HBVIb

HISTORIA DE LA BIOLOGÍA
VI
Hacia la unidad de la
Biología
Segunda parte: Fisiología, Bioquímica,
Microbiología
Ramón Muñoz-Chápuli
enero-marzo 2014
En el primer tercio del siglo
XIX cambia radicalmente el
marco cientifico en el que se
desarrolla la fisiología
El nuevo marco está
caracterizado por la teoría
atómica, el concepto de
reacción química y la teoría
del calor.
Se generaliza el concepto de
fuerza y se descubre la
relación entre electricidad y
magnetismo
Se sintetiza la urea, con lo
que cae la frontera
orgánico/inorgánico
Friedrich Wöhler (1800 – 1882)
Descubre o participa en el
descubrimiento del aluminio,
berilio, itrio o titanio
Sintetiza urea a partir de
cianato amónico
Johannes Muller 1801-1858
• Su Handbuch der Physiologie des Menschen (1833 - 1840)
representa la convergencia de la anatomía comparada, la química
y la física en un nuevo paradigma fisiológico, nuevos conceptos y
nuevos métodos experimentales
• Establece que la información sensorial diversa (luz, sonido, calor)
se codifica como impulsos nerviosos de similar naturaleza
• Maestro de Haeckel, His, Liebig, Schwann, Henle, Helmholz, Du
Bois-Reymond, Reichert o Ludwig
• Medalla Copley
Justus von Liebig (1803-1873)
• Renovador en la enseñanza de la ciencia
(prácticas de laboratorio)
• Inventa y comercializa el extracto de
carne
• Establece el requerimiento de nitrógeno
para las plantas e introduce los abonos
químicos
• Junto con Wohler afirma que no existen
diferencias esenciales entre lo orgánico y
lo inorgánico y señala que los procesos
biológicos son, básicamente, reacciones
químicas
Theodore Schwann (1803-1873)
Como fisiólogo descubre la
pepsina y propone que la
fermentación es un proceso
biológico producido en el interior
de las levaduras
Jan Purkinje (1787-1869)
• Introduce el concepto de plasma
sanguíneo
• Descubre las glándulas sudoríparas,
las células de Purkinje en el cerebelo
y las fibras de Purkinje en el corazón
• Introduce el microtomo en histología
Claude Bernard (1813-1878)
• Estudia la función digestiva del páncreas, la
función glicogénica del hígado
• Establece los principios generales de la
farmacodinamia
• Establece las funciones del sistema nervioso
(nervios sensitivos y motores)
• Descubre la vasomotricidad
• Estudia el sistema nervioso simpático, su función
vasomotora, y su acción sobre la temperatura
corporal, sobre las secreciones y sobre la glicemia
• Trata la diabetes y la anemia (lactato de hierro)
• Inicia la oxigenoterapia y la inyección intravenosa
de suero fisiológico
• Establece el concepto de homeostasis y medio
interno
• Da a la vida un enfoque positivista moderado
(fenómeno vital soportado por procesos físico
químicos)
François Magendie (1783-1855)
Maestro y Jefe de Claude
Bernard
Primero en distinguir entre
nervios sensoriales y motores
(polémica con Charles Bell)
Lección de Claude Bernard por León Lhermitte (1889)
La Introducción a la Medicina
Experimental de Bernard supone
una de las mayores revoluciones
conceptuales y metodológicas en
la Medicina de todos los tiempos
Emil du Bois-Reymond (1818 –1896)
• Sucedió a su maestro J. Muller en
Berlín
• Estudia los fenómenos eléctricos en los
seres vivos y es el pionero de la
electrofisiología
• Descubre el potencial de acción
nervioso
• Famoso por sus “ignorabimus” (lo que
nunca podremos conocer:
•La naturaleza de la materia y la fuerza
•El origen del movimiento
•El origen de las sensaciones simples
Carl Ludwig (1816 –1895)
• Inventa el quimógrafo (primer registro gráfico de la
actividad fisiológica, en este caso la presión
sanguínea)
• Descubre el control nervioso de la secreción
• Estudia la excreción renal y el intercambio de gases
entre la sangre y los tejidos
Hermann von Helmholtz (1821–
1894)
• Aplica el principio de conservación
de la energía a la fisiología
muscular
• Inventa el oftalmoscopio y estudia
la fisiología de la percepción
(colores, sonidos, etc.)
• Más adelante se pasa a la física
(es maestro de Hertz)
La fotosíntesis: el misterio del crecimiento de las
plantas
• Joseph Priestley (1733-1804) había descubierto que el aire
contenido en una campana era empobrecido por la
combustión y la respiración, pero que esto podía ser
remediado por una planta
• Jan Ingenhousz (1730 - 1799) demostró que esta
“regeneración” del aire dependía de la luz, e identificó como
oxígeno el gas producido por las plantas
• Jean Senebier (1742 - 1809) mostró que las plantas
absorben dióxido de carbono (“aire fijado”), y que el
carbono de las plantas procede del aire
• El químico suizo Nicolas de Saussure (1767 - 1845)
demostró que el incremento de masa en una planta no
podía explicarse sólo por la absorción de dióxido de
carbono, por lo que la planta debería incorporar también
agua
• Julius von Sachs, discípulo de Purkinje, establece el cultivo
hidropónico, la formación del almidón, la función de la
clorofila y (con Schleiden) la ecuación fotosintética:
dióxido de carbono + agua + luz = glucosa + oxígeno
¡Lo orgánico procede de lo inorgánico!
Julius von Sachs (1832 - 1897)
El término “Bioquímica” se generaliza en el
siglo XX (Neuberg, 1903)
En el siglo XIX se habla de “Química
fisiológica”, como una especialidad dentro
de la Fisiología
Mulder
Berzelius
• Bajo la dirección del químico sueco Jakob Berzelius (1779-1848), el
holandés Johannes Mulder (1802- 1880) estudia la composición química
de las “sustancias albuminoides” y descubre que todas tienen más o
menos la misma composición (4 partes de carbono, 6 de hidrógeno, 1 de
nitrógeno y 1 de oxígeno), aunque sus propiedades son muy variables
• Berzelius, en una carta de 1838, las llama “proteínas”, por su carácter de
“nutriente primitivo”
• Su estructura (cadena de aminoácidos) no se desvela hasta 1902
(Hofmeister y Fischer)
Laboratorio de Hoppe-Seyler en
Estrasburgo
Felix Hoppe-Seyler (1825 –1895)
• Ayudante de Virchow en Berlín
• Descubre la fijación de oxígeno por
la hemoglobina
• Aisla y clasifica diferentes proteínas
• Uno de los fundadores de la
Bioquímica
Friedrich Miescher (1844 - 1895)
Aisló varias moléculas ricas en
fosfatos, a las cuales llamó
nucleínas (actualmente ácidos
nucleicos), a partir del núcleo de
los glóbulos blancos en 1869
Los discípulos de Hoppe-Seyler
Albrecht Kossel (1853 1927)
Separa la nucleína en
proteínas y ácidos
nucleicos. Describe las
bases, adenina, citosina,
guanina, timina y uracilo
Premio Nobel en 1910
Anselme Payen (1795 - 1871)
Químico industrial. Descubre en 1833 la
primera enzima: la diastasa (amilasa) que
hidroliza el almidón liberando glucosa
Wilhelm Kühne (1837 - 1900)
Acuña el término “enzima”, sustancia
capaz de producir reacciones similares a
las que ocurren en los seres vivos (p.e.
Pepsina)
Maestro de la norteamericana Ida
Henrietta Hyde (1857-1945), la primera
doctora en ciencias por Heidelberg y
primera investigadora en Harvard
Emil Fischer (1852 - 1919)
Concepto de la especificidad de las
enzimas (llave-cerradura)
Premio Nobel 1902
Eduard Buchner (1860 –1917)
En 1897 descubre que la fermentación del
azúcar y su transformación en alcohol es
posible con un extracto de levadura (zimasa)
¡La fermentación (un proceso biológico) no
precisa de la “vida”!
Los procesos biológicos revelan su
naturaleza fisicoquímica. Este es un golpe
definitivo al vitalismo
Buchner recibe el Premio Nobel en 1907.
Oficial médico en la primera guerra mundial,
fallece a consecuencia de heridas de guerra
en 1917
Aunque se sospecha de la relación de las
enzimas y las proteínas, la naturaleza
proteica de las enzimas no se demuestra
hasta el siglo XX (Sumner, 1926)
Frasco de Buchner
• El gran problema de la Biología de finales del siglo XIX
fue la imposibilidad de conectar los conocimientos del
mundo microscópico (células, cromosomas, núcleos, etc.)
y los de la Química Fisiológica (proteínas, ácidos
nucleicos, lípidos, etc.)
• Muchos microscopistas consideraban que los estudios
químicos eran inútiles (“de nada sirve conocer la
composición química de un reloj para comprender su
funcionamiento”).
• Se pensaba que la clave de la vida estaba en esta “zona
oscura”
• Las dos principales escuelas que especulaban sobre esta
zona oscura eran los partidarios de la Teoría coloidal
(que hacían énfasis en las propiedades físicas de la
materia orgánica) y los partidarios de la Teoría
macromolecular, que consideraban la vida como una
interacción química entre moléculas de gran tamaño.
Thomas Graham (1805 –1869) había descubierto
los coloides en 1860. Es también el descubridor de
la diálisis
La Microbiología se desarrolla en el siglo XX, pero
tiene dos grandes precursores en el XIX, Louis
Pasteur y Robert Koch
Pasteur realiza en 1861
el experimento definitivo
para refutar la
generación espontánea
de los microbios. Estos
no se desarrollan en
caldos esterilizados y en
frascos abiertos si la
forma del frasco impide
la entrada de partículas
Louis Pasteur (1822-1895)
Químico de formación, investiga las
propiedades ópticas de los tartratos (¡Legión
de Honor a los 26 años!)
A pesar de que Liebig pensaba que las
fermentaciones eran procesos de
“putrefacción”, Pasteur propone que se trata
de una actividad natural (metabólica) de
determinados microorganismos
A partir de 1860 investiga la producción del
vino, demostrando que la fermentación
alcohólica, láctica y butírica están producidas
por diferentes microorganismos
Propone la “pasteurización” como tratamiento
para evitar la fermentación láctica en los
mostos. Esto salva la industria del vino en la
región de Lille y representa el origen de la
Microbiología Industrial
Retrato del padre de Louis Pasteur hecho por su hijo
En 1865 se le solicita que
investigue una epidemia de
pebrina que mata a los gusanos de
seda en el sur de Francia
Descubre que la enfermedad está
producida por un microbio (en
realidad un parásito) y establece
medidas de aislamiento y
cuarentena
Esto le lleva a pensar que las
enfermedades humanas pueden
estar causadas por microbios
Pasteur, por Albert Edelfeldt (1885)
La idea lleva a Joseph Lister (1827-1912) a proponer
en 1867 medidas de asepsia en cirugía (ácido fénico)
Robert Koch (1843-1910)
Médico rural y microscopista
aficionado
Estudia los bacilos que aparecen
en los animales enfermos de
Ántrax
Logra aislarlos, cultivarlos y
provocar la enfermedad en ratones
inyectados con ellos. Establece los
Postulados de Koch
Demuestra experimentalmente por
primera vez el origen microbiano
de una enfermedad animal y
humana
Publica sus resultados en 1876
• En 1880 es llamado a Berlín donde prosigue
sus trabajos
• En 1881 propone que todo el material
quirúrgico se esterilice con calor
• Desarrolla nuevas técnicas de cultivo (agar y
placas de Petri)
• En 1882 identifica el agente de la tuberculosis
y en 1883 el del cólera, acabando con la teoría
del “miasma”
• En 1891 es director del Instituto Prusiano de
Enfermedades Infecciosas (hoy Instituto Koch)
• Premio Nobel en 1905
Mycobacterium tuberculosis
• Pasteur se propone, con casi
60 años de edad, prevenir o
curar las enfermedades
infecciosas.
• Después de un afortunado
descubrimiento trabajando
con bacilos atenuados del
cólera de las gallinas, en
1881 consigue inmunizar un
grupo de 25 ovejas en un
experimento público, con
una enorme repercusión
• Junto con Emile Roux, en
1885 obtiene un
tratamiento efectivo contra
la rabia, a pesar de no
haber sido capaz de aislar el
agente (era un virus).
Robert Koch criticó el
método usado
Inmunización de ovejas en Poully-le-Fort
Frasco de Roux, con
un trozo de médula
espinal de perro
Emile Roux (1853-1933)
Descubridor del suero
contra la difteria
El primer Instituto Pasteur
La cripta de Pasteur
Inmunidad natural y quimioterapia
Paul Ehrlich (1854 – 1915)
• Descubre la “inmunidad humoral”,
cómo células de la sangre reconocen
los microbios y fabrican toxinas
contra ellos
• Desarrolla los primeros tratamientos
químicos contra los microbios
(salvarsán)
Iliá Méchnikov (1845 – 1916)
• Descubre la fagocitosis y Afirma que
la inmunidad se debe a la acción de
células fagocíticas (“inmunidad
celular”)
• Introduce el yogur en Europa
Ambos comparten el Premio Nobel en
1908