AUTOFAGIA
Autofagia Deretic, Vojo y Klionsky, Daniel J.
Proteínas erosionadas, orgánulos averiados y microorganismos invasores, todos son absorbidos por diminutas "aspiradoras" celulares. Si se mantuviera operativo, ese mecanismo retrasaría el envejecimiento.
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De vez en cuando, se descubre que un proceso celular considerado de poco valor y confuso corresponde, en realidad, a una actividad fundamental. Un proceso que interviene, ubicuo, en una amplia gama de estados normales y patológicos. Así aconteció con la función que desempeña el óxido nítrico en el sistema circulatorio, un hallazgo que mereció el premio Nobel y que ha contribuido al desarrollo de múltiples fármacos. Ahora, otro de esos procesos poco conocidos ha empezado a despertar el interés entre los biólogos: la autofagia.
La autofagia (de "auto-devorarse", en griego) responde a un esquema sencillo. En el interior de cada célula, en torno al núcleo, se encuentra el citoplasma, una suerte de gelatina amorfa que se sustenta gracias a una matriz esquelética y en la que se hallan en suspensión una vasta y compleja población de macromoléculas y una serie de subunidades funcionales especializadas, los orgánulos. El funcionamiento del citoplasma es tan complejo (podríamos equipararlo al del sistema operativo de un ordenador), que se atasca constantemente con los detritus de las actividades que se llevan a cabo. El sistema autofágico opera, en parte, como un mecanismo de limpieza: un cubo de basura que va de un sitio a otro para recoger fragmentos viejos de proteínas y otros restos indeseados que se acumulan en el citoplasma.
Revista Investigación y Ciencia: 382 - JULIO 2008
Proteínas erosionadas, orgánulos averiados y microorganismos invasores, todos son absorbidos por diminutas "aspiradoras" celulares. Si se mantuviera operativo, ese mecanismo retrasaría el envejecimiento.
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De vez en cuando, se descubre que un proceso celular considerado de poco valor y confuso corresponde, en realidad, a una actividad fundamental. Un proceso que interviene, ubicuo, en una amplia gama de estados normales y patológicos. Así aconteció con la función que desempeña el óxido nítrico en el sistema circulatorio, un hallazgo que mereció el premio Nobel y que ha contribuido al desarrollo de múltiples fármacos. Ahora, otro de esos procesos poco conocidos ha empezado a despertar el interés entre los biólogos: la autofagia.
La autofagia (de "auto-devorarse", en griego) responde a un esquema sencillo. En el interior de cada célula, en torno al núcleo, se encuentra el citoplasma, una suerte de gelatina amorfa que se sustenta gracias a una matriz esquelética y en la que se hallan en suspensión una vasta y compleja población de macromoléculas y una serie de subunidades funcionales especializadas, los orgánulos. El funcionamiento del citoplasma es tan complejo (podríamos equipararlo al del sistema operativo de un ordenador), que se atasca constantemente con los detritus de las actividades que se llevan a cabo. El sistema autofágico opera, en parte, como un mecanismo de limpieza: un cubo de basura que va de un sitio a otro para recoger fragmentos viejos de proteínas y otros restos indeseados que se acumulan en el citoplasma.
Revista Investigación y Ciencia: 382 - JULIO 2008
chaperones
Función biológica de las chaperonas Srivastava, Pramod K
Desde hace tiempo se sabe que las proteínas de choque térmico nos protegen del estrés. Ahora se les atribuye otras funciones en el cáncer y en la inmunidad.
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En 1962, en el Instituto de Genética de Pavía alguien subió la temperatura de un incubador que contenía moscas de la fruta. Al examinar las células de las moscas sometidas al "choque térmico", descubrieron que los cromosomas se habían ensanchado en ciertas regiones. El aspecto expandido constituía un claro indicio de que se estaban activando ciertos genes para que diesen lugar a las proteínas que codificaban. Esas regiones activas acabaron denominándose loci (lugares) de choque térmico.
En un principio se creyó que se daba sólo en la mosca de la fruta. Se necesitaron otros 15 años para que las proteínas originadas tras la aparición de esas expansiones cromosómicas se detectaran en mamíferos y en otros organismos. Desde entonces, en lo que ha venido a ser una de las historias más fascinantes de la biología contemporánea, se ha terminado por reconocer que las proteínas de choque térmico (HSP, de "heat shock protein") desempeñan una función crucial en todas las formas de vida, a escala celular, somática y poblacional.
Revista Investigación y Ciencia: 384 - SEPTIEMBRE 2008
Desde hace tiempo se sabe que las proteínas de choque térmico nos protegen del estrés. Ahora se les atribuye otras funciones en el cáncer y en la inmunidad.
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En 1962, en el Instituto de Genética de Pavía alguien subió la temperatura de un incubador que contenía moscas de la fruta. Al examinar las células de las moscas sometidas al "choque térmico", descubrieron que los cromosomas se habían ensanchado en ciertas regiones. El aspecto expandido constituía un claro indicio de que se estaban activando ciertos genes para que diesen lugar a las proteínas que codificaban. Esas regiones activas acabaron denominándose loci (lugares) de choque térmico.
En un principio se creyó que se daba sólo en la mosca de la fruta. Se necesitaron otros 15 años para que las proteínas originadas tras la aparición de esas expansiones cromosómicas se detectaran en mamíferos y en otros organismos. Desde entonces, en lo que ha venido a ser una de las historias más fascinantes de la biología contemporánea, se ha terminado por reconocer que las proteínas de choque térmico (HSP, de "heat shock protein") desempeñan una función crucial en todas las formas de vida, a escala celular, somática y poblacional.
Revista Investigación y Ciencia: 384 - SEPTIEMBRE 2008
PROTEINAS. RESCATE DE PROTEINAS ABERRANTES
INVESTIGACION Y CIENCIA 352 - ENERO 2006
Rescate de proteínas aberrantes
Conn, P. Michael y Janovick, Jo Ann
Consideradas durante largo tiempo inoperantes, las proteínas mutantes patológicas recuperan su funcionalidad si se repliegan con la ayuda de un molde farmacológico.
Inicio artículo
Numerosas enfermedades se deben a mutaciones del ADN. Alteran éstas la composición aminoacídica de las proteínas que los genes codifican. En el estudio de enfermedades genéticas se experimenta con células que contienen una mutación y, por tanto, producen una proteína defectuosa, que suele presentar alteraciones funcionales; pensemos, por ejemplo, en un receptor celular que no se une a su ligando o una enzima sin capacidad catalítica. Se dice que estas mutaciones provocan una "pérdida de función".
Hasta ahora se consideraba defectuosas e inservibles las proteínas correspondientes, lo que resulta cierto en algunos casos pero de generalidad cuestionable a tenor de la investigación reciente. De acuerdo con los resultados obtenidos en diversos laboratorios, el nuestro incluido, las mutaciones patológicas provocan a menudo que la proteína adopte un plegamiento defectuoso y se extravíe; a la manera de una carta con el código postal equivocado y una dirección ilegible, la proteína aberrante no alcanza su destino en el interior de la célula. Este descubrimiento entraña repercusiones terapéuticas de interés: resulta mucho más fácil corregir el rumbo de una proteína mutada en el interior de la célula que reemplazar, mediante terapia génica, un gen mutante.
Rescate de proteínas aberrantes
Conn, P. Michael y Janovick, Jo Ann
Consideradas durante largo tiempo inoperantes, las proteínas mutantes patológicas recuperan su funcionalidad si se repliegan con la ayuda de un molde farmacológico.
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Numerosas enfermedades se deben a mutaciones del ADN. Alteran éstas la composición aminoacídica de las proteínas que los genes codifican. En el estudio de enfermedades genéticas se experimenta con células que contienen una mutación y, por tanto, producen una proteína defectuosa, que suele presentar alteraciones funcionales; pensemos, por ejemplo, en un receptor celular que no se une a su ligando o una enzima sin capacidad catalítica. Se dice que estas mutaciones provocan una "pérdida de función".
Hasta ahora se consideraba defectuosas e inservibles las proteínas correspondientes, lo que resulta cierto en algunos casos pero de generalidad cuestionable a tenor de la investigación reciente. De acuerdo con los resultados obtenidos en diversos laboratorios, el nuestro incluido, las mutaciones patológicas provocan a menudo que la proteína adopte un plegamiento defectuoso y se extravíe; a la manera de una carta con el código postal equivocado y una dirección ilegible, la proteína aberrante no alcanza su destino en el interior de la célula. Este descubrimiento entraña repercusiones terapéuticas de interés: resulta mucho más fácil corregir el rumbo de una proteína mutada en el interior de la célula que reemplazar, mediante terapia génica, un gen mutante.
sábado 7 de noviembre de 2009
DARWIN A EXAMEN.
DARWIN A EXAMEN.
1.-Ideas generales sobre la evolución darwinista
Darwin propone un mecanismo basado en la supervivencia de aquellos organismos eficaces en la extracción de recursos, evasión de riesgos y propagación reproductora.
Tres principios de la Teoría:
1) Principio de la Selección Natural.
“La selección natural actúa solamente a través de la conservación de variaciones que de alguna manera son ventajosas, y por tanto, persisten”.
1) Principio de Extinción:
“Según se van formando nuevas especies en el tiempo a través de la Selección Natural, inevitablemente, otras se volverán cada vez más raras y, finalmente, se extinguirán”
3) Principio de Divergencia:
“Cuanto más diferentes sean, los descendientes de cualquier especie, más capacitados estarán para aprovechar muchos lugares en la naturaleza y aumentar su número”.
LA SELECCIÓN NATURAL ES UN MECANISMO CIEGO, SIN NINGUNA TENDENCIA O FINALIDAD, SÓLO SUPONE ADAPTACIÓN A CAMBIOS AMBIENTALES LOCALES Y TEMPORALES: SE SELECCIONAN LAS VARIACIONES VENTAJOSAS DE ENTRE TODAS AQUELLAS PRODUCIDAS AL AZAR EN LOS GENES: Sólo hay que recordar el título de famoso libro de Monod: “El azar y la necesidad”, la mutación y la selección natural.
Es un mecanismo SENCILLO, NECESARIO Y SUFICIENTE que, teniendo en cuenta LA NAVAJA DE OCCAM, no precisa de ningún otro apoyo (por ejemplo, un diseñador inteligente) para explicar la Biología.
El sencillo algoritmo evolutivo, la selección natural, se basta por sí solo para explicar la evolución sin necesidad de multiplicar las causas. La navaja de Occam sirve pues, para hacer innecesarios los llamados "ganchos celestes", es decir, las explicaciones extranaturales de los fenómenos naturales.
No es necesario ningún tipo de idealismo religioso o filosófico. Basta con un materialismo estricto: No hay ningún objetivo, ningún proyecto, ninguna esperanza, detrás del mecanismo puramente material que nos ha creado y que nos destruirá.
2) DEFENSA DEL GRADUALISMO:
En “el origen de las especies” se lee: “la naturaleza no da saltos, Es pródiga en variación y escasa en innovación”. Esta idea de acumulación de pequeños cambios en periodos dilatados de tiempo, se vio reforzada en los años 30 del siglo XX por Haldane y otros: la evolución se sustenta en la acumulación gradual de pequeños cambios, sobre los que actúa la
Selección Natural; en estos años se produjo la fusión de la Genética y el Darwinismo que dio lugar a la Nueva Síntesis.
La biología molécular y la genética moderna aportan pruebas decisivas a favor de este punto de la Nueva Síntesis largamente discutido por otras teorías alternativas como el equilibrio puntuado, el saltacionismo, la simbiogénesis, el neutralismo de Kimura, la deriva genética, extinciones masivas…
Dos ejemplos:
a) Pruebas EPIGENÉTICAS:
La herencia epigenética resulta de la transmisión de información que no depende de secuencias de las bases nitrogenadas del ADN a través de la meiosis o la mitosis. La información epigenética modula, por tanto, la expresión de los genes sin alterar la secuencia de ADN. Los patrones de metilación de ADN son los mejores estudiados y entendidos como marcadores de fenómenos epigenéticos. Para entendernos:
TODAS LAS CÉLULAS DE NUESTRO CUERPO TIENE LOS MISMOS GENES PERO DISTINTOS ESTADOS DE ACTIVACIÓN O ESTADOS EPIGENÉTICOS, LO QUE EXPLICA LAS DIFERENCIAS ENTRE NEURONAS, FIBRAS MUSCULARES O HEPATÓCITOS.
EL MOTOR DE LA EVOLUCIÓN NO SON LOS CAMBIOS EN LOS GENES, SINO LOS CAMBIOS EN LA REGULACION DE LOS GENES QUE CONTROLAN EL DESARROLLO.
1) El descubrimiento del Genoma Humano por la Compañía Celera en 2001 y los estudios comparados con otros genomas animales, ha supuesto hasta el momento una “humillante constatación”: NO SÓLO TENEMOS EL MISMO NÚMERO DE GENES QUE UN RATÓN (21.000) SINO QUE ADEMÁS, SON PRÁCTICAMENTE LOS MISMOS GENES. NO EXISTE LA ESENCIA DE LA HUMANIDAD EN LOS GENES. LOS HUMANOS SON SIMPLEMENTE UN CONJUNTO DE POBLACIONES SIN UNA DELIMITACIÓN ESPACIO-TEMPORAL CLARA.
Respecto al concepto de especie, hay un CONTINUUM GENÉTICO con variaciones graduales que van desde pequeñas diferencias entre poblaciones hasta especies, pasando por subespecies, seudoespecies, especies gemelas…
El gradualismo de Darwin se basa en que los descendientes se parecen a sus ancestros, no es necesaria (Occam) la continua aparición de MONSTRUOS AFORTUNADOS (sucumben antes de nacer o poco después) (saltacionismo), basados en macromutaciones que propicien la aparición de nuevas especies.
2) El gen FOXP2, es esencial tanto para el desarrollo normal del habla en los humanos como del canto en las aves. Una mutación en este gen causa defectos del lenguaje en las personas: es esencial para aprender la rápida secuencia de movimientos de labios y lengua con que expresamos nuestros pensamientos: EL LENGUAJE ARTICULADO TAN “HUMANO”.
Con una sencilla experiencia, Scharff de la Universidad Libre de Berlín: Infectaron con un virus especial, portador de una copia en espejo del FOXP2, el cerebro de unos diamantes mandarines, lo que impedía su expresión. Resultado: las aves presentaban un canto extraño, variable y eran incapaces de imitar el canto de los adultos, del mismo modo que los niños con genes FOXP2 mutantes tienen un habla variable con defectos de imitación.
3) Los OJOS AZULES: se deben a una mutación que se extendió hace apenas entre 6.000 y 10.000 años desde algún lugar alrededor del Mar Negro. La mutación consiste en el cambio de una única base, de A a G, en el brazo largo del cromosoma 15, lo que frena la expresión del gen OCA2, responsable de la producción del pigmento que oscurece los ojos. Se extendió rápidamente por dos causas darvinianas:
- Selección Natural: El carácter está asociado a un color de piel claro, capaz de sintetizar más vitamina D a partir de la luz solar en latitudes septentrionales, cuando las poblaciones se hicieron más dependientes de una dieta a base de cereales (agricultura).
- Selección sexual: las personas de ojos azules tenían más descendientes simplemente porque eran más atractivas para el sexo opuesto.
b) ESLABONES PERDIDOS:
La inexistencia de formas intermedias entre los grandes grupos de seres vivos (Tipos, Clases...) en los registros fósiles incompletos es un argumento utilizado con reiteración contra el gradualismo. Pues bien, cada vez se descubren más formas intermedias, además del ya famoso Archaeopterix:
TIKTAALIK: Es un fósil de 375 millones de años de antigüedad, encontrado en el Ártico Canadiense en 2004. Aunque era un pez con escamas y aletas, tenía la cabeza achatada propia de un anfibio, con un cuello y huesos dentro de las aletas: húmero, cubito, huesos carpianos propios de los animales terrestres. Vivian en aguas someras o se arrastraban en el fango para huir de los depredadores. A pesar de que los genes del fósil se han perdido, los científicos estudiaron los de un pariente próximo: un pez primitivo llamado PEZ ESPÁTULA DEL MISSISIPI. Descubrieron que los genes que se expresan para producir los huesos de las aletas son los mismos que los que forman las extremidades en los embriones de aves, mamíferos o reptiles. La única diferencia es que en estos peces los genes permanecen menos tiempo activados.
FRANCISCO ANTÓN - AGUEDA DIAGO
1.-Ideas generales sobre la evolución darwinista
Darwin propone un mecanismo basado en la supervivencia de aquellos organismos eficaces en la extracción de recursos, evasión de riesgos y propagación reproductora.
Tres principios de la Teoría:
1) Principio de la Selección Natural.
“La selección natural actúa solamente a través de la conservación de variaciones que de alguna manera son ventajosas, y por tanto, persisten”.
1) Principio de Extinción:
“Según se van formando nuevas especies en el tiempo a través de la Selección Natural, inevitablemente, otras se volverán cada vez más raras y, finalmente, se extinguirán”
3) Principio de Divergencia:
“Cuanto más diferentes sean, los descendientes de cualquier especie, más capacitados estarán para aprovechar muchos lugares en la naturaleza y aumentar su número”.
LA SELECCIÓN NATURAL ES UN MECANISMO CIEGO, SIN NINGUNA TENDENCIA O FINALIDAD, SÓLO SUPONE ADAPTACIÓN A CAMBIOS AMBIENTALES LOCALES Y TEMPORALES: SE SELECCIONAN LAS VARIACIONES VENTAJOSAS DE ENTRE TODAS AQUELLAS PRODUCIDAS AL AZAR EN LOS GENES: Sólo hay que recordar el título de famoso libro de Monod: “El azar y la necesidad”, la mutación y la selección natural.
Es un mecanismo SENCILLO, NECESARIO Y SUFICIENTE que, teniendo en cuenta LA NAVAJA DE OCCAM, no precisa de ningún otro apoyo (por ejemplo, un diseñador inteligente) para explicar la Biología.
El sencillo algoritmo evolutivo, la selección natural, se basta por sí solo para explicar la evolución sin necesidad de multiplicar las causas. La navaja de Occam sirve pues, para hacer innecesarios los llamados "ganchos celestes", es decir, las explicaciones extranaturales de los fenómenos naturales.
No es necesario ningún tipo de idealismo religioso o filosófico. Basta con un materialismo estricto: No hay ningún objetivo, ningún proyecto, ninguna esperanza, detrás del mecanismo puramente material que nos ha creado y que nos destruirá.
2) DEFENSA DEL GRADUALISMO:
En “el origen de las especies” se lee: “la naturaleza no da saltos, Es pródiga en variación y escasa en innovación”. Esta idea de acumulación de pequeños cambios en periodos dilatados de tiempo, se vio reforzada en los años 30 del siglo XX por Haldane y otros: la evolución se sustenta en la acumulación gradual de pequeños cambios, sobre los que actúa la
Selección Natural; en estos años se produjo la fusión de la Genética y el Darwinismo que dio lugar a la Nueva Síntesis.
La biología molécular y la genética moderna aportan pruebas decisivas a favor de este punto de la Nueva Síntesis largamente discutido por otras teorías alternativas como el equilibrio puntuado, el saltacionismo, la simbiogénesis, el neutralismo de Kimura, la deriva genética, extinciones masivas…
Dos ejemplos:
a) Pruebas EPIGENÉTICAS:
La herencia epigenética resulta de la transmisión de información que no depende de secuencias de las bases nitrogenadas del ADN a través de la meiosis o la mitosis. La información epigenética modula, por tanto, la expresión de los genes sin alterar la secuencia de ADN. Los patrones de metilación de ADN son los mejores estudiados y entendidos como marcadores de fenómenos epigenéticos. Para entendernos:
TODAS LAS CÉLULAS DE NUESTRO CUERPO TIENE LOS MISMOS GENES PERO DISTINTOS ESTADOS DE ACTIVACIÓN O ESTADOS EPIGENÉTICOS, LO QUE EXPLICA LAS DIFERENCIAS ENTRE NEURONAS, FIBRAS MUSCULARES O HEPATÓCITOS.
EL MOTOR DE LA EVOLUCIÓN NO SON LOS CAMBIOS EN LOS GENES, SINO LOS CAMBIOS EN LA REGULACION DE LOS GENES QUE CONTROLAN EL DESARROLLO.
1) El descubrimiento del Genoma Humano por la Compañía Celera en 2001 y los estudios comparados con otros genomas animales, ha supuesto hasta el momento una “humillante constatación”: NO SÓLO TENEMOS EL MISMO NÚMERO DE GENES QUE UN RATÓN (21.000) SINO QUE ADEMÁS, SON PRÁCTICAMENTE LOS MISMOS GENES. NO EXISTE LA ESENCIA DE LA HUMANIDAD EN LOS GENES. LOS HUMANOS SON SIMPLEMENTE UN CONJUNTO DE POBLACIONES SIN UNA DELIMITACIÓN ESPACIO-TEMPORAL CLARA.
Respecto al concepto de especie, hay un CONTINUUM GENÉTICO con variaciones graduales que van desde pequeñas diferencias entre poblaciones hasta especies, pasando por subespecies, seudoespecies, especies gemelas…
El gradualismo de Darwin se basa en que los descendientes se parecen a sus ancestros, no es necesaria (Occam) la continua aparición de MONSTRUOS AFORTUNADOS (sucumben antes de nacer o poco después) (saltacionismo), basados en macromutaciones que propicien la aparición de nuevas especies.
2) El gen FOXP2, es esencial tanto para el desarrollo normal del habla en los humanos como del canto en las aves. Una mutación en este gen causa defectos del lenguaje en las personas: es esencial para aprender la rápida secuencia de movimientos de labios y lengua con que expresamos nuestros pensamientos: EL LENGUAJE ARTICULADO TAN “HUMANO”.
Con una sencilla experiencia, Scharff de la Universidad Libre de Berlín: Infectaron con un virus especial, portador de una copia en espejo del FOXP2, el cerebro de unos diamantes mandarines, lo que impedía su expresión. Resultado: las aves presentaban un canto extraño, variable y eran incapaces de imitar el canto de los adultos, del mismo modo que los niños con genes FOXP2 mutantes tienen un habla variable con defectos de imitación.
3) Los OJOS AZULES: se deben a una mutación que se extendió hace apenas entre 6.000 y 10.000 años desde algún lugar alrededor del Mar Negro. La mutación consiste en el cambio de una única base, de A a G, en el brazo largo del cromosoma 15, lo que frena la expresión del gen OCA2, responsable de la producción del pigmento que oscurece los ojos. Se extendió rápidamente por dos causas darvinianas:
- Selección Natural: El carácter está asociado a un color de piel claro, capaz de sintetizar más vitamina D a partir de la luz solar en latitudes septentrionales, cuando las poblaciones se hicieron más dependientes de una dieta a base de cereales (agricultura).
- Selección sexual: las personas de ojos azules tenían más descendientes simplemente porque eran más atractivas para el sexo opuesto.
b) ESLABONES PERDIDOS:
La inexistencia de formas intermedias entre los grandes grupos de seres vivos (Tipos, Clases...) en los registros fósiles incompletos es un argumento utilizado con reiteración contra el gradualismo. Pues bien, cada vez se descubren más formas intermedias, además del ya famoso Archaeopterix:
TIKTAALIK: Es un fósil de 375 millones de años de antigüedad, encontrado en el Ártico Canadiense en 2004. Aunque era un pez con escamas y aletas, tenía la cabeza achatada propia de un anfibio, con un cuello y huesos dentro de las aletas: húmero, cubito, huesos carpianos propios de los animales terrestres. Vivian en aguas someras o se arrastraban en el fango para huir de los depredadores. A pesar de que los genes del fósil se han perdido, los científicos estudiaron los de un pariente próximo: un pez primitivo llamado PEZ ESPÁTULA DEL MISSISIPI. Descubrieron que los genes que se expresan para producir los huesos de las aletas son los mismos que los que forman las extremidades en los embriones de aves, mamíferos o reptiles. La única diferencia es que en estos peces los genes permanecen menos tiempo activados.
FRANCISCO ANTÓN - AGUEDA DIAGO
miércoles 4 de noviembre de 2009
PROTEINAS
Las proteínas ejercen también, 68 INVESTIGACION Y CIENCIA, abril, 2009; funciones estructurales en células y tejidos. Se encargan de la regulación de los ...
SOBRE PROTEINAS INVESTIGACIONYCIENCIA
318 -MARZO 2003
Estructura y estabilidad de las proteínas Viguera, Ana Rosa
En el avance de la proteómica importará descubrir la relación entre las secuencias de aminoácidos, la estructura tridimensional y la función de las proteínas.
Inicio artículo
Las proteínas constituyen más de la mitad del peso seco de las células. Si el ADN almacena la información necesaria para construir una célula, corresponde a las proteínas proporcionar los instrumentos moleculares para su ejecución. La función biológica de una proteína viene determinada por su composición química y su estructura espacial.
Los aminoácidos constituyen los componentes elementales de las proteínas. Se unen entre sí mediante enlaces amida o peptídicos. Existen 20 aminoácidos diferentes. El tamaño de una proteína varía desde decenas a miles de aminoácidos; el promedio en Escherichia coli es de 317 aminoácidos y de 496 en levadura. Cada proteína tiene una conformación específica. Si quisiéramos detallar esta estructura habría que determinar la posición en el espacio de cada uno de sus átomos.
Estructura y estabilidad de las proteínas Viguera, Ana Rosa
En el avance de la proteómica importará descubrir la relación entre las secuencias de aminoácidos, la estructura tridimensional y la función de las proteínas.
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Las proteínas constituyen más de la mitad del peso seco de las células. Si el ADN almacena la información necesaria para construir una célula, corresponde a las proteínas proporcionar los instrumentos moleculares para su ejecución. La función biológica de una proteína viene determinada por su composición química y su estructura espacial.
Los aminoácidos constituyen los componentes elementales de las proteínas. Se unen entre sí mediante enlaces amida o peptídicos. Existen 20 aminoácidos diferentes. El tamaño de una proteína varía desde decenas a miles de aminoácidos; el promedio en Escherichia coli es de 317 aminoácidos y de 496 en levadura. Cada proteína tiene una conformación específica. Si quisiéramos detallar esta estructura habría que determinar la posición en el espacio de cada uno de sus átomos.
SISTEMA NERVIOSO
Sinapsis Y Placa Neuromuscular Ii Completa. - Presentation Transcript
1. SINAPSIS Y PLACA NEUROMUSCULAR Dra Verónica Isabel Enríquez FISIOLOGIA ICB UAG
2. OBJETIVOS.
o Diferenciará los eventos que ocurren en la transmisión sináptica a nivel de sistema nervioso central, tanto de tipo excitatorio como inhibitorio y de la placa neuromuscular.
3. TRANSMISORES SINÁPTICOS
o 50 Sustancias
o Transmisores pequeños de acción rápida
o Neuropéptidos tamaño mayor de acción lenta
Lentos Mayor duración Rápidos de Menor duración
4. TRANSMISORES DE ACCIÓN RÁPIDA
o Sintetiza en el citosol
o Alojan vesículas
o Potencial de acción
o Liberan de golpe neurotransmisor
o hendidura
Acetilcolina Noradrenalina Adrenalina Dopamina Serotonina Histamina Ac.gamma-aminobutírico Glicina Glutamato Aspartato Oxido nitrico
5. NEUROPÉPTIDOS
o Sintetizan como partes integrales de grandes moléculas proteínicas por los ribosomas
o Entran al R.E. Y de ahí al A.G.
Fragmentos más pequeños (enzimas)
Empaqueta el neuropéptido en vesículas
Van a la terminal
Libera en respuesta a estímulos (mas potentes)
6.
o Factores hipotálamicos
o Hormonas hipofisiarias:
Prolactina
LH
HC
Adrenocorticotropa
Tiroxina
Vasopresina y oxitocina
o Beta endorfina
o Bradicinina
o calcitonina
o Péptidos que actúan sobre intestino y encéfalo:
Encefalinas
Sustancia P
Gastrina
Péptido intestinalensina vasoactivo
o Insulina/glucagon
o Angiotensina II
NEUROPÉPTIDOS
7. SUSTANCIAS QUÍMICAS
o Transmisores pequeños de acción rápida
Un milisegundo o menos
Incremento o reducción de la conducción a través de los canales ionicos.
Sodio conducción
Potasio y cloruro inhibición
8. NEUROTRANSMISORES
o Cerebro
o Encéfalo e hipotálamo
o Sust. Negra
o Médula espinal
o Médula,cerebelo,ganglios
o Vías sensitivas
o Tronco encéfalico
o Todo el cerebro
SUSTANCIA SECRECIÓN EFECTO Acetilcolina Noradrenalina Dopamina Glicina GABA Glutamato Serotonina Oxido nitrico Exitatorio, inhibidor en parasimpatico Inhibidor, exitatorio simpatico Inhibidor inhibidor Inhibidor exitacion Inhibidor exitacion
9. SUSTANCIAS QUÍMICAS
o Neuropéptidos
o Mil veces más potentes
o Actuan por horas –dias
o Viajan sobre las neurofisinas
o Cierre prolongado de los poros de calcio
o Prolongan la activación
neuropéptido
10. NEUROTRANSMISORES EN HENDIDURA
o Enzimas los destruyen
o Se recapturan en presináptica
o Pasan a la circulación para ser destruídos en órganos como el hígado
11. NEUROPÉPTIDO EN LA HENDIDURA
o No los destruyen
o No se reciclan
o No se recapturan en presináptica
o Vía de eliminación a tejidos vecinos por difusión
12. Transmisor
o Su función es provocar en la neurona postsináptica un cambio de permeabilidad para algún ión.
13. POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO DEL SOMA
Controla la excitabilidad de la neurona
La membrana tiene pocos canales de fuga
El potencial se torna menos negativo
Fibra -90 mV umbral=-60 mV
Soma -65mV umbral=-45mV
-90 -60 0 +35 a d e
14. “ Voltaje negativo en la neurona = -65 mV repele los cloruros (-) y los obliga a salir”
15. Potencial de acción presináptica
o Tiene la finalidad de permitir la entrada de Calcio al botón terminal
o Mayor cantidad de Ca++ entra, más vesículas liberan neurotransmisor
16. POTENCIAL DE ACCIÓN
o Causas:
Aumenta la conductancia al Na+
Produce despolarizacíón
Aumenta la entrada de Na a la célula
Mayor permeabilidad
17. POTENCIALES POSTSINÁPTICOS
o Permite aumento o disminución del umbral de reposo de una neurona acercándose o alejándose del umbral
18. NEURONA POSTSINÁPTICA
o Aumenta permeabilidad al Na
o Respuesta local
o Retorna a –65mV
o Potencial postsináptico excitador(PPSE)
19. NEURONA POSTSINÁPTICA
o Aumenta permeabilidad al K
o Respuesta local interior más negativo
o Lo aleja del umbral
o Potencial postsináptico inhibidor(PPSI)
20. INHIBICION.
o La inhibición canales de cloruro
o Potencial de Nernst de cloruro -70
o Liq extra al intra
o Potasio de intra a extra
o Hiperpolaridad
o Aumenta la negatividad intracelular
HIPERPOLARIZACION.
o Aumento negatividad es potencial postsináptico potencial.
21. INHIBICIÓN PRESINÁPTICA
o Actuan sobre la membrana neuronal inhibición postsináptica
o Descarga sináptica inhibidora terminación presináptica
o Antes postsináptica
o GABA abre canales anionicos difunde iones cloruro disminuye el potencial de acción (vias sensitivas)
22. Inhibición presináptica
o Neurona que produce aumento de la permeabilidad a Na+ es excitatoria
o Neurona que produce aumento al K+ en inhibitoria
o Hay descarga de neurotransmisor GABA
o Hiperpilarización neuronal
23. sumación
o Son los impulsos eléctricos para producir un PPSE que alcanze el umbral y de respuesta
espacial.- Actividad en más de un botón sináptico al mismo tiempo
Temporal .- descarga una y otra vez que se suman en tiempo
24. SUMACION ESPACIAL
o Ley del todo o nada
o 1 neurona .5 a 1 mv en lugar 10 a 20 mv que se necesitan para alcanzar el umbral
o Agrupación de neuronas al mismo tiempo
o Sumarse (Simultaneamente sumación espacial)
25. SUMACION TEMPORAL
o Terminal de descarga neurotransmisor
o 1 mseg. el potencial postsináptico dura hasta 15 mseg.
o Reapertura eleva aun más potencial postsináptico
o Descargas suscesivas de una sola terminal rapidamente
26.
o Tiempo entre la llegada de un impulso a oas terminales presinápticas y la obtención de una repuesta (0.3 a ..5mseg)
o Liberación y difusion de neurotransmisor
o Acción sobre el receptor
o Aumenta la permeabilidad de la membrana
o Difusion sodio al interior elevar potencial postsináptico excitatorio
o 0.5 mseg retraso sináptico
RETARDO SINÁPTICO
27. FATIGA SINÁPTICA
o Estimula repetidas veces la sinápsis excitadora a gran velocidad
o respuesta principio elevada y decae
o Fatiga
o Crisis epiléptica
o Agotamiento de los depositos de neurotransmisor
28. FACILITACION POST-SINÁPTICA
o Potencial postsináptico sumatorio excitador
o Neurona facilitada (no se alcanza el potencial)
o Otra señal diferente la puede exitar
o Respuesta rápida y fácil
29. FENÓMENOS ELÉCTRICOS DE LA EXCITACIÓN NEURONAL
o Neuronas motoras del asta anterior
o Potencial de reposo de la membrana
-65 milivolts (control + y - )
Grandes nervios periféricos y músculo esquelético es –90 milivolts
Cuando es más negativo es mas excitable
30. FENÓMENOS ELÉCTRICOS DE LA EXCITACIÓN NEURONAL
o Diferente concentración en Na, K y Cl
o Potencial de Nernst EMF (mv)=61xlog(conc. Interna/conc.externa)
De cada ion Na= -61 K = -94 Cl = +70
31.
32. EVOLUCIÓN TEMPORAL DE LOS POTENCIALES POSTSINÁPTICOS
o Sinápsis excita motoneurona anterior
o Permeabilidad iones de sodio 1 a 2 ms
o N. Postsináptica sodio aumenta potencial intraneuronal en mv
o Excitandola
o Desciende potencial 15 ms
o reestablecerse
33. EVOLUCIÓN TEMPORAL DE LOS POTENCALES POSTSINÁPTICOS
o Contrario en el potencial inhibidor
o Aumenta la permeabilidad al potasio, cloruro
o 1 a 2 ms
o Disminuye el potencial negativo
o inhibe
34. FUNCIONES ESPECIALES DE LAS DENDRITAS EN LA EXCITACION NEURONAL
o Reciben señales de extensas zonas situada alrededor de la neurona
o Facilita la sumación
o 80 al 95% conectan dendritas resto soma
o Solo transmiten la señal (pocos canales de sodio) si corriente electrotonica (conducción ionica)
35. FUNCIONES ESPECIALES DE LAS DENDRITAS EN LA EXITACION NEURONAL
o Lugares de fuga
o Excesivamente permeables a sodio y cloruro
o Conducción decreciente
36. ESTADO DE EXCITACIÓN
o Suma neta del impulso excitador que llega a la neurona
o Supera el de inhibición entonces hay estado de excitación
o Inhibición es mayor estado de inhibición
37. ACIDOSIS Y ALCALOSIS
o Neuronas sensibles al ph
o Alcalosis aumenta la excitabilidad
o 7.4 ph normal sangre arterial
o Crisis convulsivas (.4 a .6)
o Acidosis deprime
o Estado comatoso (diabétes)
38. HIPOXIA
o Anular
o 3 a 7 seg
o inconciente
39. FARMACOS
o AUMENTAN
Cafeína café
Teofílina té
Teobromina cacao
Reducen el umbral de excitación
Estricnina inhibe acción neurotransmisores
40. FARMACOS
o INHIBEN
Anestésicos elevan el umbral
o Liposolubles
o Alteran membrana
o Menos sensibles sust excitadoras
41. Unión neuromuscular
o Zona especializada donde el nervio motor termina sobre una fibra muscular esquelética
o Unión funcional entre una motoneurona y una fibra muscular
42. Placa neuromuscular y acetilcolina
o Aumenta permeabilidad al Na
o Liberada por neuronas colinérgicas
o La destruye acetilcolinesterasa
43. Placa neuromuscular y acetilcolina
o Estimulan:
o No los destruye colinesterasa:
Metacolina, carbacol, nicotina
o Inactivan colinesterasa:
Neostigmina, fisiostigmina, disopropilfluorofosfato
Producen espasmo muscular
o Bloqueadores :
o Compiten y disminuyen su liberación
D-tubocuranina
Toxina butolínica
Curare
No hay contracción muscular
1. SINAPSIS Y PLACA NEUROMUSCULAR Dra Verónica Isabel Enríquez FISIOLOGIA ICB UAG
2. OBJETIVOS.
o Diferenciará los eventos que ocurren en la transmisión sináptica a nivel de sistema nervioso central, tanto de tipo excitatorio como inhibitorio y de la placa neuromuscular.
3. TRANSMISORES SINÁPTICOS
o 50 Sustancias
o Transmisores pequeños de acción rápida
o Neuropéptidos tamaño mayor de acción lenta
Lentos Mayor duración Rápidos de Menor duración
4. TRANSMISORES DE ACCIÓN RÁPIDA
o Sintetiza en el citosol
o Alojan vesículas
o Potencial de acción
o Liberan de golpe neurotransmisor
o hendidura
Acetilcolina Noradrenalina Adrenalina Dopamina Serotonina Histamina Ac.gamma-aminobutírico Glicina Glutamato Aspartato Oxido nitrico
5. NEUROPÉPTIDOS
o Sintetizan como partes integrales de grandes moléculas proteínicas por los ribosomas
o Entran al R.E. Y de ahí al A.G.
Fragmentos más pequeños (enzimas)
Empaqueta el neuropéptido en vesículas
Van a la terminal
Libera en respuesta a estímulos (mas potentes)
6.
o Factores hipotálamicos
o Hormonas hipofisiarias:
Prolactina
LH
HC
Adrenocorticotropa
Tiroxina
Vasopresina y oxitocina
o Beta endorfina
o Bradicinina
o calcitonina
o Péptidos que actúan sobre intestino y encéfalo:
Encefalinas
Sustancia P
Gastrina
Péptido intestinalensina vasoactivo
o Insulina/glucagon
o Angiotensina II
NEUROPÉPTIDOS
7. SUSTANCIAS QUÍMICAS
o Transmisores pequeños de acción rápida
Un milisegundo o menos
Incremento o reducción de la conducción a través de los canales ionicos.
Sodio conducción
Potasio y cloruro inhibición
8. NEUROTRANSMISORES
o Cerebro
o Encéfalo e hipotálamo
o Sust. Negra
o Médula espinal
o Médula,cerebelo,ganglios
o Vías sensitivas
o Tronco encéfalico
o Todo el cerebro
SUSTANCIA SECRECIÓN EFECTO Acetilcolina Noradrenalina Dopamina Glicina GABA Glutamato Serotonina Oxido nitrico Exitatorio, inhibidor en parasimpatico Inhibidor, exitatorio simpatico Inhibidor inhibidor Inhibidor exitacion Inhibidor exitacion
9. SUSTANCIAS QUÍMICAS
o Neuropéptidos
o Mil veces más potentes
o Actuan por horas –dias
o Viajan sobre las neurofisinas
o Cierre prolongado de los poros de calcio
o Prolongan la activación
neuropéptido
10. NEUROTRANSMISORES EN HENDIDURA
o Enzimas los destruyen
o Se recapturan en presináptica
o Pasan a la circulación para ser destruídos en órganos como el hígado
11. NEUROPÉPTIDO EN LA HENDIDURA
o No los destruyen
o No se reciclan
o No se recapturan en presináptica
o Vía de eliminación a tejidos vecinos por difusión
12. Transmisor
o Su función es provocar en la neurona postsináptica un cambio de permeabilidad para algún ión.
13. POTENCIAL DE MEMBRANA EN REPOSO DEL SOMA
Controla la excitabilidad de la neurona
La membrana tiene pocos canales de fuga
El potencial se torna menos negativo
Fibra -90 mV umbral=-60 mV
Soma -65mV umbral=-45mV
-90 -60 0 +35 a d e
14. “ Voltaje negativo en la neurona = -65 mV repele los cloruros (-) y los obliga a salir”
15. Potencial de acción presináptica
o Tiene la finalidad de permitir la entrada de Calcio al botón terminal
o Mayor cantidad de Ca++ entra, más vesículas liberan neurotransmisor
16. POTENCIAL DE ACCIÓN
o Causas:
Aumenta la conductancia al Na+
Produce despolarizacíón
Aumenta la entrada de Na a la célula
Mayor permeabilidad
17. POTENCIALES POSTSINÁPTICOS
o Permite aumento o disminución del umbral de reposo de una neurona acercándose o alejándose del umbral
18. NEURONA POSTSINÁPTICA
o Aumenta permeabilidad al Na
o Respuesta local
o Retorna a –65mV
o Potencial postsináptico excitador(PPSE)
19. NEURONA POSTSINÁPTICA
o Aumenta permeabilidad al K
o Respuesta local interior más negativo
o Lo aleja del umbral
o Potencial postsináptico inhibidor(PPSI)
20. INHIBICION.
o La inhibición canales de cloruro
o Potencial de Nernst de cloruro -70
o Liq extra al intra
o Potasio de intra a extra
o Hiperpolaridad
o Aumenta la negatividad intracelular
HIPERPOLARIZACION.
o Aumento negatividad es potencial postsináptico potencial.
21. INHIBICIÓN PRESINÁPTICA
o Actuan sobre la membrana neuronal inhibición postsináptica
o Descarga sináptica inhibidora terminación presináptica
o Antes postsináptica
o GABA abre canales anionicos difunde iones cloruro disminuye el potencial de acción (vias sensitivas)
22. Inhibición presináptica
o Neurona que produce aumento de la permeabilidad a Na+ es excitatoria
o Neurona que produce aumento al K+ en inhibitoria
o Hay descarga de neurotransmisor GABA
o Hiperpilarización neuronal
23. sumación
o Son los impulsos eléctricos para producir un PPSE que alcanze el umbral y de respuesta
espacial.- Actividad en más de un botón sináptico al mismo tiempo
Temporal .- descarga una y otra vez que se suman en tiempo
24. SUMACION ESPACIAL
o Ley del todo o nada
o 1 neurona .5 a 1 mv en lugar 10 a 20 mv que se necesitan para alcanzar el umbral
o Agrupación de neuronas al mismo tiempo
o Sumarse (Simultaneamente sumación espacial)
25. SUMACION TEMPORAL
o Terminal de descarga neurotransmisor
o 1 mseg. el potencial postsináptico dura hasta 15 mseg.
o Reapertura eleva aun más potencial postsináptico
o Descargas suscesivas de una sola terminal rapidamente
26.
o Tiempo entre la llegada de un impulso a oas terminales presinápticas y la obtención de una repuesta (0.3 a ..5mseg)
o Liberación y difusion de neurotransmisor
o Acción sobre el receptor
o Aumenta la permeabilidad de la membrana
o Difusion sodio al interior elevar potencial postsináptico excitatorio
o 0.5 mseg retraso sináptico
RETARDO SINÁPTICO
27. FATIGA SINÁPTICA
o Estimula repetidas veces la sinápsis excitadora a gran velocidad
o respuesta principio elevada y decae
o Fatiga
o Crisis epiléptica
o Agotamiento de los depositos de neurotransmisor
28. FACILITACION POST-SINÁPTICA
o Potencial postsináptico sumatorio excitador
o Neurona facilitada (no se alcanza el potencial)
o Otra señal diferente la puede exitar
o Respuesta rápida y fácil
29. FENÓMENOS ELÉCTRICOS DE LA EXCITACIÓN NEURONAL
o Neuronas motoras del asta anterior
o Potencial de reposo de la membrana
-65 milivolts (control + y - )
Grandes nervios periféricos y músculo esquelético es –90 milivolts
Cuando es más negativo es mas excitable
30. FENÓMENOS ELÉCTRICOS DE LA EXCITACIÓN NEURONAL
o Diferente concentración en Na, K y Cl
o Potencial de Nernst EMF (mv)=61xlog(conc. Interna/conc.externa)
De cada ion Na= -61 K = -94 Cl = +70
31.
32. EVOLUCIÓN TEMPORAL DE LOS POTENCIALES POSTSINÁPTICOS
o Sinápsis excita motoneurona anterior
o Permeabilidad iones de sodio 1 a 2 ms
o N. Postsináptica sodio aumenta potencial intraneuronal en mv
o Excitandola
o Desciende potencial 15 ms
o reestablecerse
33. EVOLUCIÓN TEMPORAL DE LOS POTENCALES POSTSINÁPTICOS
o Contrario en el potencial inhibidor
o Aumenta la permeabilidad al potasio, cloruro
o 1 a 2 ms
o Disminuye el potencial negativo
o inhibe
34. FUNCIONES ESPECIALES DE LAS DENDRITAS EN LA EXCITACION NEURONAL
o Reciben señales de extensas zonas situada alrededor de la neurona
o Facilita la sumación
o 80 al 95% conectan dendritas resto soma
o Solo transmiten la señal (pocos canales de sodio) si corriente electrotonica (conducción ionica)
35. FUNCIONES ESPECIALES DE LAS DENDRITAS EN LA EXITACION NEURONAL
o Lugares de fuga
o Excesivamente permeables a sodio y cloruro
o Conducción decreciente
36. ESTADO DE EXCITACIÓN
o Suma neta del impulso excitador que llega a la neurona
o Supera el de inhibición entonces hay estado de excitación
o Inhibición es mayor estado de inhibición
37. ACIDOSIS Y ALCALOSIS
o Neuronas sensibles al ph
o Alcalosis aumenta la excitabilidad
o 7.4 ph normal sangre arterial
o Crisis convulsivas (.4 a .6)
o Acidosis deprime
o Estado comatoso (diabétes)
38. HIPOXIA
o Anular
o 3 a 7 seg
o inconciente
39. FARMACOS
o AUMENTAN
Cafeína café
Teofílina té
Teobromina cacao
Reducen el umbral de excitación
Estricnina inhibe acción neurotransmisores
40. FARMACOS
o INHIBEN
Anestésicos elevan el umbral
o Liposolubles
o Alteran membrana
o Menos sensibles sust excitadoras
41. Unión neuromuscular
o Zona especializada donde el nervio motor termina sobre una fibra muscular esquelética
o Unión funcional entre una motoneurona y una fibra muscular
42. Placa neuromuscular y acetilcolina
o Aumenta permeabilidad al Na
o Liberada por neuronas colinérgicas
o La destruye acetilcolinesterasa
43. Placa neuromuscular y acetilcolina
o Estimulan:
o No los destruye colinesterasa:
Metacolina, carbacol, nicotina
o Inactivan colinesterasa:
Neostigmina, fisiostigmina, disopropilfluorofosfato
Producen espasmo muscular
o Bloqueadores :
o Compiten y disminuyen su liberación
D-tubocuranina
Toxina butolínica
Curare
No hay contracción muscular
martes 27 de octubre de 2009
EL ORIGEN DE LA VIDA
ORIGEN DE LA VIDA.
LA TIERRA PRIMITIVA
Los biólogos en general aceptan la idea que la vida se origina a partir de materia inanimada en un proceso que se denomina evolución química, el cual se debe haber desarrollado en varias etapas.
A pesar de que nunca se sabrá con certeza las condiciones de la tierra primitiva, distaban mucho de las actuales. Astrofísicos y geólogos calculan la edad de la tierra en 4600 millones de años.
Composición de la atmósfera primitiva También es posible que hubiera
Dióxido de Carbono (CO2) Amoníaco (NH3), Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y Metano (CH4). Es probable que tuviera poco o nada de oxígeno (O2).
Monóxido de Carbono (CO)
Vapor de Agua (H2O)
Hidrógeno (H)
Nitrógeno (N2)
Para la evolución química de la vida se necesitaba:
- Ausencia total o casi completa de oxígeno libre
Ya que al ser muy reactivo hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida.
- Una fuente de energía. La tierra primitiva era un lugar caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado, tormentas eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación, especialmente ultravioleta
- Presencia de sustancias químicas. Que funcionaran como "bloques de construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases.
La edad de la tierra se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida mas antiguos datan de 3.800 millones de años, de modo que la "vida" tardó solo unos 800 millones de años en formarse.
Moléculas primitivas o Evolución Prebiótica.
Hasta mediados del siglo XVIII se pensaba que los compuestos orgánicos solo podían formarse por la acción de los seres vivos, la síntesis en el laboratorio de la urea (un compuesto orgánico), dio por tierra con esta creencia. En 1922, el científico ruso, Oparin lanzó la hipótesis de que la vida celular había sido precedida por un período de evolución química.
En 1950 Stanley Miller, un estudiante graduado, realizó un experimento destinado a corroborar la hipótesis de Oparin, partiendo con las siguientes condiciones:
1. Ausencia o escasas cantidades de oxígeno libre (es decir no combinado químicamente a otro compuesto).
2. Abundancia de: C(carbono), H(hidrógeno), O(oxígeno) combinado, N (nitrógeno)
Miller hizo pasar descargas eléctricas a través de una mezcla de gases que se asemejaría a la atmósfera primitiva. En un recipiente de agua, que en el modelo experimental, representaba al antiguo océano, Miller recobró aminoácidos. Posteriores modificaciones de la atmósfera produjeron muestras o precursores de las cuatro clases de macromoléculas orgánicas.
La Tierra primitiva era un lugar muy diferente de la de nuestros días, con grandes cantidades de energía, fuertes tormentas etc. El océano era una "sopa" de compuestos orgánicos formados por procesos inorgánicos. Los experimentos de Miller y otros experimentos no probaron que la vida se originó de esta manera, solo que las condiciones existentes en el planeta hace alrededor de 3 mil millones de años fueron tales que pudo haber tenido lugar la formación espontánea de macromoléculas orgánicas. Las simples moléculas inorgánicas que Miller puso en su aparato, dieron lugar a la formación de una variedad de moléculas complejas.
Polimerización.
El siguiente paso fue la formación de grandes moléculas por polimerización ( uniones entre si) de las pequeñas moléculas. La interacción entre las moléculas así generadas se incrementó a medida que su concentración aumentaba. Dado que la atmósfera primitiva carecía de oxigeno libre y de cualquier forma de vida estas moléculas orgánicas se acumularon sencillamente porque no reaccionaron con el oxigeno como lo haría en la actualidad.
Esta acumulación sería lo que se llama actualmente "caldo de cultivo primitivo" y a partir del cual podría haber surgido la primera forma de vida.
Reproducción molecular.
En las células vivas la información genética se almacena en el ADN, el cual transcribe su mensaje por medio del ARN que a su vez traduce esta información en una secuencia adecuada de aminoácidos que se ensamblan en PROTEÍNAS que son las encargadas de casi todas las funciones celulares.
Las tres moléculas en la secuencia precisa: ADN contienen INFORMACIÓN PRECISA, pero solo el ADN y el ARN son capaces de autoduplicarse (copiarse a sí mismas). Así que debió ser uno de los ácidos nucleicos (ADN o ARN) el candidato a llevar la información necesaria para la síntesis de proteínas, pero ¿cuál de ellos?
En los años “80”, Altman de Yale y Cech de la Universidad de Colorado encontraron una respuesta; algunos ARN funcionan como enzimas y pueden separar el ARN y sintetizar más moléculas de ARN, se llaman ribozimas. Conforme al modelo propuesto, la química de la tierra prebiótica dio origen a moléculas de ARN autoduplicantes que habrían iniciado la síntesis de proteínas.
Pero si el ARN hizo copias de si mismo y apareció antes que el ADN, ¿como llegó éste a escena? Quizá el ARN hizo copias bicatenarias de si mismo, que con el tiempo se transformaron en ADN que es más estable por su conformación de doble hélice, en tanto que el ARN es más reactivo por ser una molécula monocatenaria.
Así el ADN se convirtió en la molécula de almacenamiento de información y el ARN sigue siendo la molécula de transferencia de la información.
La evolución celular se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos.
Inicio de la vida los PROTOBIONTES
CARL WOESE (1980) DENOMINÓ PROTOBIONTE O PROGENOTE AL ANTEPASADO COMÚN DE TODOS LOS ORGANISMOS Y REPRESENTARÍA LA UNIDAD VIVIENTE MÁS PRIMITIVA, PERO DOTADA YA DE LA MAQUINARIA NECESARIA PARA REALIZAR LA TRANSCRIPCIÓN Y LA TRADUCCIÓN GENÉTICA. DE ESTE TRONCO COMÚN SURGIRÁN LAS PRIMERAS CÉLULAS PROCARIOTAS.
Si se agita agua que contiene proteínas y lípidos se forman estructuras huecas que se denominan microesferas, muy similares en diversos aspectos a las células: tiene un límite externo bien definido y en ciertas condiciones son capaces de absorber material de una solución e inclusive dividirse.
En la década del “20”, Oparín formó protobiontes a partir de proteínas y polisacáridos. Eran bastante estables y se denominaron coacervados. (precursores de las 1ªs células).
El registro fósil ubica a las primeras células hace 3.500 millones de años. Las 1º células eran procariotas, es decir carecen de núcleo diferenciado. Estos heterótrofos primitivos obtenían su alimento del espeso caldo primitivo. Dado que no había oxígeno libre, el metabolismo era completamente anaerobio y por lo tanto bastante poco eficiente.
Cuando las moléculas orgánicas que se acumularon espontáneamente durante millones de años se acabaron, solo algunos organismos sobrevivieron, tal vez hayan ocurrido mutaciones (cambios permanentes y heredables del material genético) que permitieron a algunas células obtener energía de la luz solar, apareció entonces la FOTOSÍNTESIS. Se desarrollaron varios tipos de bacterias fotosintéticas, pero las más importantes desde el punto de vista evolutivo son las Cianobacterias, que al convertir el agua y el dióxido de Carbono en compuestos orgánicos y liberaron oxígeno como producto de desecho a la atmósfera. Estamos a 3.100 millones de años atrás.
Su presencia quedó registrada en los fósiles microbianos que se han encontrado en rocas compuestas por finas capas formados por bacterias heterótrofas y fotótrofas que vivían en un tipo de colonias.
Aparición de los aerobios
Hace unos 2.000 millones de años, las cianobacterias habían producido suficiente oxígeno para modificar la atmósfera terrestre sustancialmente. Muchos anaerobios obligados (aquellos que no viven en presencia de oxígeno) fueron dañados por el oxígeno, algunos desarrollaron modos de neutralizarlo o se restringieron a vivir en áreas donde este no penetra.
Algunos organismos aerobios se adaptaron a vivir desarrollando una vía respiratoria que utilizaba el oxígeno para extraer más energía de los alimentos y transformarla en energía.
Estas formas celulares tienen organización procariota y son de pequeño tamaño. A partir de ellas, se piensa que evolucionaron las células eucariotas.
Esta aparición de organismos aerobios tuvo varias consecuencias:
1. Los organismos que usan el O2 obtienen más energía de una molécula de glucosa que la que obtienen los anaerobios por fermentación, por lo tanto son mucho mas eficientes.
2. El O2 liberado a la atmósfera era tóxico para los anaerobios obligados, que se confinaron a áreas restringidas.
3. Se estabilizó el oxígeno y el dióxido de Carbono en la atmósfera, y por lo tanto el Carbono empezó a circular por la atmósfera.
4. En la atmósfera superior el O2 reaccionó para formar OZONO (O3) que se acumuló hasta formar una capa que envolvió a la tierra e impidió que las radiaciones ultravioletas del sol llegaran a la tierra.
El siguiente paso en la evolución celular fue la aparición de las células eucariotas hace unos 1.500 millones de años
Origen de los Eucariotas
La abundancia de bacterias ofrece un rico panorama para quién pueda alimentarse de ellas. A pesar que no existe registro fósil, los paleobiólogos especulan que algunos predadores primitivos eran capaces de rodear a bacterias enteras como presa; debieron haber sido bastante primitivos (considerando la época, claro), ya que al ser incapaces de realizar fotosíntesis y metabolismo aeróbico metabolizaban de manera deficiente lo que engullían.
En 1980 Lynn Margulis (MIT), propuso la teoría de la endosimbiosis para explicar el origen de la mitocondria y los cloroplastos. De acuerdo a esta idea un procariota grande o quizás un primitivo eucariota fagocitó o rodeo a un pequeño procariota hace unos 1500 a 700 millones de años.
En vez de digerir al pequeño organismo, el grande y el pequeño entraron en un tipo de simbiosis conocida como mutualismo en el cual ambos se benefician y ninguno es perjudicado. El organismo grande pudo haber ganado un excedente de energía (ATP), provisto por la "protomitocondria" o un excedente de azúcar (glucosa) provisto por el "protocloroplasto".
Con el tiempo esta unión se convirtió en algo tan estrecho (la función regeneradora de ATP se delegó a los orgánulos celulares) que las células eucariotas heterótrofas no pueden sobrevivir sin mitocondrias ni los eucariotas fotosintéticos sin cloroplastos (la membrana que rodea a la célula eucariota no dispone de los componentes de la cadena de transporte de electrones para la respiración celular), y el endosimbiote no puede sobrevivir fuera de la célula huésped.
Esta teoría también se aplica a otros orgánulos celulares como cilios, flagelos y microtúbulos, originados por simbiosis entre bacterias del tipo de los espirilos y un eucariota primitivo.
¿Y el Núcleo?: su origen aún no se ha podido explicar. Tal vez se formó por una invaginación de la membrana externa que rodeó al ADN. Lo cierto es que su presencia determinó la aparición de las células Eucarióticas.
La teoría endosimbionte
Modelos quiméricos del origen de Eukarya. Arriba: 1-Fusión, 2-Simbiosis, 3-Ingestión y endosimbiosis. Abajo: Teoría de la endosimbiosis serie: 4-Fusión de una arquea y una espiroqueta, 5-Adquisición de mitocondrias. 6-Adquisición de cloroplastos.
La teoría endosimbiótica describe el paso de las células procariotas (bacterias o arqueas, no nucleadas) a las células eucariotas (células nucleadas constituyentes de todos los pluricelulares) mediante incorporaciones simbiogenéticas. Margulis describe este paso en una serie de tres incorporaciones mediante las cuales, por la unión simbiogenética de bacterias, se originaron las células que conforman a los individuos de los otros cuatro reinos (protistas, animales, hongos y plantas).
Primera incorporación simbiogenética:
Una bacteria consumidora de azufre, que utilizaba el azufre y el calor como fuente de energía (arquea fermentadora o termoacidófila), se habría fusionado con una bacteria nadadora (espiroqueta) habiendo pasado a formar un nuevo organismo y sumaría sus características iniciales de forma sinérgica (en la que el resultado de la incorporación de dos o más unidades adquiere mayor valor que la suma de sus componentes). El resultado sería el primer eucarionte (unicelular eucariota) y ancestro único de todos los pluricelulares. El núcleoplasma de la células de animales, plantas y hongos sería el resultado de la unión de estas dos bacterias.
El ADN quedaría confinado en un núcleo interno separado del resto de la célula por una membrana.
Este primer paso, al día de hoy, no se considera demostrado. Ya en los años setenta surgió, como alternativa al origen simbiogenético de este primer paso, la hipótesis de que éste se hubiese producido mediante invaginaciones, propuesta que no contradice el paradigma neodarviniano y que, aún hoy, se considera plausible por amplios sectores del mundo académico.
Segunda incorporación simbiogenética:
Después de que evolucionara la mitosis en los protistas nadadores, otro tipo de microorganismo de vida libre fue incorporado a la fusión: una bacteria que respiraba oxígeno. Surgieron células todavía más grandes, más complejas. El triplemente complejo respirador de oxígeno (amante del calor y del ácido, nadador y respirador de oxígeno) se volvió cEste nuevo organismo todavía era anaeróbico, incapaz de metabolizar el oxígeno, ya que este gas suponía un veneno para él, por lo que viviría en medios donde este oxigeno, cada vez más presente, fuese escaso. En este punto, una nueva incorporación dotaría a este primigenio eucarionte de la capacidad para metabolizar oxigeno. Este nuevo endosombionte, originariamente bacteria respiradora de oxigeno de vida libre, se convertiría en las actuales mitocondrias y peroxisomas presentes en las células eucariotas de los pluricelulares, posibilitando su éxito en un medio rico en oxígeno como ha llegado a convertirse el planeta Tierra. Los animales y hongos somos el resultado de esta segunda incorporación.
Tercera incorporación simbiogenética:
Esta tercera incorporación originó el Reino vegetal, las recientemente adquiridas células respiradoras de oxígeno fagocitarían bacterias fotosintéticas y algunas de ellas, haciéndose resistentes, pasarían a formar parte del organismo, originando a su vez un nuevo organismo capaz de sintetizar la energía procedente del Sol. Estos nuevos pluricelulares, las plantas, con su éxito, contribuyeron y contribuyen al éxito de animales y hongos.
Argumentos a favor
La evidencia de que las mitocondrias y los plastos surgieron a través del proceso de endosimbiosis son las siguientes:
• El tamaño de las mitocondrias es similar al tamaño de algunas bacterias.
• Las mitocondria y los cloroplastos contienen ADN bicatenario circular cerrado al igual que los procariotas- mientras que el núcleo eucariota posee varios cromosomas bicatenarios lineales.
• Están rodeados por una doble membrana, lo que concuerda con la idea de la fagocitosis: la membrana interna sería la membrana plasmática originaria de la bacteria, mientras que la membrana externa correspondería a aquella porción que la habría englobado en una vesícula.
• Las mitocondrias y los cloroplastos se dividen por división binaria al igual que los procariotas (los eucariotas lo hacen por mitosis).
• En general, la síntesis proteica en mitocondrias y cloroplastos es autónoma.
• En mitocondrias y cloroplastos encontramos ribosomas 70s, característicos de procariotas, mientras que en el resto de la célula eucariota los ribosomas son 80s.
Argumentos en contra
• Ni las mitocondrias ni los plastos pueden sobrevivir fuera de la célula. Sin embargo, este hecho se puede justificar por el gran número de años que han transcurrido: los genes y los sistemas que ya no eran necesarios fueron suprimidos; parte del ADN de los orgánulos fue transferido al genoma del anfitrión, permitiendo además que la célula hospedadora regule la actividad mitocondrial.
• La célula tampoco puede sobrevivir sin sus orgánulos: esto se debe a que a lo largo de la evolución gracias a la mayor energía y carbono orgánico disponible, las células han desarrollado metabolismos que no podrían sustentarse solamente con las formas anteriores de síntesis y asimilación.
Las membranas internas de las células eucariotas, sobre todo la membrana nuclear y el retículo endoplasmático, se explican mejor como invaginaciones.
FRANCISCO J. ANTON - AGUEDA DIAGO
LA TIERRA PRIMITIVA
Los biólogos en general aceptan la idea que la vida se origina a partir de materia inanimada en un proceso que se denomina evolución química, el cual se debe haber desarrollado en varias etapas.
A pesar de que nunca se sabrá con certeza las condiciones de la tierra primitiva, distaban mucho de las actuales. Astrofísicos y geólogos calculan la edad de la tierra en 4600 millones de años.
Composición de la atmósfera primitiva También es posible que hubiera
Dióxido de Carbono (CO2) Amoníaco (NH3), Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y Metano (CH4). Es probable que tuviera poco o nada de oxígeno (O2).
Monóxido de Carbono (CO)
Vapor de Agua (H2O)
Hidrógeno (H)
Nitrógeno (N2)
Para la evolución química de la vida se necesitaba:
- Ausencia total o casi completa de oxígeno libre
Ya que al ser muy reactivo hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida.
- Una fuente de energía. La tierra primitiva era un lugar caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado, tormentas eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación, especialmente ultravioleta
- Presencia de sustancias químicas. Que funcionaran como "bloques de construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases.
La edad de la tierra se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida mas antiguos datan de 3.800 millones de años, de modo que la "vida" tardó solo unos 800 millones de años en formarse.
Moléculas primitivas o Evolución Prebiótica.
Hasta mediados del siglo XVIII se pensaba que los compuestos orgánicos solo podían formarse por la acción de los seres vivos, la síntesis en el laboratorio de la urea (un compuesto orgánico), dio por tierra con esta creencia. En 1922, el científico ruso, Oparin lanzó la hipótesis de que la vida celular había sido precedida por un período de evolución química.
En 1950 Stanley Miller, un estudiante graduado, realizó un experimento destinado a corroborar la hipótesis de Oparin, partiendo con las siguientes condiciones:
1. Ausencia o escasas cantidades de oxígeno libre (es decir no combinado químicamente a otro compuesto).
2. Abundancia de: C(carbono), H(hidrógeno), O(oxígeno) combinado, N (nitrógeno)
Miller hizo pasar descargas eléctricas a través de una mezcla de gases que se asemejaría a la atmósfera primitiva. En un recipiente de agua, que en el modelo experimental, representaba al antiguo océano, Miller recobró aminoácidos. Posteriores modificaciones de la atmósfera produjeron muestras o precursores de las cuatro clases de macromoléculas orgánicas.
La Tierra primitiva era un lugar muy diferente de la de nuestros días, con grandes cantidades de energía, fuertes tormentas etc. El océano era una "sopa" de compuestos orgánicos formados por procesos inorgánicos. Los experimentos de Miller y otros experimentos no probaron que la vida se originó de esta manera, solo que las condiciones existentes en el planeta hace alrededor de 3 mil millones de años fueron tales que pudo haber tenido lugar la formación espontánea de macromoléculas orgánicas. Las simples moléculas inorgánicas que Miller puso en su aparato, dieron lugar a la formación de una variedad de moléculas complejas.
Polimerización.
El siguiente paso fue la formación de grandes moléculas por polimerización ( uniones entre si) de las pequeñas moléculas. La interacción entre las moléculas así generadas se incrementó a medida que su concentración aumentaba. Dado que la atmósfera primitiva carecía de oxigeno libre y de cualquier forma de vida estas moléculas orgánicas se acumularon sencillamente porque no reaccionaron con el oxigeno como lo haría en la actualidad.
Esta acumulación sería lo que se llama actualmente "caldo de cultivo primitivo" y a partir del cual podría haber surgido la primera forma de vida.
Reproducción molecular.
En las células vivas la información genética se almacena en el ADN, el cual transcribe su mensaje por medio del ARN que a su vez traduce esta información en una secuencia adecuada de aminoácidos que se ensamblan en PROTEÍNAS que son las encargadas de casi todas las funciones celulares.
Las tres moléculas en la secuencia precisa: ADN contienen INFORMACIÓN PRECISA, pero solo el ADN y el ARN son capaces de autoduplicarse (copiarse a sí mismas). Así que debió ser uno de los ácidos nucleicos (ADN o ARN) el candidato a llevar la información necesaria para la síntesis de proteínas, pero ¿cuál de ellos?
En los años “80”, Altman de Yale y Cech de la Universidad de Colorado encontraron una respuesta; algunos ARN funcionan como enzimas y pueden separar el ARN y sintetizar más moléculas de ARN, se llaman ribozimas. Conforme al modelo propuesto, la química de la tierra prebiótica dio origen a moléculas de ARN autoduplicantes que habrían iniciado la síntesis de proteínas.
Pero si el ARN hizo copias de si mismo y apareció antes que el ADN, ¿como llegó éste a escena? Quizá el ARN hizo copias bicatenarias de si mismo, que con el tiempo se transformaron en ADN que es más estable por su conformación de doble hélice, en tanto que el ARN es más reactivo por ser una molécula monocatenaria.
Así el ADN se convirtió en la molécula de almacenamiento de información y el ARN sigue siendo la molécula de transferencia de la información.
La evolución celular se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos.
Inicio de la vida los PROTOBIONTES
CARL WOESE (1980) DENOMINÓ PROTOBIONTE O PROGENOTE AL ANTEPASADO COMÚN DE TODOS LOS ORGANISMOS Y REPRESENTARÍA LA UNIDAD VIVIENTE MÁS PRIMITIVA, PERO DOTADA YA DE LA MAQUINARIA NECESARIA PARA REALIZAR LA TRANSCRIPCIÓN Y LA TRADUCCIÓN GENÉTICA. DE ESTE TRONCO COMÚN SURGIRÁN LAS PRIMERAS CÉLULAS PROCARIOTAS.
Si se agita agua que contiene proteínas y lípidos se forman estructuras huecas que se denominan microesferas, muy similares en diversos aspectos a las células: tiene un límite externo bien definido y en ciertas condiciones son capaces de absorber material de una solución e inclusive dividirse.
En la década del “20”, Oparín formó protobiontes a partir de proteínas y polisacáridos. Eran bastante estables y se denominaron coacervados. (precursores de las 1ªs células).
El registro fósil ubica a las primeras células hace 3.500 millones de años. Las 1º células eran procariotas, es decir carecen de núcleo diferenciado. Estos heterótrofos primitivos obtenían su alimento del espeso caldo primitivo. Dado que no había oxígeno libre, el metabolismo era completamente anaerobio y por lo tanto bastante poco eficiente.
Cuando las moléculas orgánicas que se acumularon espontáneamente durante millones de años se acabaron, solo algunos organismos sobrevivieron, tal vez hayan ocurrido mutaciones (cambios permanentes y heredables del material genético) que permitieron a algunas células obtener energía de la luz solar, apareció entonces la FOTOSÍNTESIS. Se desarrollaron varios tipos de bacterias fotosintéticas, pero las más importantes desde el punto de vista evolutivo son las Cianobacterias, que al convertir el agua y el dióxido de Carbono en compuestos orgánicos y liberaron oxígeno como producto de desecho a la atmósfera. Estamos a 3.100 millones de años atrás.
Su presencia quedó registrada en los fósiles microbianos que se han encontrado en rocas compuestas por finas capas formados por bacterias heterótrofas y fotótrofas que vivían en un tipo de colonias.
Aparición de los aerobios
Hace unos 2.000 millones de años, las cianobacterias habían producido suficiente oxígeno para modificar la atmósfera terrestre sustancialmente. Muchos anaerobios obligados (aquellos que no viven en presencia de oxígeno) fueron dañados por el oxígeno, algunos desarrollaron modos de neutralizarlo o se restringieron a vivir en áreas donde este no penetra.
Algunos organismos aerobios se adaptaron a vivir desarrollando una vía respiratoria que utilizaba el oxígeno para extraer más energía de los alimentos y transformarla en energía.
Estas formas celulares tienen organización procariota y son de pequeño tamaño. A partir de ellas, se piensa que evolucionaron las células eucariotas.
Esta aparición de organismos aerobios tuvo varias consecuencias:
1. Los organismos que usan el O2 obtienen más energía de una molécula de glucosa que la que obtienen los anaerobios por fermentación, por lo tanto son mucho mas eficientes.
2. El O2 liberado a la atmósfera era tóxico para los anaerobios obligados, que se confinaron a áreas restringidas.
3. Se estabilizó el oxígeno y el dióxido de Carbono en la atmósfera, y por lo tanto el Carbono empezó a circular por la atmósfera.
4. En la atmósfera superior el O2 reaccionó para formar OZONO (O3) que se acumuló hasta formar una capa que envolvió a la tierra e impidió que las radiaciones ultravioletas del sol llegaran a la tierra.
El siguiente paso en la evolución celular fue la aparición de las células eucariotas hace unos 1.500 millones de años
Origen de los Eucariotas
La abundancia de bacterias ofrece un rico panorama para quién pueda alimentarse de ellas. A pesar que no existe registro fósil, los paleobiólogos especulan que algunos predadores primitivos eran capaces de rodear a bacterias enteras como presa; debieron haber sido bastante primitivos (considerando la época, claro), ya que al ser incapaces de realizar fotosíntesis y metabolismo aeróbico metabolizaban de manera deficiente lo que engullían.
En 1980 Lynn Margulis (MIT), propuso la teoría de la endosimbiosis para explicar el origen de la mitocondria y los cloroplastos. De acuerdo a esta idea un procariota grande o quizás un primitivo eucariota fagocitó o rodeo a un pequeño procariota hace unos 1500 a 700 millones de años.
En vez de digerir al pequeño organismo, el grande y el pequeño entraron en un tipo de simbiosis conocida como mutualismo en el cual ambos se benefician y ninguno es perjudicado. El organismo grande pudo haber ganado un excedente de energía (ATP), provisto por la "protomitocondria" o un excedente de azúcar (glucosa) provisto por el "protocloroplasto".
Con el tiempo esta unión se convirtió en algo tan estrecho (la función regeneradora de ATP se delegó a los orgánulos celulares) que las células eucariotas heterótrofas no pueden sobrevivir sin mitocondrias ni los eucariotas fotosintéticos sin cloroplastos (la membrana que rodea a la célula eucariota no dispone de los componentes de la cadena de transporte de electrones para la respiración celular), y el endosimbiote no puede sobrevivir fuera de la célula huésped.
Esta teoría también se aplica a otros orgánulos celulares como cilios, flagelos y microtúbulos, originados por simbiosis entre bacterias del tipo de los espirilos y un eucariota primitivo.
¿Y el Núcleo?: su origen aún no se ha podido explicar. Tal vez se formó por una invaginación de la membrana externa que rodeó al ADN. Lo cierto es que su presencia determinó la aparición de las células Eucarióticas.
La teoría endosimbionte
Modelos quiméricos del origen de Eukarya. Arriba: 1-Fusión, 2-Simbiosis, 3-Ingestión y endosimbiosis. Abajo: Teoría de la endosimbiosis serie: 4-Fusión de una arquea y una espiroqueta, 5-Adquisición de mitocondrias. 6-Adquisición de cloroplastos.
La teoría endosimbiótica describe el paso de las células procariotas (bacterias o arqueas, no nucleadas) a las células eucariotas (células nucleadas constituyentes de todos los pluricelulares) mediante incorporaciones simbiogenéticas. Margulis describe este paso en una serie de tres incorporaciones mediante las cuales, por la unión simbiogenética de bacterias, se originaron las células que conforman a los individuos de los otros cuatro reinos (protistas, animales, hongos y plantas).
Primera incorporación simbiogenética:
Una bacteria consumidora de azufre, que utilizaba el azufre y el calor como fuente de energía (arquea fermentadora o termoacidófila), se habría fusionado con una bacteria nadadora (espiroqueta) habiendo pasado a formar un nuevo organismo y sumaría sus características iniciales de forma sinérgica (en la que el resultado de la incorporación de dos o más unidades adquiere mayor valor que la suma de sus componentes). El resultado sería el primer eucarionte (unicelular eucariota) y ancestro único de todos los pluricelulares. El núcleoplasma de la células de animales, plantas y hongos sería el resultado de la unión de estas dos bacterias.
El ADN quedaría confinado en un núcleo interno separado del resto de la célula por una membrana.
Este primer paso, al día de hoy, no se considera demostrado. Ya en los años setenta surgió, como alternativa al origen simbiogenético de este primer paso, la hipótesis de que éste se hubiese producido mediante invaginaciones, propuesta que no contradice el paradigma neodarviniano y que, aún hoy, se considera plausible por amplios sectores del mundo académico.
Segunda incorporación simbiogenética:
Después de que evolucionara la mitosis en los protistas nadadores, otro tipo de microorganismo de vida libre fue incorporado a la fusión: una bacteria que respiraba oxígeno. Surgieron células todavía más grandes, más complejas. El triplemente complejo respirador de oxígeno (amante del calor y del ácido, nadador y respirador de oxígeno) se volvió cEste nuevo organismo todavía era anaeróbico, incapaz de metabolizar el oxígeno, ya que este gas suponía un veneno para él, por lo que viviría en medios donde este oxigeno, cada vez más presente, fuese escaso. En este punto, una nueva incorporación dotaría a este primigenio eucarionte de la capacidad para metabolizar oxigeno. Este nuevo endosombionte, originariamente bacteria respiradora de oxigeno de vida libre, se convertiría en las actuales mitocondrias y peroxisomas presentes en las células eucariotas de los pluricelulares, posibilitando su éxito en un medio rico en oxígeno como ha llegado a convertirse el planeta Tierra. Los animales y hongos somos el resultado de esta segunda incorporación.
Tercera incorporación simbiogenética:
Esta tercera incorporación originó el Reino vegetal, las recientemente adquiridas células respiradoras de oxígeno fagocitarían bacterias fotosintéticas y algunas de ellas, haciéndose resistentes, pasarían a formar parte del organismo, originando a su vez un nuevo organismo capaz de sintetizar la energía procedente del Sol. Estos nuevos pluricelulares, las plantas, con su éxito, contribuyeron y contribuyen al éxito de animales y hongos.
Argumentos a favor
La evidencia de que las mitocondrias y los plastos surgieron a través del proceso de endosimbiosis son las siguientes:
• El tamaño de las mitocondrias es similar al tamaño de algunas bacterias.
• Las mitocondria y los cloroplastos contienen ADN bicatenario circular cerrado al igual que los procariotas- mientras que el núcleo eucariota posee varios cromosomas bicatenarios lineales.
• Están rodeados por una doble membrana, lo que concuerda con la idea de la fagocitosis: la membrana interna sería la membrana plasmática originaria de la bacteria, mientras que la membrana externa correspondería a aquella porción que la habría englobado en una vesícula.
• Las mitocondrias y los cloroplastos se dividen por división binaria al igual que los procariotas (los eucariotas lo hacen por mitosis).
• En general, la síntesis proteica en mitocondrias y cloroplastos es autónoma.
• En mitocondrias y cloroplastos encontramos ribosomas 70s, característicos de procariotas, mientras que en el resto de la célula eucariota los ribosomas son 80s.
Argumentos en contra
• Ni las mitocondrias ni los plastos pueden sobrevivir fuera de la célula. Sin embargo, este hecho se puede justificar por el gran número de años que han transcurrido: los genes y los sistemas que ya no eran necesarios fueron suprimidos; parte del ADN de los orgánulos fue transferido al genoma del anfitrión, permitiendo además que la célula hospedadora regule la actividad mitocondrial.
• La célula tampoco puede sobrevivir sin sus orgánulos: esto se debe a que a lo largo de la evolución gracias a la mayor energía y carbono orgánico disponible, las células han desarrollado metabolismos que no podrían sustentarse solamente con las formas anteriores de síntesis y asimilación.
Las membranas internas de las células eucariotas, sobre todo la membrana nuclear y el retículo endoplasmático, se explican mejor como invaginaciones.
FRANCISCO J. ANTON - AGUEDA DIAGO
ORIGEN DE LA VIDA - POL MOTA
ORIGEN DE LA VIDA.
LA TIERRA PRIMITIVA
Los biólogos en general aceptan la idea que la vida se origina a partir de materia inanimada en un proceso que se denomina evolución química, el cual se debe haber desarrollado en varias etapas.
A pesar de que nunca se sabrá con certeza las condiciones de la tierra primitiva, distaban mucho de las actuales. Astrofísicos y geólogos calculan la edad de la tierra en 4600 millones de años.
Composición de la atmósfera primitiva También es posible que hubiera
Dióxido de Carbono (CO2) Amoníaco (NH3), Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y Metano (CH4). Es probable que tuviera poco o nada de oxígeno (O2).
Monóxido de Carbono (CO)
Vapor de Agua (H2O)
Hidrógeno (H)
Nitrógeno (N2)
Para la evolución química de la vida se necesitaba:
- Ausencia total o casi completa de oxígeno libre
Ya que al ser muy reactivo hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida.
- Una fuente de energía. La tierra primitiva era un lugar caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado, tormentas eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación, especialmente ultravioleta
- Presencia de sustancias químicas. Que funcionaran como "bloques de construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases.
La edad de la tierra se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida mas antiguos datan de 3.800 millones de años, de modo que la "vida" tardó solo unos 800 millones de años en formarse.
Moléculas primitivas o Evolución Prebiótica.
Hasta mediados del siglo XVIII se pensaba que los compuestos orgánicos solo podían formarse por la acción de los seres vivos, la síntesis en el laboratorio de la urea (un compuesto orgánico), dio por tierra con esta creencia. En 1922, el científico ruso, Oparin lanzó la hipótesis de que la vida celular había sido precedida por un período de evolución química.
En 1950 Stanley Miller, un estudiante graduado, realizó un experimento destinado a corroborar la hipótesis de Oparin, partiendo con las siguientes condiciones:
1. Ausencia o escasas cantidades de oxígeno libre (es decir no combinado químicamente a otro compuesto).
2. Abundancia de: C(carbono), H(hidrógeno), O(oxígeno) combinado, N (nitrógeno)
Miller hizo pasar descargas eléctricas a través de una mezcla de gases que se asemejaría a la atmósfera primitiva. En un recipiente de agua, que en el modelo experimental, representaba al antiguo océano, Miller recobró aminoácidos. Posteriores modificaciones de la atmósfera produjeron muestras o precursores de las cuatro clases de macromoléculas orgánicas.
La Tierra primitiva era un lugar muy diferente de la de nuestros días, con grandes cantidades de energía, fuertes tormentas etc. El océano era una "sopa" de compuestos orgánicos formados por procesos inorgánicos. Los experimentos de Miller y otros experimentos no probaron que la vida se originó de esta manera, solo que las condiciones existentes en el planeta hace alrededor de 3 mil millones de años fueron tales que pudo haber tenido lugar la formación espontánea de macromoléculas orgánicas. Las simples moléculas inorgánicas que Miller puso en su aparato, dieron lugar a la formación de una variedad de moléculas complejas.
Polimerización.
El siguiente paso fue la formación de grandes moléculas por polimerización ( uniones entre si) de las pequeñas moléculas. La interacción entre las moléculas así generadas se incrementó a medida que su concentración aumentaba. Dado que la atmósfera primitiva carecía de oxigeno libre y de cualquier forma de vida estas moléculas orgánicas se acumularon sencillamente porque no reaccionaron con el oxigeno como lo haría en la actualidad.
Esta acumulación sería lo que se llama actualmente "caldo de cultivo primitivo" y a partir del cual podría haber surgido la primera forma de vida.
Reproducción molecular.
En las células vivas la información genética se almacena en el ADN, el cual transcribe su mensaje por medio del ARN que a su vez traduce esta información en una secuencia adecuada de aminoácidos que se ensamblan en PROTEÍNAS que son las encargadas de casi todas las funciones celulares.
Las tres moléculas en la secuencia precisa: ADN contienen INFORMACIÓN PRECISA, pero solo el ADN y el ARN son capaces de autoduplicarse (copiarse a sí mismas). Así que debió ser uno de los ácidos nucleicos (ADN o ARN) el candidato a llevar la información necesaria para la síntesis de proteínas, pero ¿cuál de ellos?
En los años “80”, Altman de Yale y Cech de la Universidad de Colorado encontraron una respuesta; algunos ARN funcionan como enzimas y pueden separar el ARN y sintetizar más moléculas de ARN, se llaman ribozimas. Conforme al modelo propuesto, la química de la tierra prebiótica dio origen a moléculas de ARN autoduplicantes que habrían iniciado la síntesis de proteínas.
Pero si el ARN hizo copias de si mismo y apareció antes que el ADN, ¿como llegó éste a escena? Quizá el ARN hizo copias bicatenarias de si mismo, que con el tiempo se transformaron en ADN que es más estable por su conformación de doble hélice, en tanto que el ARN es más reactivo por ser una molécula monocatenaria.
Así el ADN se convirtió en la molécula de almacenamiento de información y el ARN sigue siendo la molécula de transferencia de la información.
La evolución celular se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos.
Inicio de la vida los PROTOBIONTES
CARL WOESE (1980) DENOMINÓ PROTOBIONTE O PROGENOTE AL ANTEPASADO COMÚN DE TODOS LOS ORGANISMOS Y REPRESENTARÍA LA UNIDAD VIVIENTE MÁS PRIMITIVA, PERO DOTADA YA DE LA MAQUINARIA NECESARIA PARA REALIZAR LA TRANSCRIPCIÓN Y LA TRADUCCIÓN GENÉTICA. DE ESTE TRONCO COMÚN SURGIRÁN LAS PRIMERAS CÉLULAS PROCARIOTAS.
Si se agita agua que contiene proteínas y lípidos se forman estructuras huecas que se denominan microesferas, muy similares en diversos aspectos a las células: tiene un límite externo bien definido y en ciertas condiciones son capaces de absorber material de una solución e inclusive dividirse.
En la década del “20”, Oparín formó protobiontes a partir de proteínas y polisacáridos. Eran bastante estables y se denominaron coacervados. (precursores de las 1ªs células).
El registro fósil ubica a las primeras células hace 3.500 millones de años. Las 1º células eran procariotas, es decir carecen de núcleo diferenciado. Estos heterótrofos primitivos obtenían su alimento del espeso caldo primitivo. Dado que no había oxígeno libre, el metabolismo era completamente anaerobio y por lo tanto bastante poco eficiente.
Cuando las moléculas orgánicas que se acumularon espontáneamente durante millones de años se acabaron, solo algunos organismos sobrevivieron, tal vez hayan ocurrido mutaciones (cambios permanentes y heredables del material genético) que permitieron a algunas células obtener energía de la luz solar, apareció entonces la FOTOSÍNTESIS. Se desarrollaron varios tipos de bacterias fotosintéticas, pero las más importantes desde el punto de vista evolutivo son las Cianobacterias, que al convertir el agua y el dióxido de Carbono en compuestos orgánicos y liberaron oxígeno como producto de desecho a la atmósfera. Estamos a 3.100 millones de años atrás.
Su presencia quedó registrada en los fósiles microbianos que se han encontrado en rocas compuestas por finas capas formados por bacterias heterótrofas y fotótrofas que vivían en un tipo de colonias.
Aparición de los aerobios
Hace unos 2.000 millones de años, las cianobacterias habían producido suficiente oxígeno para modificar la atmósfera terrestre sustancialmente. Muchos anaerobios obligados (aquellos que no viven en presencia de oxígeno) fueron dañados por el oxígeno, algunos desarrollaron modos de neutralizarlo o se restringieron a vivir en áreas donde este no penetra.
Algunos organismos aerobios se adaptaron a vivir desarrollando una vía respiratoria que utilizaba el oxígeno para extraer más energía de los alimentos y transformarla en energía.
Estas formas celulares tienen organización procariota y son de pequeño tamaño. A partir de ellas, se piensa que evolucionaron las células eucariotas.
Esta aparición de organismos aerobios tuvo varias consecuencias:
1. Los organismos que usan el O2 obtienen más energía de una molécula de glucosa que la que obtienen los anaerobios por fermentación, por lo tanto son mucho mas eficientes.
2. El O2 liberado a la atmósfera era tóxico para los anaerobios obligados, que se confinaron a áreas restringidas.
3. Se estabilizó el oxígeno y el dióxido de Carbono en la atmósfera, y por lo tanto el Carbono empezó a circular por la atmósfera.
4. En la atmósfera superior el O2 reaccionó para formar OZONO (O3) que se acumuló hasta formar una capa que envolvió a la tierra e impidió que las radiaciones ultravioletas del sol llegaran a la tierra.
El siguiente paso en la evolución celular fue la aparición de las células eucariotas hace unos 1.500 millones de años
Origen de los Eucariotas
La abundancia de bacterias ofrece un rico panorama para quién pueda alimentarse de ellas. A pesar que no existe registro fósil, los paleobiólogos especulan que algunos predadores primitivos eran capaces de rodear a bacterias enteras como presa; debieron haber sido bastante primitivos (considerando la época, claro), ya que al ser incapaces de realizar fotosíntesis y metabolismo aeróbico metabolizaban de manera deficiente lo que engullían.
En 1980 Lynn Margulis (MIT), propuso la teoría de la endosimbiosis para explicar el origen de la mitocondria y los cloroplastos. De acuerdo a esta idea un procariota grande o quizás un primitivo eucariota fagocitó o rodeo a un pequeño procariota hace unos 1500 a 700 millones de años.
En vez de digerir al pequeño organismo, el grande y el pequeño entraron en un tipo de simbiosis conocida como mutualismo en el cual ambos se benefician y ninguno es perjudicado. El organismo grande pudo haber ganado un excedente de energía (ATP), provisto por la "protomitocondria" o un excedente de azúcar (glucosa) provisto por el "protocloroplasto".
Con el tiempo esta unión se convirtió en algo tan estrecho (la función regeneradora de ATP se delegó a los orgánulos celulares) que las células eucariotas heterótrofas no pueden sobrevivir sin mitocondrias ni los eucariotas fotosintéticos sin cloroplastos (la membrana que rodea a la célula eucariota no dispone de los componentes de la cadena de transporte de electrones para la respiración celular), y el endosimbiote no puede sobrevivir fuera de la célula huésped.
Esta teoría también se aplica a otros orgánulos celulares como cilios, flagelos y microtúbulos, originados por simbiosis entre bacterias del tipo de los espirilos y un eucariota primitivo.
¿Y el Núcleo?: su origen aún no se ha podido explicar. Tal vez se formó por una invaginación de la membrana externa que rodeó al ADN. Lo cierto es que su presencia determinó la aparición de las células Eucarióticas.
La teoría endosimbionte
Modelos quiméricos del origen de Eukarya. Arriba: 1-Fusión, 2-Simbiosis, 3-Ingestión y endosimbiosis. Abajo: Teoría de la endosimbiosis serie: 4-Fusión de una arquea y una espiroqueta, 5-Adquisición de mitocondrias. 6-Adquisición de cloroplastos.
La teoría endosimbiótica describe el paso de las células procariotas (bacterias o arqueas, no nucleadas) a las células eucariotas (células nucleadas constituyentes de todos los pluricelulares) mediante incorporaciones simbiogenéticas. Margulis describe este paso en una serie de tres incorporaciones mediante las cuales, por la unión simbiogenética de bacterias, se originaron las células que conforman a los individuos de los otros cuatro reinos (protistas, animales, hongos y plantas).
Primera incorporación simbiogenética:
Una bacteria consumidora de azufre, que utilizaba el azufre y el calor como fuente de energía (arquea fermentadora o termoacidófila), se habría fusionado con una bacteria nadadora (espiroqueta) habiendo pasado a formar un nuevo organismo y sumaría sus características iniciales de forma sinérgica (en la que el resultado de la incorporación de dos o más unidades adquiere mayor valor que la suma de sus componentes). El resultado sería el primer eucarionte (unicelular eucariota) y ancestro único de todos los pluricelulares. El núcleoplasma de la células de animales, plantas y hongos sería el resultado de la unión de estas dos bacterias.
El ADN quedaría confinado en un núcleo interno separado del resto de la célula por una membrana.
Este primer paso, al día de hoy, no se considera demostrado. Ya en los años setenta surgió, como alternativa al origen simbiogenético de este primer paso, la hipótesis de que éste se hubiese producido mediante invaginaciones, propuesta que no contradice el paradigma neodarviniano y que, aún hoy, se considera plausible por amplios sectores del mundo académico.
Segunda incorporación simbiogenética:
Después de que evolucionara la mitosis en los protistas nadadores, otro tipo de microorganismo de vida libre fue incorporado a la fusión: una bacteria que respiraba oxígeno. Surgieron células todavía más grandes, más complejas. El triplemente complejo respirador de oxígeno (amante del calor y del ácido, nadador y respirador de oxígeno) se volvió cEste nuevo organismo todavía era anaeróbico, incapaz de metabolizar el oxígeno, ya que este gas suponía un veneno para él, por lo que viviría en medios donde este oxigeno, cada vez más presente, fuese escaso. En este punto, una nueva incorporación dotaría a este primigenio eucarionte de la capacidad para metabolizar oxigeno. Este nuevo endosombionte, originariamente bacteria respiradora de oxigeno de vida libre, se convertiría en las actuales mitocondrias y peroxisomas presentes en las células eucariotas de los pluricelulares, posibilitando su éxito en un medio rico en oxígeno como ha llegado a convertirse el planeta Tierra. Los animales y hongos somos el resultado de esta segunda incorporación.
Tercera incorporación simbiogenética:
Esta tercera incorporación originó el Reino vegetal, las recientemente adquiridas células respiradoras de oxígeno fagocitarían bacterias fotosintéticas y algunas de ellas, haciéndose resistentes, pasarían a formar parte del organismo, originando a su vez un nuevo organismo capaz de sintetizar la energía procedente del Sol. Estos nuevos pluricelulares, las plantas, con su éxito, contribuyeron y contribuyen al éxito de animales y hongos.
Argumentos a favor
La evidencia de que las mitocondrias y los plastos surgieron a través del proceso de endosimbiosis son las siguientes:
• El tamaño de las mitocondrias es similar al tamaño de algunas bacterias.
• Las mitocondria y los cloroplastos contienen ADN bicatenario circular cerrado al igual que los procariotas- mientras que el núcleo eucariota posee varios cromosomas bicatenarios lineales.
• Están rodeados por una doble membrana, lo que concuerda con la idea de la fagocitosis: la membrana interna sería la membrana plasmática originaria de la bacteria, mientras que la membrana externa correspondería a aquella porción que la habría englobado en una vesícula.
• Las mitocondrias y los cloroplastos se dividen por división binaria al igual que los procariotas (los eucariotas lo hacen por mitosis).
• En general, la síntesis proteica en mitocondrias y cloroplastos es autónoma.
• En mitocondrias y cloroplastos encontramos ribosomas 70s, característicos de procariotas, mientras que en el resto de la célula eucariota los ribosomas son 80s.
Argumentos en contra
• Ni las mitocondrias ni los plastos pueden sobrevivir fuera de la célula. Sin embargo, este hecho se puede justificar por el gran número de años que han transcurrido: los genes y los sistemas que ya no eran necesarios fueron suprimidos; parte del ADN de los orgánulos fue transferido al genoma del anfitrión, permitiendo además que la célula hospedadora regule la actividad mitocondrial.
• La célula tampoco puede sobrevivir sin sus orgánulos: esto se debe a que a lo largo de la evolución gracias a la mayor energía y carbono orgánico disponible, las células han desarrollado metabolismos que no podrían sustentarse solamente con las formas anteriores de síntesis y asimilación.
Las membranas internas de las células eucariotas, sobre todo la membrana nuclear y el retículo endoplasmático, se explican mejor como invaginaciones.
LA TIERRA PRIMITIVA
Los biólogos en general aceptan la idea que la vida se origina a partir de materia inanimada en un proceso que se denomina evolución química, el cual se debe haber desarrollado en varias etapas.
A pesar de que nunca se sabrá con certeza las condiciones de la tierra primitiva, distaban mucho de las actuales. Astrofísicos y geólogos calculan la edad de la tierra en 4600 millones de años.
Composición de la atmósfera primitiva También es posible que hubiera
Dióxido de Carbono (CO2) Amoníaco (NH3), Sulfuro de Hidrógeno (H2S) y Metano (CH4). Es probable que tuviera poco o nada de oxígeno (O2).
Monóxido de Carbono (CO)
Vapor de Agua (H2O)
Hidrógeno (H)
Nitrógeno (N2)
Para la evolución química de la vida se necesitaba:
- Ausencia total o casi completa de oxígeno libre
Ya que al ser muy reactivo hubiera oxidado las moléculas orgánicas que son esenciales para la vida.
- Una fuente de energía. La tierra primitiva era un lugar caracterizado por la presencia de vulcanismo generalizado, tormentas eléctricas, bombardeo de meteoritos e intensa radiación, especialmente ultravioleta
- Presencia de sustancias químicas. Que funcionaran como "bloques de construcción químicos": agua, minerales inorgánicos y gases.
La edad de la tierra se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida mas antiguos datan de 3.800 millones de años, de modo que la "vida" tardó solo unos 800 millones de años en formarse.
Moléculas primitivas o Evolución Prebiótica.
Hasta mediados del siglo XVIII se pensaba que los compuestos orgánicos solo podían formarse por la acción de los seres vivos, la síntesis en el laboratorio de la urea (un compuesto orgánico), dio por tierra con esta creencia. En 1922, el científico ruso, Oparin lanzó la hipótesis de que la vida celular había sido precedida por un período de evolución química.
En 1950 Stanley Miller, un estudiante graduado, realizó un experimento destinado a corroborar la hipótesis de Oparin, partiendo con las siguientes condiciones:
1. Ausencia o escasas cantidades de oxígeno libre (es decir no combinado químicamente a otro compuesto).
2. Abundancia de: C(carbono), H(hidrógeno), O(oxígeno) combinado, N (nitrógeno)
Miller hizo pasar descargas eléctricas a través de una mezcla de gases que se asemejaría a la atmósfera primitiva. En un recipiente de agua, que en el modelo experimental, representaba al antiguo océano, Miller recobró aminoácidos. Posteriores modificaciones de la atmósfera produjeron muestras o precursores de las cuatro clases de macromoléculas orgánicas.
La Tierra primitiva era un lugar muy diferente de la de nuestros días, con grandes cantidades de energía, fuertes tormentas etc. El océano era una "sopa" de compuestos orgánicos formados por procesos inorgánicos. Los experimentos de Miller y otros experimentos no probaron que la vida se originó de esta manera, solo que las condiciones existentes en el planeta hace alrededor de 3 mil millones de años fueron tales que pudo haber tenido lugar la formación espontánea de macromoléculas orgánicas. Las simples moléculas inorgánicas que Miller puso en su aparato, dieron lugar a la formación de una variedad de moléculas complejas.
Polimerización.
El siguiente paso fue la formación de grandes moléculas por polimerización ( uniones entre si) de las pequeñas moléculas. La interacción entre las moléculas así generadas se incrementó a medida que su concentración aumentaba. Dado que la atmósfera primitiva carecía de oxigeno libre y de cualquier forma de vida estas moléculas orgánicas se acumularon sencillamente porque no reaccionaron con el oxigeno como lo haría en la actualidad.
Esta acumulación sería lo que se llama actualmente "caldo de cultivo primitivo" y a partir del cual podría haber surgido la primera forma de vida.
Reproducción molecular.
En las células vivas la información genética se almacena en el ADN, el cual transcribe su mensaje por medio del ARN que a su vez traduce esta información en una secuencia adecuada de aminoácidos que se ensamblan en PROTEÍNAS que son las encargadas de casi todas las funciones celulares.
Las tres moléculas en la secuencia precisa: ADN contienen INFORMACIÓN PRECISA, pero solo el ADN y el ARN son capaces de autoduplicarse (copiarse a sí mismas). Así que debió ser uno de los ácidos nucleicos (ADN o ARN) el candidato a llevar la información necesaria para la síntesis de proteínas, pero ¿cuál de ellos?
En los años “80”, Altman de Yale y Cech de la Universidad de Colorado encontraron una respuesta; algunos ARN funcionan como enzimas y pueden separar el ARN y sintetizar más moléculas de ARN, se llaman ribozimas. Conforme al modelo propuesto, la química de la tierra prebiótica dio origen a moléculas de ARN autoduplicantes que habrían iniciado la síntesis de proteínas.
Pero si el ARN hizo copias de si mismo y apareció antes que el ADN, ¿como llegó éste a escena? Quizá el ARN hizo copias bicatenarias de si mismo, que con el tiempo se transformaron en ADN que es más estable por su conformación de doble hélice, en tanto que el ARN es más reactivo por ser una molécula monocatenaria.
Así el ADN se convirtió en la molécula de almacenamiento de información y el ARN sigue siendo la molécula de transferencia de la información.
La evolución celular se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos.
Inicio de la vida los PROTOBIONTES
CARL WOESE (1980) DENOMINÓ PROTOBIONTE O PROGENOTE AL ANTEPASADO COMÚN DE TODOS LOS ORGANISMOS Y REPRESENTARÍA LA UNIDAD VIVIENTE MÁS PRIMITIVA, PERO DOTADA YA DE LA MAQUINARIA NECESARIA PARA REALIZAR LA TRANSCRIPCIÓN Y LA TRADUCCIÓN GENÉTICA. DE ESTE TRONCO COMÚN SURGIRÁN LAS PRIMERAS CÉLULAS PROCARIOTAS.
Si se agita agua que contiene proteínas y lípidos se forman estructuras huecas que se denominan microesferas, muy similares en diversos aspectos a las células: tiene un límite externo bien definido y en ciertas condiciones son capaces de absorber material de una solución e inclusive dividirse.
En la década del “20”, Oparín formó protobiontes a partir de proteínas y polisacáridos. Eran bastante estables y se denominaron coacervados. (precursores de las 1ªs células).
El registro fósil ubica a las primeras células hace 3.500 millones de años. Las 1º células eran procariotas, es decir carecen de núcleo diferenciado. Estos heterótrofos primitivos obtenían su alimento del espeso caldo primitivo. Dado que no había oxígeno libre, el metabolismo era completamente anaerobio y por lo tanto bastante poco eficiente.
Cuando las moléculas orgánicas que se acumularon espontáneamente durante millones de años se acabaron, solo algunos organismos sobrevivieron, tal vez hayan ocurrido mutaciones (cambios permanentes y heredables del material genético) que permitieron a algunas células obtener energía de la luz solar, apareció entonces la FOTOSÍNTESIS. Se desarrollaron varios tipos de bacterias fotosintéticas, pero las más importantes desde el punto de vista evolutivo son las Cianobacterias, que al convertir el agua y el dióxido de Carbono en compuestos orgánicos y liberaron oxígeno como producto de desecho a la atmósfera. Estamos a 3.100 millones de años atrás.
Su presencia quedó registrada en los fósiles microbianos que se han encontrado en rocas compuestas por finas capas formados por bacterias heterótrofas y fotótrofas que vivían en un tipo de colonias.
Aparición de los aerobios
Hace unos 2.000 millones de años, las cianobacterias habían producido suficiente oxígeno para modificar la atmósfera terrestre sustancialmente. Muchos anaerobios obligados (aquellos que no viven en presencia de oxígeno) fueron dañados por el oxígeno, algunos desarrollaron modos de neutralizarlo o se restringieron a vivir en áreas donde este no penetra.
Algunos organismos aerobios se adaptaron a vivir desarrollando una vía respiratoria que utilizaba el oxígeno para extraer más energía de los alimentos y transformarla en energía.
Estas formas celulares tienen organización procariota y son de pequeño tamaño. A partir de ellas, se piensa que evolucionaron las células eucariotas.
Esta aparición de organismos aerobios tuvo varias consecuencias:
1. Los organismos que usan el O2 obtienen más energía de una molécula de glucosa que la que obtienen los anaerobios por fermentación, por lo tanto son mucho mas eficientes.
2. El O2 liberado a la atmósfera era tóxico para los anaerobios obligados, que se confinaron a áreas restringidas.
3. Se estabilizó el oxígeno y el dióxido de Carbono en la atmósfera, y por lo tanto el Carbono empezó a circular por la atmósfera.
4. En la atmósfera superior el O2 reaccionó para formar OZONO (O3) que se acumuló hasta formar una capa que envolvió a la tierra e impidió que las radiaciones ultravioletas del sol llegaran a la tierra.
El siguiente paso en la evolución celular fue la aparición de las células eucariotas hace unos 1.500 millones de años
Origen de los Eucariotas
La abundancia de bacterias ofrece un rico panorama para quién pueda alimentarse de ellas. A pesar que no existe registro fósil, los paleobiólogos especulan que algunos predadores primitivos eran capaces de rodear a bacterias enteras como presa; debieron haber sido bastante primitivos (considerando la época, claro), ya que al ser incapaces de realizar fotosíntesis y metabolismo aeróbico metabolizaban de manera deficiente lo que engullían.
En 1980 Lynn Margulis (MIT), propuso la teoría de la endosimbiosis para explicar el origen de la mitocondria y los cloroplastos. De acuerdo a esta idea un procariota grande o quizás un primitivo eucariota fagocitó o rodeo a un pequeño procariota hace unos 1500 a 700 millones de años.
En vez de digerir al pequeño organismo, el grande y el pequeño entraron en un tipo de simbiosis conocida como mutualismo en el cual ambos se benefician y ninguno es perjudicado. El organismo grande pudo haber ganado un excedente de energía (ATP), provisto por la "protomitocondria" o un excedente de azúcar (glucosa) provisto por el "protocloroplasto".
Con el tiempo esta unión se convirtió en algo tan estrecho (la función regeneradora de ATP se delegó a los orgánulos celulares) que las células eucariotas heterótrofas no pueden sobrevivir sin mitocondrias ni los eucariotas fotosintéticos sin cloroplastos (la membrana que rodea a la célula eucariota no dispone de los componentes de la cadena de transporte de electrones para la respiración celular), y el endosimbiote no puede sobrevivir fuera de la célula huésped.
Esta teoría también se aplica a otros orgánulos celulares como cilios, flagelos y microtúbulos, originados por simbiosis entre bacterias del tipo de los espirilos y un eucariota primitivo.
¿Y el Núcleo?: su origen aún no se ha podido explicar. Tal vez se formó por una invaginación de la membrana externa que rodeó al ADN. Lo cierto es que su presencia determinó la aparición de las células Eucarióticas.
La teoría endosimbionte
Modelos quiméricos del origen de Eukarya. Arriba: 1-Fusión, 2-Simbiosis, 3-Ingestión y endosimbiosis. Abajo: Teoría de la endosimbiosis serie: 4-Fusión de una arquea y una espiroqueta, 5-Adquisición de mitocondrias. 6-Adquisición de cloroplastos.
La teoría endosimbiótica describe el paso de las células procariotas (bacterias o arqueas, no nucleadas) a las células eucariotas (células nucleadas constituyentes de todos los pluricelulares) mediante incorporaciones simbiogenéticas. Margulis describe este paso en una serie de tres incorporaciones mediante las cuales, por la unión simbiogenética de bacterias, se originaron las células que conforman a los individuos de los otros cuatro reinos (protistas, animales, hongos y plantas).
Primera incorporación simbiogenética:
Una bacteria consumidora de azufre, que utilizaba el azufre y el calor como fuente de energía (arquea fermentadora o termoacidófila), se habría fusionado con una bacteria nadadora (espiroqueta) habiendo pasado a formar un nuevo organismo y sumaría sus características iniciales de forma sinérgica (en la que el resultado de la incorporación de dos o más unidades adquiere mayor valor que la suma de sus componentes). El resultado sería el primer eucarionte (unicelular eucariota) y ancestro único de todos los pluricelulares. El núcleoplasma de la células de animales, plantas y hongos sería el resultado de la unión de estas dos bacterias.
El ADN quedaría confinado en un núcleo interno separado del resto de la célula por una membrana.
Este primer paso, al día de hoy, no se considera demostrado. Ya en los años setenta surgió, como alternativa al origen simbiogenético de este primer paso, la hipótesis de que éste se hubiese producido mediante invaginaciones, propuesta que no contradice el paradigma neodarviniano y que, aún hoy, se considera plausible por amplios sectores del mundo académico.
Segunda incorporación simbiogenética:
Después de que evolucionara la mitosis en los protistas nadadores, otro tipo de microorganismo de vida libre fue incorporado a la fusión: una bacteria que respiraba oxígeno. Surgieron células todavía más grandes, más complejas. El triplemente complejo respirador de oxígeno (amante del calor y del ácido, nadador y respirador de oxígeno) se volvió cEste nuevo organismo todavía era anaeróbico, incapaz de metabolizar el oxígeno, ya que este gas suponía un veneno para él, por lo que viviría en medios donde este oxigeno, cada vez más presente, fuese escaso. En este punto, una nueva incorporación dotaría a este primigenio eucarionte de la capacidad para metabolizar oxigeno. Este nuevo endosombionte, originariamente bacteria respiradora de oxigeno de vida libre, se convertiría en las actuales mitocondrias y peroxisomas presentes en las células eucariotas de los pluricelulares, posibilitando su éxito en un medio rico en oxígeno como ha llegado a convertirse el planeta Tierra. Los animales y hongos somos el resultado de esta segunda incorporación.
Tercera incorporación simbiogenética:
Esta tercera incorporación originó el Reino vegetal, las recientemente adquiridas células respiradoras de oxígeno fagocitarían bacterias fotosintéticas y algunas de ellas, haciéndose resistentes, pasarían a formar parte del organismo, originando a su vez un nuevo organismo capaz de sintetizar la energía procedente del Sol. Estos nuevos pluricelulares, las plantas, con su éxito, contribuyeron y contribuyen al éxito de animales y hongos.
Argumentos a favor
La evidencia de que las mitocondrias y los plastos surgieron a través del proceso de endosimbiosis son las siguientes:
• El tamaño de las mitocondrias es similar al tamaño de algunas bacterias.
• Las mitocondria y los cloroplastos contienen ADN bicatenario circular cerrado al igual que los procariotas- mientras que el núcleo eucariota posee varios cromosomas bicatenarios lineales.
• Están rodeados por una doble membrana, lo que concuerda con la idea de la fagocitosis: la membrana interna sería la membrana plasmática originaria de la bacteria, mientras que la membrana externa correspondería a aquella porción que la habría englobado en una vesícula.
• Las mitocondrias y los cloroplastos se dividen por división binaria al igual que los procariotas (los eucariotas lo hacen por mitosis).
• En general, la síntesis proteica en mitocondrias y cloroplastos es autónoma.
• En mitocondrias y cloroplastos encontramos ribosomas 70s, característicos de procariotas, mientras que en el resto de la célula eucariota los ribosomas son 80s.
Argumentos en contra
• Ni las mitocondrias ni los plastos pueden sobrevivir fuera de la célula. Sin embargo, este hecho se puede justificar por el gran número de años que han transcurrido: los genes y los sistemas que ya no eran necesarios fueron suprimidos; parte del ADN de los orgánulos fue transferido al genoma del anfitrión, permitiendo además que la célula hospedadora regule la actividad mitocondrial.
• La célula tampoco puede sobrevivir sin sus orgánulos: esto se debe a que a lo largo de la evolución gracias a la mayor energía y carbono orgánico disponible, las células han desarrollado metabolismos que no podrían sustentarse solamente con las formas anteriores de síntesis y asimilación.
Las membranas internas de las células eucariotas, sobre todo la membrana nuclear y el retículo endoplasmático, se explican mejor como invaginaciones.
domingo 25 de octubre de 2009
http://www.isftic.mepsyd.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem2006/biomodel_3/index.html
BLOG PARA REPASAR TEMAS DE BIOLOGIA http://www.isftic.mepsyd.es/w3/eos/MaterialesEducativos/mem2006/biomodel_3/index.html
lunes 19 de octubre de 2009
miércoles 14 de octubre de 2009
ELIZABETH BLACKBURN, CAROL W. GREIDER Y JACK SZOZTAK, PREMIO NOBEL DE MEDICINA 2009
El Nobel de Medicina, para los descubridores de un mecanismo biológico relacionado con el cáncer
Los investigadores Elizabeth Blackburn, Carol W. Greider y Jack Szoztak descifraron el enigma de cómo los cromosomas se copian sin errores en el proceso de división celular, gracias a los telómeros de sus extre
Los investigadores Elizabeth Blackburn, Carol W. Greider y Jack Szoztak descifraron el enigma de cómo los cromosomas se copian sin errores en el proceso de división celular, gracias a los telómeros de sus extre
LA TELOMERASA YA TIENE AÑOS
Revista Investigación y Ciencia año 1996
235 - ABRIL 1996
Telómeros, telomerasa y cáncer
Greider, Carol W. y Blackburn, E. H.
La telomerasa, enzima un tanto insólita, actúa sobre los extremos de los cromosomas, los telómeros. Detectada en muchos tumores humanos, está en el punto de mira de las terapias contra el cáncer.
Inicio artículo
En la naturaleza las cosas no siempre son lo que parecen. Lo que semeja una roca del fondo del mar puede ser en realidad un pez venenoso; la flor de jardín que admiramos, quizás una planta insectívora en espera de su presa. La apariencia engañosa también se da en los cromosomas, componentes celulares. Los cromosomas son ristras de ADN lineal donde se encuentran los genes. Creíase antaño que el ADN de los extremos de los cromosomas era estático. Sin embargo, en la mayoría de los organismos estudiados, los extremos de los cromosomas, denominados telómeros, están siempre cambiando. Se acortan y alargan sin cesar.
Durante los últimos quince años, la investigación de este inesperado fenómeno ha deparado numerosos descubrimientos. En particular, ha permitido identificar una enzima extraordinaria, la telomerasa, que actúa sobre los telómeros y que se la supone necesaria para el mantenimiento de muchos cánceres humanos. Este último hallazgo ha disparado las especulaciones sobre la posibilidad de emplear drogas que, al inhibir la enzima, atajen diversos tipos de neoplasias. Cabe, también, que ciertos cambios en la longitud del telómero se hallen involucrados en el proceso de envejecimiento de las células humanas.
235 - ABRIL 1996
Telómeros, telomerasa y cáncer
Greider, Carol W. y Blackburn, E. H.
La telomerasa, enzima un tanto insólita, actúa sobre los extremos de los cromosomas, los telómeros. Detectada en muchos tumores humanos, está en el punto de mira de las terapias contra el cáncer.
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En la naturaleza las cosas no siempre son lo que parecen. Lo que semeja una roca del fondo del mar puede ser en realidad un pez venenoso; la flor de jardín que admiramos, quizás una planta insectívora en espera de su presa. La apariencia engañosa también se da en los cromosomas, componentes celulares. Los cromosomas son ristras de ADN lineal donde se encuentran los genes. Creíase antaño que el ADN de los extremos de los cromosomas era estático. Sin embargo, en la mayoría de los organismos estudiados, los extremos de los cromosomas, denominados telómeros, están siempre cambiando. Se acortan y alargan sin cesar.
Durante los últimos quince años, la investigación de este inesperado fenómeno ha deparado numerosos descubrimientos. En particular, ha permitido identificar una enzima extraordinaria, la telomerasa, que actúa sobre los telómeros y que se la supone necesaria para el mantenimiento de muchos cánceres humanos. Este último hallazgo ha disparado las especulaciones sobre la posibilidad de emplear drogas que, al inhibir la enzima, atajen diversos tipos de neoplasias. Cabe, también, que ciertos cambios en la longitud del telómero se hallen involucrados en el proceso de envejecimiento de las células humanas.
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