Catálogo de la Colección "Derecho, Economía y Sociedad" Sitio Oficial de la Facultad de Derecho de la Universidad de Buenos Aires

Regulación jurídica de las biotecnologías

Curso dictado por la Dra. Teodora Zamudio

Equipo de docencia e investigación UBA~Derecho

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A- La materia inerte y los seres vivos


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þPresupuestos & Condiciones de contorno

þHipótesis iniciales

Ud. está en esta Unidad pedagógica

1. Bases biológicas

otras Clases de esta Unidad Componentes y Evolución del mundo viviente
A- La materia inerte y los seres vivos
- 1. La célula
- 2. Las moléculas marginales de la biología
Sistematización biológica
B- Reproducción, herencia y evolución
Reproducción celular
Reproducción de los organismos vivos
- 1. Particulares de los reinos biológicos
- 2. Particularidades del Homo sapiens sapiens
C- La química de la herencia y la genética molecular
ADN nuclear
- 1. La replicación del ADN
- 2. La transcripción y la traducción
Otras organizaciones y expresiones génicas
Interacciones génicas
Genoma Humano
Anormalidades cromosomáticas
D- Selección natural y variabilidad
- 1. Evolución de los caracteres morfológicos
- 2. Caracteres culturales de la evolución
 

2. Herramientas biotecnológicas

3. Biodiversidad

4. Ecología/Alimentación

5. Genoma Humano

6. Economía

7. Análisis ético y bio-ético

Desde luego existen numerosas tentativas para explicar el carácter fundamental de lo viviente y de su origen a partir de lo inerte. Sea cual fuere la respuesta definitiva a estas cuestiones cabe considerar las características básicas del mundo relativo sea éste animado o inerte; y lo que sí es definitivo es que ambos comparten los mismos elementos constitutivos.

En la base se encuentra el átomo, último término en la división de la materia en el que los elementos químicos conservan su individualidad. Es la más pequeña partícula de un elemento, que existe en estado libre o combinado. Los cuerpos simples están construídos exclusivamente de átomos idénticos; los cuerpos compuestos están formados por la reunión de átomos diferentes.

A su vez, los átomos están constituidos por partículas más pequeñas: el núcleo del átomo contiene protones cargados positivamente y neutrones que, a excepción del hidrógeno 1H, no tienen carga[1]. Las propiedades químicas de un átomo están determinadas por sus electrones (partículas pequeñas cargadas negativamente), que se encuentran fuera del núcleo[2]; éstos tienen diferentes cargas de energía: los electrones más cercanos al núcleo tienen menos energía que los más alejados y, de  esta manera, se encuentra en un nivel energético más bajo. Un electrón tiende a ocupar el nivel energético más bajo disponible, pero con el ingreso de energía puede ser lanzado a un nivel energético más alto, cuando el electrón regresa a un nivel de energía más bajo, se libera energía. Un átomo es más estable cuando todos sus electrones están en sus niveles de energía más bajos posibles y esos niveles están completos. Las reacciones químicas entre los átomos resultan de su tendencia a alcanzar la distribución electrónica más estable posible.

Los seres vivos están constituídos  por los mismos componentes químicos (conjuntos más o menos estables de átomos) y físicos que las cosas sin vida, y obedecen a las mismas leyes físicas y químicas. Las propiedades de las moléculas complejas dependerán de la organización de los átomos dentro de la molécula, de igual modo que las propiedades de una célula viva dependerán de la organización de las moléculas dentro de ella, y las propiedades de un organismo vivo multicelular, de la organización de las células de su cuerpo. El último nivel de organización biológica, la biosfera, resulta de las interacciones recíprocas de las plantas, animales y microorganismos de la Tierra y sus interacciones con los factores físicos del ambiente.

Seis elementos (CHNOPS): carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, fósforo y azufre constituyen el 99 % de toda la materia viva[3].

Los átomos de estos elementos son pequeños y forman enlaces covalentes (pues todos estos elementos necesitan ganar electrones para completar sus niveles de energía exteriores) estables y fuertes (pues su reducido tamaño permite que los electrones compartidos permanezcan muy cercanos a los núcleos)[4]. Con excepción del hidrógeno, todos pueden formar enlaces covalentes con dos o más átomos, dando lugar a las moléculas complejas que caracterizan a los sistemas vivos.

Las moléculas, agrupaciones autónomas y típicas de átomos característicos de cada especie química homogénea, se forman como resultado de los enlaces de los electrones siguiendo la tendencia explicada en el párrafo anterior. Las reacciones químicas generales (intercambio de electrones entre átomos) son:

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la combinación de dos o más sustancias para formar una sustancia diferente;

la disociación de una sustancia en dos o más;

el intercambio de átomos entre dos o más sustancias.

La química de los organismos vivos es, en esencia, la química de los compuestos o moléculas orgánicas, es decir de los compuestos que contienen carbono[5]. Una característica general de todos los compuestos orgánicos es que liberan energía cuando se oxidan. Entre los tipos principales de moléculas orgánicas importantes en los sistemas vivos están los carbohidratos, los lípidos, las proteínas y los nucleótidos[6]. Estas moléculas formadas por muchos miles, incluso por muchas decenas o centenas de miles de átomos, son los componentes de base de la materia orgánica  celular y juegan un rol determinante en el metabolismo celular. Ellos constituyen la última etapa de los sistemas prebióticos, yendo desde los más simples a los más complejos, que podrían inducir, según las circunstancias, a la recreación de lo viviente[7].

El mundo viviente se caracteriza por la compartimentación en medio acuoso de composición[8]. La unidad funcional fundamental de los organismos vivos es la célula que se encuentra en contacto con otras y con el mundo exterior gracias a la permeabilidad de sus membranas las que, a su vez, garantizan la integridad y la permanencia de su identidad. Presenta una estructura interna, formando parte ella misma de un conjunto más complejo (órgano, tejido, individuo) dentro del cual cumple funciones específicas. Hay, por lo tanto, una jerarquización de estructuras íntimamente ligadas a las diferentes funciones cumplidas dentro del conjunto (con excepción de los seres unicelulares y los cenocíticos).

Es su muerte lo que cualifica a los seres vivientes para estar dentro del mundo real, pero la muerte individual no es sinónimo de extinción definitiva: los seres vivientes pueden perpetuarse por la reproducción sexual o por multiplicación asexual (división celular), dando nacimiento a nuevos seres vivientes que presentan características combinadas de sus padres, o que constituyen la copia  fiel de su antecesor (clon), respectivamente.

El ser viviente es, pues, un ser temporal, con una historia comprendida entre su nacimiento y su muerte, que se forma por múltiples modificaciones continuas, y que, a largo plazo, seguidas las numerosas reproducciones, puede mostrar la evolución de la especie a la que pertenece.

Durante su vida, el organismo se nutre en virtud del proceso llamado metabolismo (del griego metabole, que significa “cambio”) el que posibilita el desarrollo de la vida durante el ciclo vital. El metabolismo es un conglomerado de fenómenos de degradación de alimentos productores de energía (catabolismo) y de síntesis de constituyentes celulares consumidores de energía (anabolismo) que permite un ciclo completo de intercambios de energía entre la célula y los sustratos aportados por la alimentación. Es este conjunto de relaciones físico-químicas catalizadas por las enzimas[9] y caracterizadas  por una integración rigurosamente planificada, en el espacio y en el tiempo, lo que confiere a la célula las propiedades que la califican como viviente.

Ejemplos de esos conjuntos (o pasos llamados, en bioquímica, vías) son la respiración y la glucólisis, virtualmente universales se desarrollan en casi todos los sistemas vivos. La vía se sucede en reacciones escalonadas, cada una controlada por una enzima específica, lo que le permite a la célula llevar a cabo sus actividades químicas de modo eficiente[10] en lo que concierne a la energía y a los materiales. Finalmente, la energía generada necesita ser almacenada y transportada allí donde haga falta, para ello los organismos vivos cuentan con una sustancia: la adenosinatrifosfato (ATP), la que sirve como sistema universal de intercambio de energía, a modo de vaivén entre las reacciones que liberan energía y las que la requieren.

Los organismos vivientes son, por lo tanto, los transformadores de energía y de materia, a los cuales se les aplica el principio: "nada se crea, nada se pierde".

 

Bibliografía complementaria:

APUNTES Y ACTUALIDAD

Creación de una célula artificial. Informe de archivo

Proyecto Genoma Humano. Su historia. Teodora Zamudio

Proyecto Proteoma humano. Por José A. Lozano Teruel

De la biojoyería ...al biotrasplante. Por Gisela T. Perez

Alma, conciencia y cerebro. Informe de archivo

Banal fusión de neuronas. Informe de archivo

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NOTAS:

[1] El número atómico de un átomo es igual al número de protones en su núcleo. El peso atómico de un átomo es igual a la suma de los protones y neutrones existentes en su núcleo.

[2] La estructura de los átomos, de la que depende su mutua asociación para la formación de las moléculas, es variable en cada elemento, así v.gr.:           

Elemento

Carbono 

Hidrógeno

Nitrógeno

Oxígeno

Fósforo

Azufre

N° de protones

6

1

7

8

15

16

N° de neutrones

6

0

7

8

16

16

N° de electrones

6

1

7

8

15

16

 

[3] El siguiente cuadro comparativo muestra la composición atómica de tres organismos representativos.                            

Organismo

Hombre

Alfalfa

Bacteria

Carbono

19,37 %

11,34 %

12,14 %

Hidrógeno

9,31 %

8,72 %

9,94 %

Nitrógeno

5,14 %

0,83 %

3,04 %

Oxígeno

61,81 %

77,90 %

73,68 %

Fósforo

0,63 %

0,71 %

0,60 %

Azufre

0,64 %

0,10 %

0,32 %

CHNOPS/ TOTAL

97,90 %

99,60 %

99,72 %

 

[4] Los enlaces (o asociación de átomos) más comunes son los enlaces iónicos y los covalentes. Los enlaces iónicos se forman por la atracción mutua de partículas de carga eléctrica opuesta; dichas partículas, formadas cuando un electrón salta de un átomo a otro, se conocen como iones. En los enlaces covalentes, los pares de electrones se comparten entre átomos (en algunos casos -enlaces covalentes polares- los átomos no se comparten de igual manera dando en la molécula a regiones de carga positiva o negativa).

[5] El carbono es singularmente adecuado para este papel central, por el hecho es el átomo más liviano capaz de formar múltiples enlaces covalentes. A raíz de esta capacidad, el carbono puede combinarse con otros átomos de carbono y con átomos distintos para formar una gran variedad de compuestos de cadenas fuertes y estables en forma de anillo; las moléculas orgánicas derivan sus configuraciones tridimensionales primordialmente de sus esqueletos de carbono.

[6] Los carbohidratos sirven como fuente primaria de energía química, los más simples son los monosacáridos (azúcares simples) como la glucosa y la fructuosa; éstos pueden unirse para formar disacáridos (sacarosa)o polisacáridos (almidón y glucógeno, que constituyen almacenes de azucares; o celulosa, material estructural de los vegetales). Los lípidos son moléculas hidrofóbicas y sirven, al igual que los carbohidratos, para el almacenamiento de energía y como componentes estructurales (especialmente de las membranas celulares); forman parte de este grupo: las grasas, los aceites, las ceras, los fosfolípidos, los glucolípidos, el colesterol y otros esteroides. Las proteínas son largas cadenas compuestas por aminoácidos (cadenas polipéptidas); los veinte aminoácidos usados para componer una proteína varían según las proteínas de sus grupos laterales y cada una de las moléculas proteicas cumple una función específica dentro de los organismos vivos. Finalmente, los nucleótidos son moléculas complejas formadas por un grupo fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base nitrogenada, constituyen los bloques estructurales de los ácidos desoxirribonucleico (DNA) y ribonucleico (RNA), que transmiten y traducen la información genética; asimismo, los nucleótidos cumplen funciones centrales en el intercambio de energía que acompañan a las reacciones químicas dentro de los sistemas vivos.

[7]  En 1953, Stanley Miller -a la sazón, joven estudiante de 23 años de la Escuela de Graduados de la Universidad de Chicago- intentó recrear el “origen de la vida” en el laboratorio: sometió a descargas eléctrica continuas una mezcla de agua, metano, amoníaco e hidrógeno, durante varios días, y obtuvo cierta cantidad de aminoácidos, entre los cuales se encontraba la alanina, uno de los compuestos más frecuentes de las proteínas, además de ácidos orgánicos, urea y azúcares (su experiencia fue publica en la revista Science, junto con la firma de su profesor  Harold Urey). Pero más tarde, en 1953, el descubrimiento de Watson y Crick (el que será referido más adelante) demostró que, en punto a develar el origen de la vida sobre el planeta Tierra, lo importante no era saber cómo habían aparecido las enzimas sino que lo que había que explicar era cómo habían aparecido los genes que instruían la síntesis de tales proteínas. El aparente “gallihuevo” tuvo una nueva vuelta de apróximación al descubrirse que el ARN (ácido rubonucleico) es capaz de funcionar simultáneamente como enzima (proteína) y como gen (regulador de la síntesis de las proteínas); este aserto le valió a Tom Cech de Universidad de Colorado un premio Nóbel. Recientemente, Julius Rebek del Instituto Tecnológico de Massachusetts creó una molécula de ADN sintética capaz de crear copias de si misma -la éster triácido de aminoadenosina- y que podría haber sido la primera, pero su incapacidad para cometer errores y mutar no explica la aparición de nuevas especies. Finalmente, los hallazgos hechos por Gustaf Arrhenius de filamentos de apatita, un fosfato químicamente similar al que aparece en los huesos, encontrados en el cinturón supracrustal Isua de la isla de Akilia (Groenlandia) y fechados en más de 3.850 millones de años (época en la que la Tierra sufrió una lluvia de meteoritos) reavivan las tesis que, sobre un origen extraterráqueo de la vida sobre el planeta, vienen siendo planteadas por ciertas líneas de pensamiento astrofísico.

[8]  El agua (H2O) es el principal componente del organismo de los seres vivos (v.gr., en los primates el contenido de agua oscila cerca del 70 % del peso del cuerpo, el 50 % del cual se encuentra en el núcleo y en el citoplasma celular). La importancia del agua en la economía de los seres vivos está dada por su especial estructura molecular  neutra que le otorga una polaridad que la hace disolvente; por otro lado, posee un gran poder aislante que disminuye la atracción entre las moléculas en disolución de carga contraria.

[9] Las enzimas son proteínas globulares complejas de gran tamaño (su peso molecular puede llegar a 1.000.000; siendo que el peso promedio de un aminoácido es de 120) formadas por una o más cadenas de polipéptidos. Se disponen plegadas formando un surco o bolsillo en el que encajan la molécula o moléculas reactivas -sustrato- y donde tienen lugar las reacciones. Esta región de la enzima se conoce como sitio activo. Éste no sólo tiene una configuración tridimensional complementaria a la del sustrato, sino que tiene también una distribución complementaria de áreas con carga o sin carga, hidrofílicas o hidrofóbicas, sobre la superficie de unión; de tal modo que el sitio activo no solamente reconoce y confirma a la molécula del sustrato, sino que también la orienta en una dirección particular.

[10] Multiplicidad de factores gradúan esta eficiencia, los principales factores en la velocidad de las reacciones enzimáticas son las concentraciones de enzima y de sustrato  y la disponibilidad de los cofactores requeridos. Asimismo la temperatura y el pH, que afectan la atracción de los aminoácidos de la molécula proteínica y también el sitio activo y el sustrato.

 

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Colección: Derecho, Economía y Sociedad

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Última modificación: 09 de Julio de 2005

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