Tema 2 : El origen de la vida y su organización

Tema 2 : El origen de la vida y su organización
1-El origen de la vida
Si aceptamos que el todos los componentes del Sistema Solar se formaron al mismo
tiempo a partir de una nube de polvo primitiva, 4500 millones de años será también la
edad de nuestro planeta.
Algunas rocas sedimentarias con una edad de 3400 a 3200 millones de años
contienen microfósiles similares a bacterias. Por lo tanto, sólo 1000 millones de años
después de que se originase la Tierra ya existía sobre ella una vida primitiva
Las condiciones que existían antes de la aparición de los seres vivos sobre la Tierra
eran muy diferentes de las actuales. La composición de la atmósfera primitiva de la
Tierra era muy distinta de la actual.
Se piensa que estaba formada fundamentalmente por una mezcla de:
Metano (CH4), Amoníaco (NH3), Hidrógeno (H2) y Vapor de Agua (H2O).
Al no haber Oxígeno, la atmósfera no era oxidante como la actual, sino reductora, y la
falta de Ozono (O3) hacía posible que los rayos ultravioleta pudiesen atravesar la
atmósfera.
En 1924 el bioquímico ruso A.I. Oparin y en 1929 el inglés J.B. Haldane, emitieron,
independientemente el uno del otro, una teoría según la cual las radiaciones
ultravioleta o
las descargas eléctricas producidas por las tormentas, al atravesar la atmósfera,
originaron
los componentes básicos de los seres vivos estas sustancias orgánicas, que se habían
formado al azar, se fuesen acumulando en las aguas de mares y lagos. Se formó así lo
que se llamó "el caldo nutritivo".
PRIMERAS ETAPAS DEL ORIGEN DE LOS SERES VIVOS
1) El punto de partida, hace 3800 m.a.
La atmósfera primitiva estaba formada por: metano (CH4), amoníaco (NH3),
hidrógeno (H2) y vapor de agua (H2O), era reductora y anaerobia. No obstante
en estas sustancias estaban los principales bioelementos que forman la
materia viva: carbono (C), nitrógeno (N), hidrógeno (H) y oxígeno (O).
2) ¿Cómo se formaron las biomoléculas?
Las radiaciones solares y las descargas eléctricas proporcionaron la energía
suficiente para que los componentes de la atmósfera reaccionasen y se
formasen las biomoléculas, compuestos orgánicos sencillos como los que
ahora forman los principales compuestos de los seres vivos.
3) ¿Cuáles fueron estas biomoléculas?
Se formaron así, azúcares, grasas simples, aminoácidos y otras moléculas
sencillas que reaccionaron entre sí para dar lugar a moléculas más complejas:
proteinas, grasas complejas, polisacáridos y ácidos nucléicos.
4) ¿Cómo se formó el "caldo primitivo"
Según Oparín, los compuestos orgánicos que se formaron en la atmósfera
fueron arrastrados hacia los mares por las lluvias y allí, a lo largo de millones
de años, se concentraron formando una disolución espesa de agua y moléculas
orgánicas e inorgánicas que él llamó "caldo primitivo".
5) Los precursores de las bacterias
En este "caldo primitivo" algunas moléculas formaron membranas,
originándose unas estructuras esféricas llamadas coacervados. Algunos
coacervados pudieron
concentrar en su interior enzimas con las que fabricar sus propias moléculas y
obtener energía. Por último, algunos pudieron adquirir su propio material
genético y la capacidad de replicarse (reproducirse). Se formaron así los
primitivos procariotas.
EL EXPERIMENTO MILLER
Montaron un dispositivo consistente en un balón de vidrio de 5 l conectado a otro más
pequeño de 0,5 l. En el primero introdujeron una mezcla formada por H 2, NH3, CH4 y
H2O. En el matraz mayor situaron unos electrodos y sometieron la mezcla a una serie
de descargas eléctricas. La mezcla de gases era posteriormente introducida en el
matraz pequeño que contenía agua hirviendo. Las
sustancias que se formaban en el matraz grande se disolvían en el agua del pequeño,
y los gases
que aún no habían reaccionado se volvían al matraz grande por medio de un circuito
cerrado.
Al cabo de unos días Miller analizó el contenido del agua del recipiente menor y
encontró una gran
variedad de compuestos orgánicos y entre ellos descubrió los 20 aminoácidos que
forman las
proteínas (en la tabla siguiente se relacionan los compuestos obtenidos por Miller en
su experiencia).
La aparicion de las celulas
Despues de la formacion de las primeras moleculas, se tuvieron que formar
vesiculas a traves de bicapas de fosfolipidos de manera espontanea y estas
aislaron en su interior las macromoleculas de la sopa primitiva.
Posteriormente estas vesiculas aumentaron su estabilidad y comenzaron a
tener 3 funciones:
a- intercambiaron materia y energia con su medio para mantener su estructura
b- se reguló en funciones ambientales
c- Fue capaz de hacer replicas de su propio material gracias a un material
genetico primitivo.
Estas primeras celulas serían heterotrofas y anaerobias, cuando agotaron los
nutrientes algunas produjeron moleculas que necesitaban y aparecen las
celulas autotrofas que se hicieron aerobias y despues eucariotas
2-La estructura de la Celula
La celula procariota
Apenas tienen estructuras en su interior. Se caracterizan por no tener un núcleo
propiamente
dicho; esto es, no tienen el material genético envuelto en una membrana y separado
del resto
del citoplasma. Además, su ADN no está asociado ciertas proteínas como las histonas
y está formando un único cromosoma. Son procariotas, entre otras: las bacterias y las
cianofíceas.
La celula eucariota:
Células características del resto de los organismos unicelulares y pluricelulares,
animales y vegetales. Su estructura es más evolucionada y compleja que la de los
procariotas. Tienen orgánulos celulares y un núcleo verdadero separado del
citoplasma por una envoltura nuclear. Su ADN está asociado a proteínas (histonas y
otras) y estructurado en numerosos cromosomas.
DIFERENCIAS ENTRE LAS CÉLULAS VEGETALES Y ANIMALES
Por lo general las células vegetales son de mayor tamaño que las animales, tienen
plastos y
están envueltas en una gruesa pared celular, también llamada pared celulósica o
membrana
de secreción. Sus vacuolas son de gran tamaño y no tienen centriolos
ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS ORGÁNULOS CELULARES
Membrana plasmática: Delgada lámina que recubre la célula. Está formada por
lípidos, proteínas y oligosacáridos. Regula los intercambios entre la célula y el
exterior.
Pared celular: Gruesa capa que recubre las células vegetales. Está formada por
celulosa y otras
sustancias. Su función es la de proteger la célula vegetal de las alteraciones de la
presión osmótica.
Hialoplasma: Es el citoplasma desprovisto de los orgánulos. Se trata de un medio de
reacción en el que se realizan importantes reacciones celulares, por ejemplo: la
síntesis de proteínas y la glicolisis.
Contiene los microtúbulos y microfilamentos que forman el esqueleto celular.
Retículo endoplasmático: Red de membranas intracitoplasmática que separan
compartimentos en el citoplasma. Hay dos clases: granular y liso. Sus funciones son:
síntesis de oligosacáridos y
maduración y transporte de glicoproteínas y proteínas de membrana.
Ribosomas: Pequeños gránulos presentes en el citoplasma, también adheridos al
retículo
endoplasmático granular. Intervienen en los procesos de síntesis de proteínas en el
hialoplasma.
Aparato de Golgi: Sistema de membranas similar, en cierto modo, al retículo pero
sin ribosomas. Sirve para sintetizar, transportar y empaquetar determinadas
sustancias elaboradas por la célula y destinadas a ser almacenadas o a la
exportación.
Lisosomas: Vesículas que contienen enzimas digestivas. Intervienen en los procesos
de degradación de sustancias.
Vacuolas: Estructuras en forma de grandes vesículas. Almacenamiento de sustancias.
Mitocondrias: En ellas se extrae la energía química contenida en las sustancias
orgánicas (ciclo de Krebs y cadena respiratoria).
Centrosoma: Interviene en los procesos de división celular y en el movimiento celular
por cilios y
flagelos.
Plastos: Orgánulos característicos de las células vegetales. En los cloroplastos se
realiza la
fotosíntesis
Nucleoplasma: En él se realizan las funciones de replicación y transcripción de la
información celular. Esto es, la síntesis de ADN y ARN.
Nucleolo: Síntesis del ARN de los ribosomas.
Envoltura nuclear: Por sus poros se realizan los intercambios de sustancias entre el
núcleo y el
hialoplasma
3- De la unicelularidad a la pluricelularidad
Muchos organismos que habitan nuestro planeta son Unicelulares y como
cualquier ser vivo tienen que realizar las funciones vitales.
Presentan limitaciones:
a- solo en medios acuaticos para el intercambio a traves de su membrana
b- Son de reducido tamaño debido a sus peculiaridades, por tanto son
organismos bastantes simples
Estos limites los han salvado evolucionando a seres vivos pluricelulares, este
proceso ha sido lento pero continuo en el tiempo
el primer paso de estos unicelulares,fue seguir agrupadose entre ellos despues
de dividirse, no pierden la individualidad si se separan y el fin de estar reunidos
puede ser un fin especifico como facilitar el alimento al grupo, o la defensa o la
reproducción, a este agrupamiento se les denomina Colonias.
Estas colonias evolucionaronse hacen mas complejas especializandose en
ciertas funciones y serian la transicion hacia los seres pluricelulares.
La evolución les lleva a desarrollar 3 caracteristicas:
a- Especializacion y diferenciación de las celulas
Lleva esta caracteristica a desarrolar los Tejidos y los Organos haciendo asi
que aumente la supervivencia.
b- Funcionamiento coordinado
Desarrollan mecanismos que hacen que se intercomuniquen y coordinen todas
sus celulas
c- Medio interno
La mayoria de celulas no estan en contanto con el medio externo sino con
liquidos internos donde llevan a cabo el intercambio de materia y energia
El conjunto de procesos que contribuyen a mantener cte ese medio interno se
denomina Homeostasis
Organizacion de los seres pluricelulares
La organización está en función de si puede organizarse en tejidos, organos y
aparatos
Vegetales:
a- Tipo Talo
Son celulas identicas sin formar verdaderos tejidos
Tipicas de algas y hongos a los que se les llama Talofitos
b- Tipo Cormo
Si tienen tejidos y organos son las plantas vasculares
Animales:
Se pueden organizar en 3 niveles
a- Nivel celular
No tienen verdaderos tejidos como los Poriferos
b- Nivel tejido-organos
Los Cnidarios
c- Nivel organos-sistemas
4-Formas no celulares:Virus, plasmidos, Viroides y Priones
La palabra virus significa veneno,
ESTRUCTURA DE LOS VIRUS
Un virus, fuera de una célula, presenta las siguientes partes:
a-Ácido nucleico enrollado: puede ser ADN o ARN. Cualquiera de estos ácidos
puede presentarse en forma monocatenaria o bicatenaria.
b- Cápsida: cubierta proteica que protege y aísla el ácido nucleico. Recibe
también el nombre de cápsula vírica y presenta distintas formas. Esta
estructura está formada por una única proteína que se repite. Cada una de
estas unidades proteicas se denomina capsómero.
c- Otras proteínas: Además de los capsómeros (proteínas estructurales)
algunos virus puede llevar proteínas enzimáticas como las implicadas en la
transcripción de su material genético, y proteínas aglutinantes, que
interactúan con los receptores celulares y capacitan al virión para infectar a la
célula hospedadora.
Algunos virus presentan una envoltura membranosa, perteneciente a la célula
que ha infectado. Dicha capa posee una serie, de glucoproteínas integrales de
membrana propias del virus. Esta envoltura facilita la infección de otras
células de la misma estirpe celular que la célula infectada.
Así, el ácido nucleico viral se replica a expensas de la maquinaria y la energía
de la célula infectada.
Existen dos sistemas de replicación de virus, el ciclo lítico y el ciclo
lisogénico. La explicación de estos ciclos viene referida a la que se da en
virus bacteriófagos como el fago λ cuyo genoma es una molécula de ADN de
cadena doble.
A. Ciclo lítico
Se denomina así porque la célula infectada muere por rotura al liberarse las
nuevas copias virales. Consta de las siguientes fases:
1. Fase de adsorción o fijación: El virus se une a la célula hospedadora de
forma estable.
La unión es específica ya que el virus reconoce complejos moleculares de tipo
proteico, lipoproteico o glucoproteico, presentes en las membranas celulares.
2. Fase de penetración o inyección: el ácido nucleico viral entra en la célula
mediante una perforación que el virus realiza en la pared bacteriana.
3. Fase de eclipse: en esta fase no se observan copias del virus en la célula,
pero se está produciendo la síntesis de ARN, necesario para generar las copias
de proteínas de la cápsida. También se produce la continua formación de
ácidos nucleicos virales y enzimas destructoras del ADN bacteriano.
4. Fase de ensamblaje: en esta fase se produce la unión de los capsómeros
para formar la cápsida y el empaquetamiento del ácido nucleico viral dentro de
ella.
5. Fase de lisis o ruptura: conlleva la muerte celular. Los viriones salen de la
célula, mediante la rotura enzimática de la pared bacteriana. Estos nuevos
virus se encuentran en situación de infectar una nueva célula.
B. Ciclo lisogénico
Las dos primeras fases de este ciclo son iguales a las descritas en el ciclo
anterior. En la fase de eclipse el ácido nucleico viral en forma de ADN
bicatenario recombina con el ADN bacteriano, introduciéndose en éste como
un gen más. Esta forma viral se denomina profago, o virus atenuado, mientras
que la célula infectada se denomina célula lisogénica.
En este estado el profago puede mantenerse durante un tiempo
indeterminado, pudiendo incluso, reproducirse la célula, generando nuevas
células hijas lisogénicas.
El profago se mantendrá latente hasta producirse un cambio en el medio
ambiente celular que provoque un cambio celular, por ejemplo, por
variaciones bruscas de temperatura, o desecación, o disminución en la
concentración de oxígeno. Este cambio induce a la liberación del
profago,transformándose en un virus activo que continúa el ciclo de infección
hasta producir la muerte celular y la liberación de nuevos virus.
Virus y cancer
Algunos virus tienen la capacidad de producir transformaciones tumorales
(benignas o
malignas) en las células: son los virus oncogénicos. Varias familias de virus
ADN son
cancerígenos, pero entre los virus ARN solo los retrovirus presentan esta
capacidad.
Existen dos mecanismos:
-Inserción del ADN del virus en el genoma de la célula huésped si se inactiva un
gen represor tumoral. En otras ocasiones se ve involucrado un gen regulador
del ciclo celular.
-La transformación oncogénica puede deberse también a una proteína
codificada por un gen propio del virus (oncogen).
Otras formas no celulares
Plasmido: Moleculas pequeñas de ADN lineal o circular, que no pertenecen al cromosoma
bacteriano (tb en levaduras) y que se trasmite a las sucesivas generaciones.
Puede integrarse en el ADN bacteriano (episomas)
Son beneficiosos para quien los porta dandole caracteristicas para beneficiarse del medio,
resistencia a los antibióticos, este también puede ser usado para producir proteínas en grandes
cantidades desde el gen insertado
Viroides: pequeñas moleculas de ARN circular que producen enfermedades
Priones: Son proteinas que causan enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de las
vacas locas (encefalopatia espongiforme bovina), se trasmite a humanos , trasforma a las proteinas
normales en infecciosas