre la Biología Molecular: El estudio de la estructura, función y composición de las moléculas biológicamente importantes. Esta área está relacionada con otros campos de la Biología y la Química, particularmente Ingeniería genética y Bioquímica. La biología molecular concierne principalmente al entendimiento de las interacciones de los diferentes sistemas de la célula, lo que incluye muchísimas relaciones, entre ellas las del ADN con el ARN, la síntesis de proteínas, elmetabolismo, y el cómo todas esas interacciones son reguladas para conseguir un correcto funcionamiento de la célula. La diferencia entre la química orgánica y la biología molecular o química biológica es que en la química biológica las moléculas de ADN tienen una historia y, por ende, en su estructura nos hablan de su historia, del pasado en el que se han constituido, mientras que una molécula orgánica, creada hoy, es sólo testigo de su presente, sin pasado y sin evolución histórica. CARACTERISTICAS Al estudiar el comportamiento biológico de las moléculas que componen las células vivas, la Biología molecular roza otras ciencias que abordan temas similares: así, por ejemplo, juntamente con la Genética se interesa por la estructura y funcionamiento de los genes y por la regulación (inducción y represión) de la síntesis intracelular de enzimas y de otras proteínas. Con la Citología, se ocupa de la estructura de los corpúsculos subcelulares (núcleo, nucléolo, mitocondrias, ribosomas, lisosomas, etc.) y sus funciones dentro de la célula. Con la Bioquímica estudia la composición y cinética de las enzimas, interesándose por los tipos de catálisis enzimática, activaciones, inhibiciones competitivas o alostéricas, etc. También colabora con la Filogenética al estudiar la composición detallada de determinadas moléculas en las distintas especies de seres vivos, aportando valiosos datos para el conocimiento de la evolución.  Fig.1: representación de un mapa conceptual en el que se explica a modo grosso las características de los sistemas vivos. Sin embargo, difiere de todas estas ciencias enumeradas tanto en los objetivos concretos como en los métodos utilizados para lograrlos. Así como la Bioquímica investiga detalladamente los ciclos metabólicos y la integración y desintegración de las moléculas que componen los seres vivos, la Biología molecular pretende fijarse con preferencia en el comportamiento biológico de las macromoléculas (ADN, ARN, enzimas, hormonas, etc.) dentro de la célula y explicar las funciones biológicas del ser vivo por estas propiedades a nivel molecular. CONTENIDO Al profundizar en cualquier fenómeno biológico y pretender explicar la naturaleza íntima de los procesos que determinan una propiedad o una función de los seres vivos, entramos inevitablemente en el campo de la Biología molecular. Veamos, por ejemplo el estudio de los genes. Las clásicas leyes de Mendel tienen su explicación inmediata en el conocimiento morfológico y funcional de los cromosomas. Pero cuando deseamos saber la composición y forma de actuación de un gen necesitamos penetrar a fondo en la estructura del ADN doble helicoide de Watson y Crick, el ordenamiento de bases púricas y pirimidímicas, es decir, la información genética. Al matizar la posibilidad de sintetizar una enzima por parte de un gen, debemos seguir el proceso de transmisión de esta información genética del ADN nuclear al ARN mensajero; la activación de los aminoácidos por el ARN transportador, la ordenación de estos aminoácidos activados sobre el ribosoma de acuerdo con la pauta prefijada por elARN mensajero, la obtención de la estructura primaria de la enzima proteína. Todos estos temas son objeto de estudio de la Biología molecular Pero hay más; la proteína, una vez sintetizada, debe ordenarse en el espacio según determinadas reglas que constituyen la conformación espacial específica (estructuras secundaria y terciaria) y a veces asociarse varias moléculas iguales o diferentes para constituir lo que se ha llamado estructuras cuaternaria y quinaria, de modo que las propiedades biológicas de la molécula como enzima están vinculadas a esta ordenación espacial compleja. La molécula proteica así organizada puede resultar ser una enzima que, en su actividad catalítica, es susceptible de sufrir activaciones o inhibiciones por determinadas sustancias, acciones éstas de trascendental importancia para la vida de lacélula. Del mismo modo, la Biología molecular se interesa por la estructura química de las sustancias que componen las membranas biológicas y la ordenación de las enzimas que realizan acciones encadenadas, p. ej., dentro de las mitocondrias, núcleo y otros corpúsculos subcelulares, para explicar la mecánica de los ciclos y procesos bioquímicos determinados por la Topoquímica celular. Los procesos de reproducción de los virus, de las bacterias, y de los organismos superiores encierran multitud de incógnitas que trata de ir resolviendo la Biología molecular. Las mutaciones producidas por agentes físicos (rayos X, rayos gamma, calor, etc.) o químicos (sustancias mutágenas) tienen una explicación tanto más satisfactoria cuanto mejor se conoce la base molecular de los procesos de alteración en la estructura y ordenación de las bases nitrogenadas del ADN. El parentesco entre especies diferentes de seres vivos puede establecerse mediante el estudio individual comparado de las sustancias macromoleculares (proteínas) elaboradas por ellos. Así, de la secuencia de aminoácidos en la hemoglobina, mioglobina, citocromos, hormonas hipofisarias o insulina se induce el grado de proximidad filogenética, al demostrarse la evolución de la proteína por mutaciones progresivas. Multitud de fenómenos genéticos como selección natural, adaptación al ambiente, diferenciación de las especies, etc., tienen su última explicación a nivel molecular. Por último, la Biología molecular de microorganismos está aportando datos interesantes para la búsqueda de nuevos antibióticos y antimetabolitos, que permiten atacar eficaz y selectivamente a los gérmenes patógenos. Con todo esto no queremos afirmar que la Biología molecular sea una ciencia completa ni perfectamente elaborada. Todo lo contrario; los nuevos descubrimientos, al resolver una incógnita plantean muchos más interrogantes que son objeto de investigaciones futuras. Hoy día esta joven ciencia está en expansión explosiva. Por otro lado, la última y definitiva explicación de los comportamientos de las moléculas de los seres vivos requiere, para ser conocida en profundidad, enfrentarse con otras ramas de la ciencia tales como la Biofísica submolecular (orbitales, fuerzas de enlace, hibridación, etc.) e incluso la Física subatómica, para la cual se requiere un bagaje de conocimientos que jamás puede ser patrimonio de investigadores aislados, sino de equipos de trabajo científicamente heterogéneos, pero armónicamente conjuntados. La biología es una disciplina académica que abarca un amplio espectro de campos de estudio que, a menudo, se tratan como disciplinas independientes. Todas ellas juntas estudian la vida en un amplio rango de escalas. La vida se estudia a escala atómica y molécular en biología molecular, en bioquímica y en genética molecular. Desde el punto de vista celular, se estudia en biología celular, y a escala pluricelular se estudia en fisiología, anatomía e histología. Desde el punto de vista de la ontogenia o desarrollo de los organismos a nivel individual, se estudia en la biología del desarrollo. Cuando se amplía el campo a más de un organismo, la genética trata el funcionamiento de la herencia genética de los padres a su descendencia. La ciencia que trata el comportamiento de los grupos es la etología, esto es, de más de un individuo. La genética de poblaciones observa y analiza una población entera y la genética sistemática trata los linajes entre especies. Las poblaciones interdependientes y sus hábitats se examinan en la ecología y la biología evolutiva. Un nuevo campo de estudio es la astrobiología (o xenobiología), que estudia la posibilidad de la vida más allá de la Tierra. Las clasificaciones de los seres vivos son muy numerosas. Se proponen desde la tradicional división en dos reinos establecida por Carlos Linneo en el siglo XVII, entre animales y plantas, hasta las actuales propuestas de sistemas clásticos con tres dominios que comprenden más de 20 reinos.  Fig. 2: esquema representativo de un mapa conceptual de la caracterización de la biología.  Fig. 3: esquema representativo de un mapa conceptual de la concepción de la ciencia. MATERIAL Y METODOS PODREMOS HACER LA CARACTERIZACION DEL TEJIDO OSEO El tejido óseo es un tipo especializado de tejido conectivo cuya matriz extracelular se halla mineralizada en su mayor parte. El tejido óseo se caracteriza por su gran dureza y consistencia. Consta de una sustancia fundamental y de células óseas, las cuales se alojan en las lagunas óseas que son cavidades existentes en la materia fundamental. Esta última es rica en sustancias minerales (sales de calcio) que aumentan con la edad. La sustancia cementadora sirve de unión entre las fibrillas, las cuales forman laminillas óseas de aspecto estriado o punteado propia de los mamíferos adultos; y fibras gruesas y entrecruzadas, típica de huesos fetales. Este tejido representa la parte más importante del esqueleto y a pesar de su dureza y resistencia posee cierta elasticidad. Al igual que el cartílago, el tejido es una forma especializada del tejido conectivo denso, además provee al esqueleto de la fortaleza de funcionar como sitio de inserción y sostén del peso para los músculos y le da rigidez al organismo para protegerlo de la fuerza de gravedad. Las funciones más importantes del esqueleto son la de protección, rodeando al cerebro de la médula espinal y parte de los órganos del tórax y del abdomen. Una modificacion especial del tejido oseo es el marfil, el cual posee un cemento de tejido oseo reticular. CLASIFICACION DEL TEJIDO OSEO El tejido óseo se organiza de dos formas diferentes: tejido óseo esponjoso y tejido óseo compacto. (En los huesos largos, la diáfisis está compuesta por tejido óseo compacto; por el contrario, la epífisis está compuesta por el hueso esponjoso). (SALENA, 2013) Hueso esponjoso o areolar Están formados por delgadas trabéculas que en los huesos ya formados, corresponden al tejido óseo laminillar rodeadas por células de revestimiento óseo. Este se localiza en el interior de los huesos del cráneo, vértebras, esternón y pelvis y también al final de los huesos largos. Su estructura es en forma de redes similares a una esponja caracterizada por trabéculas, en donde se ubican los osteocitos; y su función es actuar como andamio que provee rigidez y soporte en la mayoría del hueso compacto. Hueso compacto o denso Este se localiza en porciones externas de todos los huesos y ramificaciones de los huesos largos. Poseen una estructura dura y predominan matriz ósea. Aquí se localizan los osteocitos dentro de las lagunas alrededor de los conductos de Havers u osteón, Este hueso provee rigidez y soporte, y forma una capa exterior sólida sobre los huesos, lo cual evita que sean fácilmente rotos o astillados. ( C. Buroni, E. Commisso, P. Cisilino, & Sammartino, 2004)  Fig. 3: esquema de células óseas (tejido óseo) CARACTERIZACION DE LAS CELULAS DEL TEJIDO ÓSEO Célula osteoprogenitora: La células osteoprogenitoras o células madre ósea son células indeferenciadas con carácter de fibroblastos. Durante la formación de los huesos estas células sufren división y diferenciación a células formadoras de hueso (osteoblastos) mientras que los preosteoclastos darán origen a los osteoclastos. Está es una célula en reposo capaz de transformarse en un osteoblasto y secretar matriz ósea. Estas células se encuentran en las superficies externas e internas de los huesos (células periósticas y células endósticas). Son capaces de dividirse y proliferar, y tiene la capacidad de diferenciarse a tres tipos celulares, además de los osteoblastos; estas son: adipositos, condroblastos y fibroblastos (se desconoce el origen exacto de estas células) ( Rincón Rincón, Ros Felip, Claramunt Alonso, & Arranz Merino, 2004) ( Bernabé Salazar, Navarro Cáma, & Pallarés Martínez , 2005) Osteoblasto Es una célula diferenciada formadora de hueso que secreta la matriz ósea. Se asemeja al fibroblasto y condroblasto con respecto a la capacidad de dividirse. Estas secretan el colágeno y la sustancia fundamental que constituyen el hueso inicial no mineralizado u osteoide. También es responsable de la calcificación de la matriz mediante de la secreción de pequeñas vesículas matriciales las cuales tienen gran cantidad de fosfatasa alcalina. Los osteoblastos tienen forma cuboide o poliédrica y son de agrupación monoestratificada. Los osteoblastos se comunican con otros osteblastos y con osteocitos por medio de prolongaciones citoplasmáticas o nexos, para establecer comunicación con el tejido óseo.  Fig. 4: Osteoblastos sobre un ribete de osteoide. El osteoide se observa como un material finamente fibrilar de color gris y por debajo del mismo se situa el hueso mineralizado en color negro (Microscopía electrónica x 3400).  Fig.5: Detalle de un osteoblasto. En el extremo superior se observa un segmento del núcleo. Cercano al núcleo, se observan las vesículas dilatadas del aparato de Golgi de contenido gris claro (*). El resto del citoplasma esta ocupado por abundantes cisternas de retículo endoplásmico rugoso (Microscopía electrónica x 9100). Osteocito El osteocito es la célula ósea madura, es de forma aplanada como semilla de calabaza, está rodeado por la matriz ósea que secretó antes como osteoblasto. El osteocito es un osteoblasto diferenciado. Los osteocitos son responsables del mantenimiento de la matriz ósea. Poseen la capacidad de sintetizar y resorber la matriz, al menos en forma limitada. Estas actividades contribuyen a la homeostasis de la calcemia. El osteocito es capaz de modificar la matriz ósea circundante por su actividad sintética y resortiva. Morfológicamente tienen tres estados funcionales:
 Fig. 6: Osteocitos en los que se observan las finas prolongaciones del cuerpo celular (Giemsa x 1000).  Fig. 7: Osteocito en el interior de una laguna. La matriz ósea mineralizada es de color negro. (Microscopía electrónica x 5700). Osteoclasto Esta es una célula multinucleada de gran tamaño, cuya función es de resorción ósea. Cuando el osteoclasto está en actividad, descansa directamente sobre la superficie ósea donde se producirá la resorción. Como consecuencia de su actividad, inmediatamente por debajo del osteoclasto se forma una excavación poco profunda llamada laguna de resorción. Los osteoclastos reabsorben las trabéculas, van formando tejido óseo a manera de laminillas y se dispone la médula ósea definitiva dada la menor o mayor cantidad de laminillas.  Fig. 8: Osteoclasto humano cultivado sobre una lámina de dentina. Por debajo de la célula se insinua la cavidad producida por la acción del osteoclasto. (Microscopía electrónica de barrido x 4500).  Fig.9: Esquema de los mecanismos implicados en la reabsorción ósea por parte de los osteoclastos.  Fig. 10: (M) Cavidad medular, (Opc) celulas osteoprogenitoras, (Ob) osteoblastos, (Os) osteoide, (Oc) osteocito, (CB) Matriz osea calcificada, (C) canaliculos, (L) límite entre dos laminillas. OSIFICACION (DESARROLLO DEL HUESO) Se denomina osificación al conjunto de mecanismos por medio de los cuales el tejido conjuntivo se transforma en tejido óseo. Mecanismos de osificación:
Procesos intercelulares: formación de todos los elementos intercelulares previos al depósito de sales calcicas. (Sequeda, Milciades Díaz, Gutiérrez, Perdomo, & Gómez, 2012) Tipos de osificación: - Osificación intramembranosa: Concretamente esta es la condensación celular dentro del tejido mesenquematico. Se limita a los huesos que no tienen funcion de sostén estructural. Por ej. Los huesos planos del craneo.En la osificación intramembranosa se forma el hueso por diferenciación de celulas mesenquimaticas en osteoclastos.  Fig. 11: Etapa inicial de osificacion intramembranosa (craneo de embrión de gato), (Ob) osteoblastos. - Osificación endocondral: Crecimiento de los huesos a lo largo. Tambien la osificación endocondral comienza con la proliferación y agrupación de celulas mesenquematicas en el sitio donde se desarrollará el futuro hueso. No obstante, las celulas mesenquematicas se diferencian en condroblastos que a su vez producen matriz cartilaginosa. ( Rincón Rincón, Ros Felip, Claramunt Alonso, & Arranz Merino, 2004)  Fig. 12: HUESO INMADURO (IB) Y MADURO (MB) coloreado con hematoxilina eosina (H-E). El hueso inmaduro tiene más células. RESULTADOS Y DISCUCIONEl tejido óseo está formado por células que ayudan a la calcificación de los huesos hasta llegar a su forma y estado definitivo, cada una de estas células posee una función específica. Células como las osteoprogenitoras, osteoblastos, osteocitos y osteoclastos son las que van a dar origen tanto al hueso esponjoso como al hueso compacto. La osificación serán los mecanismos que darán origen a las células óseas, que posteriormente se cementaran y formaran hueso. La caracterización de la biología como pudimos observar que es muy interesante y pudimos también observar la importancia de reconocer los principales componentes de la muestra que se seleccionó, nos dimos cuenta que con el microscopio de difracción de rayos x tuvimos resultados que son los componentes principales del tejido óseo y sus elementos principales como son el calcio, magnesio, zinc, fosforo entre otros. AGRADECIM IENTO Mi agradecimiento va dirigido principalmente a mis padres, en especial a mi mama por la paciencia y ayuda proporcionada por ella; también al profesor del curso Pedro Figueroa por el tiempo, la comunicación y la facilidad de respuesta para con sus alumnos. REFERENCIASBernabé Salazar, A., Navarro Cáma, J., & Pallarés Martínez , F. (2005). Tejido óseo. Murcia: Univercidad de Murcia. C. Buroni, F., E. Commisso, P., P. Cisilino, A., & Sammartino, M. (2004). DETERMINACIÓN DE LAS CONSTANTES ELÁSTICAS ANISÓTROPAS DEL TEJIDO ÓSEO UTILIZANDO TOMOGRAFÍAS COMPUTADAS. APLICACIÓN A LA CONSTRUCCIÓN DE MODELOS DE ELEMENTOS FINITOS. En G. Buscaglia, E. Dari, & O. Zamonsky, Mec´anica Computacional (págs. 3009-3032). Bariloche: División Soldadura y Fractomecánica – INTEMA. Rincón Rincón, E., Ros Felip, A., Claramunt Alonso, R., & Arranz Merino, F. (2004). CARACTERIZACIÓN MECÁNICA DEL MATERIAL ÓSEO. . Revista de Ciencia, Tecnologia y Medio Ambiente, 11-20. SALENA. (10 de 6 de 2013). Slideserver. Obtenido de Slideserver Web Site: http://www.slideserve.com/salena/caracterizaci-n-de-la-biolog-a-como-ciencia Sequeda, L., Milciades Díaz, J., Gutiérrez, S. J., Perdomo, S. J., & Gómez, O. L. (2012). Obtención de hidroxiapatita sintética por tres métodos diferentes y su caracterización para ser utilizada como sustituto óseo. Rev. Colomb. Cienc. Quím. Farm., 50-66. |
