origen de la vida · actualmente): propone que la vida surge a partir de materia inanimada no como...
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¿Qué es la vida?
• Un sistema químico que atraviesa procesos evolutivos y transforma diversos tipos de energía desde el medio ambiente para mantener su metabolismo.
• Requiere:
• Energía libre.
• Moleculas orgánicas.
• Agua líquida (?).
Teorías del origen de la Vida 1. Creacionista: Todas las vidas fueron creadas por Dios. Para
habitar en estos lugares.
2. Generación Espontánea: Si bien los seres vivos se reproducen entre sí , algunas formas de vida más simples pueden aparecer espontáneamente de los restos de otros seres vivos descompuestos o del barro.
Experimento de Redi 1668
3. Cozmozoica o Panspermia: La vida se origina fuera del planeta. En la década de los 60 cobra fuerzas la Litopanespermia, los microorganismos viajaron desde el espacio protegidos en el interior de meteoritos.
4. Teoría de la abiogénesis (teoría más aceptada actualmente): propone que la vida surge a partir de materia inanimada no como un proceso espontáneo sino como consecuencia de una larga cadena de transformaciones de la materia. En el transcurso de esta evolución química, pudieron surgir las reacciones de metabolismo y reproducción.
Conforme la Tierra iba creciendo se fueron fundiendo las rocas.
Los elementos pesados se dirigieron al interior, Fe y Ni.
Los elementos ligeros se dirigieron a la superficie formando las rocas, Al, Si y Mg,
Mientras que los gases pocos reactivos como el N, Ne y Ar se volatilizaron formando la atmósfera primaria.
Formación de la atmósfera primitiva
Pero esta atmósfera duró poco ya que de repente vino un gran viento solar que lo barrió todo. Entonces comenzó la era del vulcanismo y brotaron de la Tierra una serie de gases que formaron la verdadera atmósfera primitiva.
Atmósfera primitiva
Fuertemente reductora con grandes cantidades de NH3,
CH4, H2,,CO2, H2O.
Atmósfera actual
Oxidante con altas concentraciones de
O2 y N2.
Características del joven planeta
Ausencia de Oxígeno
Atmósfera reductora
Tormentas eléctricas
Bombardeo de Meteoritos
Ingreso abundante de luz ultravioleta
Gracias a esta sucesión de estados de energía, constantemente se formaban y destruían
combinaciones de moléculas.
A medida que los microambientes se fueron
estabilizando pudieron formarse cadenas de moléculas
cada vez más complejas y durante más tiempo.
Sin oxígeno en la atmósfera que reaccionase y
destruyese, los aminoácidos, nucleótidos, azúcares
sencillos e incluso ATP pudieron formarse y
permanecer juntos en disolución.
La “rica sopa”: los coacervados
Sostenía: el carbono arrojado por los volcanes se combinó con vapor de agua, formando hidrocarburos. En el océano, esas moléculas se hicieron más complejas y se amontonaron en gotitas llamadas coacervados -acervus, en latín, significa montón-. De a poco, los coacervados fueron adquiriendo las características de las células vivas
¿Que se produjo?
UTILIZO:
Metano
Amoniaco
Agua
Hidrógeno
Descargas eléctricas
Aumento de temperatura
RESULTADOS:
Cianuro de Hidrógeno
Aldehídos
Aminoácidos
Azúcares
Bases nitrogenadas
Ácidos grasos
Las primeras moléculas aprovecharon la capacidad de los
lípidos de formar micelas para “protegerse” temporalmente y
formar moleculas más complejas.
Acidos nucleicos y
proteínas pequeñas
Para formar una célula hay tres tipos de moléculas indispensables:
1.- Moléculas autorreplicantes.
2.- Moléculas catalíticas.
3.- Moléculas anfipáticas.
DNA
Proteínas
Agua y Lípidos
Molécula original
RNA
El DNA toma el control del almacenamiento de la información
• Es mas estable por el tipo de azúcar que presenta.
• Las proteínas tienen una fidelidad mayor
en las reacciones enzimáticas.
• Las proteínas tienen mayor velocidad de
catálisis.
• Las proteínas son mas estables en el
tiempo.
ATMOSFERA PREBIÓTICA H2 , CH4 , NH3 , H2O, CO2 y N2
SOPA PRIMORDIAL Aminoácidos, nucleótidos, ácidos grasos, azucares
MACROMOLÉCULAS COMPLEJAS Proteínas, ácidos nucleicos
PRIMEROS RNAs Primeros biopolímeros autoreplicantes y con capacidad catalítica
OTRAS MOLÉCULAS MAS EFICIENTES DNA: mejora en estabilidad
Proteínas: mejora en catálisis
PRIMERAS CELULAS
Organización Celular
Prokaryotic flagella
Nucleoid region (DNA)
Ribosomes Plasma membrane
Cell wall
Capsule
Pili
La clasificación de los organismos
• Clasificación jerárquica de Linneus o el sistema
de los reinos (6).
• Reino: Animal
• Phylum: Cordados
• Clase: Mamíferos
• Orden: Primates • Familia: Hominidae
• Genero: Homo
• Especie: sapiens
• Sistema de los dominios (3).
• Procariota, Archae y Eucaria
I - Monera
• Agrupa a organismos vivos que carecen
de un núcleo rodeado por membranas y
de organelas.
• Dominio: Procariota.
• Eubacterias
• Cianobacterias
Las Eubacterias:
• Son unicelulares, aunque forman colonias o filamentos.
• El material genético esta contenido en una sola molécula circular de ADN situada en el citoplasma.
• Se reproducen asexualmente por fisión binaria, no experimentan mitosis ni meiosis.
• Poseen una pared celular que rodea la membrana.
• Algunos poseen flagelos formados por filamentos proteínicos largos.
• Ningún procariote presenta cilios.
Bacterias móviles poseen distinto número y disposición de flagelos:
• Monotrica: un solo flagelo en un extremo
• Anfitrica: un flagelo en cada polo
• Lofotrica: dos o más flagelos en uno o ambos polos
• Peritrica: flagelos sobre toda la superficie celular
Clasificación de las Bacterias
Caracteres utilizados para clasificar bacterias:
Morfología...tinción Gram
Bioquímica y la fisiología
Serología
Porcentaje de pares de bases G-C
Secuencias de bases del ADN y mARN
Secuencias de aminoácidos de proteínas.
Fagotipia; suceptibilidad a un grupo de
bacteriófago
Si usted fuese una bacteria:
• Usted tendría 0.001 veces tanto ADN como una célula eucariótica.
• Usted viviría en un medio con una viscosidad igual que el asfalto.
• Usted tendría un maravilloso "motor" para nadar. Desafortunadamente su motor solamente podría andar en dos direcciones y a una velocidad. Hacia adelante usted avanzaría a 50 kph. Hacia atrás su motor lo haría dar vueltas o tumbos. Usted pudiera hacer lo uno o lo otro, pero pudiera parar.
• Aunque usted pudiera "aprender", usted se dividiría cada veinte minutos y tendría que comenzar su educación de nuevo.
Si usted fuese una bacteria: • Usted pudiera hacer el amor, con machos que poseen un aparato sexual
para transferir información genética a hembras receptivas. Sin embargo sería difícil encontrase cuando ambos están desplazándose a 50 kph. Además si usted es macho, la naturaleza le dio a usted un grave problema. Cada vez que usted se aparea con una hembra, ésta se vuelve un macho. En las bacterias la virilidad es una enfermedad venérea contagiosa.
• También, con alta frecuencia, mutaciones espontáneas causan que usted se transforme en una hembra.
• Usted puede ser el que ríe último. Usted ha pasado 3.500 millones de años practicando la guerra química. Los humanos tenían los antibióticos que terminaban con las enfermedades infecciosas, pero el mal uso de las drogas ha resultado en la selección de bacterias resistentes a las drogas. Ellos no se dan cuenta que esta sólo fue la primera batalla, y ahora la guerra está lista para comenzar.
• Los humanos piensan que está es su era. Una afirmación más acertada sería que todos vivimos en la era de las bacterias.
Cianobacterias Son procariotos fotosintéticos
Se consideran como bacterias fotosintéticas oxigénicas
Contienen clorofila a, al igual que los eucariotas fotosintéticos.
Contienen los pigmentos:
- xantofila.- color amarillo
- ficocianina.-pigmento azul
- ficoeritrina.-pigmento rojo.
Especies de cianobacterias son doradas, amarillas pardas, rojas, verde, azules, violetas o azul-negras.
El Mar Rojo debe su nombre a las densas concentraciones de cianobacterias pigmentadas de rojo.
Pared celular no contiene celulosa
No presentan flagelos
II - Arqueobacterias
• Es el reino más primitivo, se encuentran
hoy restringidas a hábitats marginales
como manantiales calientes, lagos de alta
salinidad o áreas de baja concentración
de oxígeno.
• Dominio: Archae.
El arcaeón metanogenico, Methanococcus jannaschii:
• Fue aislado cerca de una “fumarola
hidrotermal” a 2,600 metros de
profundidad en el Oceano pacífico
• Habita a temperaturas de alrededor de
85 grados ºC.
• Tiene 1738 genes, 56% de los cuales
son nuevos para la ciencia.
• Tiene genes como los de las bacterias
y operones.
• Pero con sistemas de información,
procesamiento y secreción igual a los
eucariontes
• Presenta síntesis proteica eucariótica
Las Arcaea están siendo mejor entendidas.
Clasificación basada en su
fisiología:
• Metanógenos
• Halófilos
• Hipertermófilos
Y a su ecología:
• Euryarchaeota – Halófilos extremos
– Metanógenos
– Hipertermófilos
• Crenarchaeota – Hipertermófilos dependientes de
sulfuro
• Korarchaeota – Secuencias obtenidas de
ambientes hipertérmicos.
Metanógenos
• Presentes en el reino Euryarchaeota
• Anaerobios obligados
• Metabolismo primitivo
• Gran variedad de formas: – Bacilos cortos
– Bacilos largos
– Cocos
– Cocos irregulares
– Cocos irregulares agregados
– Bacilos en filamentos
Methanococcus
Methanosarcina
Methanosarcina
Methanospirillum
Metanógenos
• Habitats:
– Sedimentos anóxicos
– Tractos digestivos de animales
• Rumen de ganado
• Intestino grueso de animales monogástricos como
humano, cerdo y perro.
• Intestino de insectos (ej. Termitas)
– Fuentes geotérmicas de H2 y CO2
– Instalaciones de biorremediación de aguas
– Endosimbiontes de varios protozoarios
anaerobios
Importancia
• Formación de depósitos de gas fósil, útil
como combustible (gas natural).
• Producción de metano en las vacas lo que
contribuye al efecto invernadero.
• Necesarios para la digestión, disminuyen
la acidez del tracto.
Halófilos extremos
• Aerobios con metabolismo respiratorio (ac. Orgánicos y a.a.).
• Algunas cepas pueden crecer anaeróbicamente por fermentación o respiración anaerobia.
Adaptaciones especiales:
• Balance hídrico
– Bomba K+ (introduce K+ hasta compensar la concentración externa de Na+)
– Na+ necesario para la integridad celular (pared de glicoproteínas rica en a.a. negativos)
– Proteínas citoplasmáticas requieren K+
• Condiciones de baja aereación
– Bacteriorodopsina (ATP, incorpora H y nutrientes, saca Na+ )
• Pueden sobrevivir con pequeñas cantidades de O2.
• Altas concentraciones de sal de NaCl.
• Rodopsina
• No fotosíntesis.
Haloarcula
Halobacterium
Figure 3. Halobacterium salinarium is an extreme halophile
that grows at 4 to 5 M NaCl and does not grow below 3 M
NaCl. This freeze etched preparation shows the surface
structure of the cell membrane and reveals smooth patches
of "purple membrane" (bacteriorhodopsin) embedded in
the plasma membrane.
Hipertermófilos
• Hay representantes en los tres grupos de
Archaea.
• Requieren altas temperaturas para vivir (desde
85ºC en adelante, se han reportado
temperaturas de hasta 120ºC).
• Sus membranas y enzimas son termoestables.
• Muchas requieren S para su metabolismo
(oxidadoras de sulfuros y reductoras de sulfatos
= litótrofas con respiración anaerobia)
Hipertermófilos
• Ejemplos interesantes
– Thermus aquaticus (Taq polimerasa)
Sulfolobus Thermoproteus
Thermococcus
Pyrodictium
III - Protista
• Es el primero de los reinos eucariotas, los
organismos aquí agrupados poseen
núcleo verdadero y organelas.
• Dominio: Eucariota.
• Algas
• Euglenoides
• Ciliados
• Protozoarios
• Flagelados.
Los ecucariontes con “sólo”1.2 billones de años de evolución
son más diversos morfológicamente pero han “usado” algunas
de las invenciones metabólicas procariontes para vivir.
• Unicelulares, algunos coloniales, algunos con
etapas de vida multicelulares
• Mayormente microscópicos
• Todo tipo de simetría
• Reproducción asexual (mitosis) y sexual
(meiosis o intercambio nuclear)
• Eucariontes con orgánulos especializados
• De vida libre y todo tipo de simbiosis
mutualismo
comensalismo
parasitismo
Características Generales:
Flagelos
Locomoción:
Cilios Seudópodos
• Reproducción asexual por fisión, gemación; quistes • fisión binaria
• longitudinal
• transversal
• fisión múltiple • esquizogonia
• esporogonia
• Reproducción sexual
• Singamia
• autogamia
• conjugación
• gametos nucleares o pronúcleos
• isogametos vs. anisogametos
IV - Fungi
• Pueden ser uni o pluricelulares, todos
heterótrofos.
• Dominio: Eucariota. • Setas
• Levaduras
• Mohos
Características Generales:
• Con uno o más núcleos en cada célula
• Con o sin pared celular hecha de quitina o celulosa
• Con pseudotejidos
• Presentan hifas las cuales son células alargadas que componen
el micelio, que constituyen el talo o cuerpo del hongo.
• Carecen de cloroplastos
• La sustancia de reserva es el glucógeno
• Son heterótrofos
Divisiones:
Zygomycota
Ascomycota
Basidiomycota
Mixomycota
Acrasiomycota
Oomycota
Deuteromycota
V - Plantae
• Multicelulares, todos ellos autótrofos, se
encuentran en la base de toda cadena
alimenticia.
• Dominio: Eucariota.
• Briofita (musgos)
• Pteridofitas (helechos)
• Gymnospermas
• Angiospermas
VI - Animalia
• Heterótrofos, multicelulares, con capacidad
de movilizarse, pueden ser subdivididos en
herbívoros y carnívoros
• Dominio: Eucariota.
• Invertebrados
• Vertebrados
PROCARIOTAS EUCARIOTAS PRO: antes CARIO: núcleo EU: verdadero CARIO: núcleo
NO envoltura nuclear SI envoltura nuclear
ADN desnudo ADN asociado a proteínas
ADN circular cerrado ADN lineal
Una o dos moléculas de ADN Muchas moléculas de ADN
NO nucleolos Uno o más nucleolos
Transcripción y Traducción simultánea Eventos separados
NO modificaciones postranscripción Modificaciones postranscripción
Genes dispuestos en operones Ausencia de operones
Todas las células comparten dos características esenciales:
• La presencia de una membrana externa
• El material genético que regula las actividades celulares y la herencia
Un átomo es la unidad más pequeña que retiene las
propiedades de un elemento.
Los átomos al ganar o perder electrónes presentan
carga.
Los átomos presentan isótopos que difieren en el numero
de neutrones.
Condiciones de Esencialidad
• La ingesta insuficiente provoca deficiencias funcionales,
reversibles si el elemento vuelve a estar en las
concentraciones adecuadas.
• Sin el elemento, el organismo no crece ni completa su
ciclo vital.
• El elemento influye directamente en el organismo y está
involucrado en sus procesos metabólicos.
• El mismo efecto en el organismo no puede ser
conseguido por ningún otro elemento.
Unos pocos elementos constituyen el mayor
porcentaje de la masa de los seres vivos
Cerca del 65% de
tu peso esta dado
por átomos de
oxígeno.
ELEMENTO Símbolo Rol Biologico
Azufre (S) Important in protein structure: Sulfide bonds are strong.
Calcio (Ca) Bone; muscle contraction
Carbono (C) Constituent(backbone) of organic molecules
Cloro (Cl) Digestion and photosynthesis
Cobre (Cu) Part of Oxygen-carrying pigment of mollusk blood.
Flúor (F) For normal tooth enamel development
Fósforo (P) High energy bond in ATP.
Hidrogeno (H) Part of water and all organic molecules
Hierro (Fe) Hemoglobin, oxygen caring pigment of many animals
Iodo (I) Part of thyroxine (a hormone)
Magnesio (Mg) Part of chlorophyll.
Manganeso (Mn) Essential to some enzyme actions.
Nitrógeno (N) Constituent of all proteins and nucleic acids.
Oxigeno (O) Respiration; part of water; and in nearly all organic molecules.
Potasio (K) Generation of nerve impulses.
Selenio (Se) For the working of many enzymes.
Sílice (Si) Diatom shells; grass leaves.
Sodio (Na) Part of Salt; nerve conduction
Zinc (Zn) Essential to alcohol oxidizing enzyme.
El carbono es un átomo muy versátil.
Presenta 4 electrones desapareados en su
última capa
Al interactuar con otros elementos puede formar
enlaces covalentes
Formula estructural
Modelo de esferas-varas
Modelo espacial
Estructura del agua
• 2 Hidrógenos y 1
Oxígeno formando
enlaces covalentes
• Distribución asimétrica
de sus electrones
• Molécula polar
• Interacciones dipolo-
dipolo esta dada por
puentes de hidrógeno.
Propiedades del agua
1. Acción disolvente
2. Elevada fuerza de
cohesión
3. Elevada fuerza de
adhesión
4. Gran calor específico
5. Elevado calor de
vaporización
Líquido casi incomprensible.
Protección ante los cambios
de temperatura
Funciones del agua
1. Soporte o medio donde ocurren las reacciones
metabólicas
2. Amortiguador térmico
3. Transporte de sustancias
4. Lubricante, amortiguadora del roce entre órganos
5. Favorece la circulación y turgencia
6. Da flexibilidad y elasticidad a los tejidos
7. Puede intervenir como reactivo en reacciones del
metabolismo
Osmosis Difusión pasiva caracterizada por el paso del agua ( disolvente )
a través de la membrana semipermeable desde la solución más
diluida ( hipotónica ) a la más concentrada (hipertónica ),
Homeostasia Regulación de niveles hídricos
• Consumo es influenciado por
disponibilidad y necesidad
Independiente del agua que
ingerimos o se produce en
metabolismo el organismo
mantiene una cantidad aprox 70%
del peso total.
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Cantidades en ml
Oxidación de 100 g de carbohidratos 55 ml de Agua
Oxidación de 100 g de grasa 107 ml de Agua
Oxidación de 100 g de proteínas 41 ml de Agua
El volumen de agua metabólica varia dependiendo del individuo
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Funciones de las Sales minerales
Sales insolubles en agua:
Forman estructuras sólidas:
Esqueleto interno de vertebrados: fosfatos, cloruros, y carbonatos de
calcio
Caparazones de carbonato cálcico de crustáceos y moluscos.
Endurecimiento de células vegetales, como en gramíneas.
Otolitos del oído interno, formados por cristales de carbonato cálcico
Sales solubles en agua.
Se encuentran disociadas en sus iones que son los responsables de
su actividad.
Funciones catalíticas. Cofactores enzimáticos
Funciones osmóticas. distribución de agua, generación de gradientes
electroquímicos, potencial de membrana y sinapsis neuronal.
Función tamponadora.
La composición iónica del líquido intracelular vs líquido
extracelular.
El medio interno es rico en K+ y Mg++, y fosfato como anión
principal,
Líquido extracelular contiene principalmente Na+ y Ca++, y Cl-
como anión principal.
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Sodio (Na+). Es el principal catión extracelular; se encuentra asociado al cloruro y al bicarbonato. Tiene como función regular el equilibrio ácido base, mantener la presión osmótica de los líquidos y preservar la excitabilidad y permeabilidad celular.
Potasio (K+). Es el principal catión intracelular; tiene gran
influencia sobre la actividad muscular, especialmente
sobre el miocardio. Al igual que el sodio, participa en la
regulación del equilibrio ácido base y la presión osmótica
intracelular.
Cloruro (Cl-). En combinación con el sodio es esencial en
el equilibrio ácido base y acuoso; en el jugo gástrico
participa en la formación de ácido clorhídrico.
Fosfato y amonio (PO4-3 y NH4
+ ) Tienen importancia en
el equilibrio ácido base, así como en los mecanismos
compensadores que se verán más adelante.
La escala de pH
describe la acidez
de una solución
El pH de la sangre es
de 7,4 y esta dado por
la concentración de
CO2
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