Historia de la bioquímica
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La bioquímica comenzó con los antiguos griegos que estaban interesados en la composición y los procesos de la vida, aunque la bioquímica como una disciplina científica específica tiene su comienzo alrededor de principios del siglo XIX.[1] Algunos sostienen que el principio de la bioquímica pudo haber sido el descubrimiento de la primera enzima, Diastasa (hoy llamada amilasa), en 1833 por Anselme Payen, mientras que otros consideraron la primera demostración, por Eduard Buchner, de un proceso bioquímico complejo: la fermentación alcohólica en extractos libres de células. Algunos podrían también señalar el influyente trabajo de Justus von Liebig desde 1842, Química animal o Química orgánica en sus aplicaciones a la fisiología y la patología, que presentó una teoría química del metabolismo,[1] o incluso antes a los estudios del siglo XVIII sobre la fermentación y la respiración por Antoine Lavoisier.[2][3]
El término "bioquímica" se deriva de la combinación bio-, que significa "vida", y química. La palabra se registra por primera vez en inglés en 1848, mientras que en 1877, Felix Hoppe-Seyler usó el término (Biochemie en alemán) en el prólogo de la primera edición de Zeitschrift für Physiologische Chemie (Diario de Química Fisiológica) como un sinónimo para la química fisiológica y abogó por la creación de institutos dedicados a sus estudios. Sin embargo, varias fuentes citan al químico alemán Carl Neuberg como el que acuñó el término para la nueva disciplina en 1903,[4][5] en tanto que algunos le dan crédito a Franz Hofmeister.[6]
El tema de estudio de la bioquímica es los procesos químicos en organismos vivos, y su historia implica el descubrimiento y comprensión de los componentes complejos de la vida y la elucidación de vías de procesos bioquímicos. Gran parte de la bioquímica se ocupa de las estructuras y funciones de los componentes celulares tales como proteínas, carbohidratos, lípidos, ácidos nucleicos y otras biomoléculas; sus vías metabólicas y el flujo de energía química a través del metabolismo; cómo las moléculas biológicas dan lugar a los procesos que ocurren dentro de las células vivas; también se centra en los procesos bioquímicos involucrados en el control del flujo de información a través de señalización bioquímica, y cómo se relacionan con el funcionamiento de organismos enteros. En los últimos 40 años el campo ha tenido éxito en explicar los procesos vivos de tal manera que ahora casi todas las áreas de las ciencias de la vida, desde la botánica hasta la medicina, se dedican a la investigación bioquímica.
Entre el gran número de diferentes biomoléculas, muchas son moléculas complejas y grandes (llamadas polímeros), que están compuestas de subunidades repetitivas similares (llamadas monómeros). Cada clase de biomolécula polimérica tiene un conjunto diferente de tipos de subunidades. Por ejemplo, una proteína es un polímero cuyas subunidades se seleccionan de un conjunto de veinte o más aminoácidos, se forman carbohidratos a partir de azúcares conocidos como monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, se forman lípidos a partir de ácidos grasos y gliceroles y se forman ácidos nucleicos a partir de nucleótidos. La bioquímica estudia las propiedades químicas de moléculas biológicas importantes, como las proteínas, y en particular la química de las reacciones catalizadas por enzimas. La bioquímica del metabolismo celular y el sistema endocrino ha sido ampliamente descrita. Otras áreas de la bioquímica incluyen el código genético (ADN, ARN), síntesis de proteínas, transporte de membrana celular y transducción de señales .
En estos aspectos, el estudio de la bioquímica comenzó cuando la biología comenzó a interesar a la sociedad -como los antiguos chinos desarrollaron un sistema de medicina basado en el yin y el yang y también en las cinco fases,[7] ambas resultantes de intereses alquímicos y biológicos. Comenzó en la antigua cultura india también con un interés en la medicina, ya que desarrollaron el concepto de tres humores que eran similares a los cuatro humores griegos (ver humorismo ). También profundizaron en el interés de los cuerpos que se componen de tejidos . Como en la mayoría de las ciencias tempranas, el mundo islámico contribuyó grandemente a los adelantos biológicos tempranos así como a los progresos alquímicos; especialmente con la introducción de los ensayos clínicos y la farmacología clínica presentada en Avicena El Canon de Medicina.[8] En el lado de la química, los adelantos tempranos fueron atribuidos pesadamente a la exploración de intereses alquímicos pero también incluyeron: metalurgia, el método científico, y teorías tempranas del atomismo . En tiempos más recientes, el estudio de la química estuvo marcado por hitos como el desarrollo de la tabla periódica de Mendeléyev, el modelo atómico de Dalton y la conservación de la teoría de masas. Esta última mención tiene la mayor importancia de los tres debido al hecho de que esta ley entrelaza la química con la termodinámica de una manera intercalada.
Enzimas
Ya a finales del siglo XVIII y principios del siglo XIX, se conocía la digestión de la carne por las secreciones del estómago[9] y la conversión del almidón en azúcares por extractos de plantas y saliva . Sin embargo, el mecanismo por el cual esto ocurrió no había sido identificado.[10] En el siglo XIX, al estudiar la fermentación del azúcar con alcohol por levadura, Louis Pasteur concluyó que esta fermentación fue catalizada por una fuerza vital contenida dentro de las células de levadura llamadas fermentos, que él pensaba que funcionaban solo dentro de los organismos vivos. Escribió que "la fermentación alcohólica es un acto correlacionado con la vida y organización de las células de levadura, no con la muerte o putrefacción de las células".[11]
Anselme Payen descubrió en 1833 la primera enzima que llamó diastasa[12] y en 1878 el fisiólogo alemán Wilhelm Kühne (1837-1900) acuñó el término enzima, que viene del griego ενζυμον "en levadura", para describir este proceso. La palabra enzima se utilizó más tarde para referirse a sustancias no vivas como la pepsina, y la palabra fermento se utiliza para referirse a la actividad química producida por los organismos vivos.
En 1897 Eduard Buchner comenzó a estudiar la capacidad de los extractos de levadura para fermentar el azúcar a pesar de la ausencia de células vivas de levadura. En una serie de experimentos en la Universidad de Berlín, encontró que el azúcar se fermentó incluso cuando no había células vivas de levadura en la mezcla.[13] El nombre de la enzima que provocó la fermentación de la sacarosa " zimasa ".[14] En 1907 recibió el Premio Nobel de Química "por su investigación bioquímica y su descubrimiento de la fermentación libre de células". Siguiendo el ejemplo de Buchner; las enzimas se nombran generalmente según la reacción que llevan a cabo. Típicamente, se añade el sufijo -ase al nombre del sustrato ( por ejemplo, la lactasa es la enzima que escinde la lactosa ) o el tipo de reacción (por ejemplo, la ADN polimerasa forma polímeros de ADN).
Después de haber demostrado que las enzimas podrían funcionar fuera de una célula viva, el siguiente paso fue determinar su naturaleza bioquímica. Muchos investigadores tempranos señalaron que la actividad enzimática estaba asociada con proteínas, pero varios científicos (como el premio Nobel Richard Willstätter ) argumentaron que las proteínas eran simplemente portadoras de las enzimas verdaderas y que las proteínas en sí eran incapaces de catálisis. Sin embargo, en 1926, James B. Sumner demostró que la enzima ureasa era una proteína pura y la cristalizó; Sumner hizo lo mismo con la enzima catalasa en 1937. La conclusión de que las proteínas puras pueden ser enzimas fue probada definitivamente por John Howard Northrop y Wendell Meredith Stanley, quienes trabajaron en las enzimas digestivas pepsina (1930), tripsina y quimotripsina. Estos tres científicos recibieron el Premio Nobel de Química de 1946.[15]
Este descubrimiento, de que las enzimas podían ser cristalizadas, significaba que los científicos eventualmente podrían resolver sus estructuras mediante la cristalografía de rayos X. Esto se hizo primero para la lisozima, una enzima que se encuentra en las lágrimas, la saliva y las claras de huevo que digiere el recubrimiento de algunas bacterias; la estructura fue resuelta por un grupo dirigido por David Chilton Phillips y publicado en 1965. Esta estructura de alta resolución de la lisozima marcó el comienzo del campo de la biología estructural y el esfuerzo para entender cómo las enzimas funcionan a un nivel atómico de detalle.
