INNOVACIONES BIOLÓGICAS

Origen y Evolución de las CélulasLas células se dividen en dos clases principales, inicialmente definidas según

donde situarán el material genético.

a) Las procariontes carecen de carioteca, son generalmente más pequeñas y simples, su genoma es menos complejo y no contienen orgánulos ni citoesqueleto.

a) Las eucariontes, poseen carioteca, son de mayor tamaño, más complejas y contienen orgánulos y citoesqueleto.

Origen y Evolución de las CélulasLa Primera Célula

En 1920 se sugirió que moléculas orgánicas simples podrían polimerizar espontáneamente y formar macromoléculas bajo condiciones que se pensaba que existían en la atmósfera primitiva.

En el momento que surgió la vida, la atmósfera de la Tierra se que contenía poco o nada de oxígeno libre, constando principalmente de CO2 y N2 además de pequeñas cantidades de H2 , H2S y CO.

Tal atmósfera proporciona condiciones reductoras en las que las moléculas orgánicas, con una fuente de energía como la luz solar o descargas eléctricas, se pueden formar espontáneamente.

La formación espontanea de las moléculas orgánicas fue demostrada por el experimento de Miller en los años 50.

Origen y Evolución de las CélulasEl siguiente paso en la evolución fue la formación de

las macromoléculas.

Se ha demostrado que los bloques nanoméricos que constituyen las macromoléculas se polimerizan espontáneamente bajo condiciones prebióticas.

Pero la característica fundamental de la macromolécula de la que surgió la vida debe tener la habilidad de replicarse por sí misma.

Solamente una macromolécula capaz de dirigir la síntesis de nuevas copias de sí misma sería capaz de reproducirse y evolucionar.

Origen y Evolución de las CélulasDe las dos clases principales de macromoléculas que

aportan información en las células actuales (ácidos nucleicos y proteínas), sólo los ácidos nucleicos son capaces de dirigir su propia replicación.

A principios de los 80, se descubrió que el ARN es capaz de catalizar numerosas reacciones químicas, incluyendo la polimerización de nucleótidos.

El ARN es el único capaz de servir como molde y catalizar su propia replicación. Como consecuencia, se cree que el ARN ha sido el sistema genético inicial.

Las interacciones entre el ARN y los aminoácidos evolucionaron a lo que hoy es el código genético, y eventualmente el ADN reemplazó al ARN como el material genético.

Origen y Evolución de las CélulasLa primera célula, se supone,

surgió de la envoltura del ARN de replicación propia en una membrana compuesta por fosfolípidos (componentes básicos de todas las membranas biológicas).

La envoltura del ARN autorreplicante y las moléculas asociadas a una membrana lipídica se han mantenido como una unidad, capaz de reproducirse así misma y evolucionar.

Origen y Evolución de las CélulasEvolución del Metabolismo

Debido a que las células se originaron en un mar de moléculas orgánicas, éstas eran capaces de obtener alimento y energía directamente de su ambiente.

Esta situación era limitante, por lo que la células necesitaron evolucionar sus propios mecanismos de creación de energía y sintetizar las moléculas necesarias para su replicación.

La creación y la utilización controlada de la energía metabólica es primordial para todas las actividades celulares y los procesos principales de metabolismo energético se han conservado en las células actuales.

Origen y Evolución de las CélulasLos mecanismos utilizados por las células para generar ATP han evolucionado en tres

etapas, correspondientes a la evolución de la glicólisis, fotosíntesis y metabolismo oxidativo.

Glicólisis C6H12O6 2C3H6O3 [genera 2 ATP](glucosa) (ác. Láctico)

Fotosíntesis 6CO2 + 6H2O + energía C6H12O6 + 6O2

(glucosa)

Metabolismo oxidativoC6H12O6 + 6O2 6 CO2 + 6H2O [genera 36-38 ATP](glucosa)

El desarrollo de estos procesos metabólicos cambió la atmósfera de la Tierra, alterando el curso de la evolución.

Origen y Evolución de las CélulasEn la atmósfera anaerobia inicial de la Tierra, las primeras reacciones generadoras de

energía presumiblemente implicaron la escisión de moléculas orgánicas en ausencia de oxígeno.

Estas reacciones parecen ser una forma de la actual glicolisis.

El desarrollo de la fotosíntesis fue el siguiente paso más importante de la evolución, que permitió a la célula generar energía a partir de la luz solar y ser independientes de la utilización de moléculas orgánicas ya existentes.

El uso de H2O en reacciones fotosintéticas produce O2 libre, se cree que este mecanismo ha sido el responsable de hacer a la atmósfera de la Tierra tan abundante en O2.

La liberación de oxígeno como consecuencia de la fotosíntesis cambió el medio en el que las células evolucionaron y se cree que determinó el desarrollo del metabolismo oxidativo.

Alternativamente el metabolismo oxidativo podría haber evolucionado antes que la fotosíntesis , y el aumento del oxígeno atmosférico proporcionaría una ventaja selectiva a los organismos capaces de utilizarlo.

Origen y Evolución de las CélulasOrigen de los Eucariontes

- 1ºs restos fósiles Eucariontes: -1800 –1500 MA- Proceden de Procariontes Heterótrofos Anaerobios, que hacian

fagocitosis

Factores claves en la aparición de células Eucariontesa) A partir de un procariota que aumento de tamaño b) Aumento de la superficie celular la membrana se pliegaal hacer

fagocitosis, los pliegues se separan y forman las endomembranas.c) Las endomembranas se especializan y originan orgánulos.d) Aparece CITOESQUELETOe) El urcariota se asocia en SIMBIOSIS con algunos procariontes

(ENDOSIMBIONTES, BACTERIANOS O PROCARIONTES)

SISTEMAS FISICO-QUÍMICO(Asociación de moléculas)

SISTEMAS BIOLÓGICO(CÉLULAS)

Muy difícil de explicar

PROTOBIONTE 3.800 M.a

PROGENOTA

ARQUEBACTERIAS URCARIOTAAntecesor

EUBACTERIAS

EUCARIONTESCIANOBACTERIAS

EUBACTERIASEUC.ANIMAL EUC. VEGETAL

3 líneas evolutivas

Fosf. Oxid.Fotosint.

•1ªs CÉLULAS

•OTRAS CÉLULAS

AutóHeterótrofos fermentadores anaerobiosNutriente: M.O. Disuelta en sopa primitivaEnorme proliferaciónautotrofos QuimiosintéticosNutrientes, M.I. Del caldo primitivoPermite independencia

•AGOTAMIENTO NUTRIENTES ORGÁNICOS PROLIFERACIÓNCOMPETENCIA Y SELECCIÓN

DESAPARECIERONSUPERVIVENCIA

•LYNN MARGULIS => Teoría endosimbiótica del orgien de los eucariontes. (1970)

EUCARIONTES Por simbiosis entre PROCARIONTES.RADHEY GUPTA

A) Algún urcariota incormpora a procariontes que eliminan tóxicos que aparecen por el O2. Dan lugar a los PEROXISOMAS.B) El urcariota se asocia con BACTERIAS ROJAS o PÚRPURAS que hacían RESPIRACIÓN AERÓBICA. Urcariota Obtiene mas ATP

Bacteria Entorno estable y seguro

Se originan células con MITOCONDRIAS

Precursoras de hongos y animales

C) Algunas de estas después se asocian con CIANOBACTERIAS. Aparecen celulas con MITOCONDIRAS + CLOROPLASTOS Células vegetales

D) Origen del núcleo => INCIERTO, sin datos claros.

SUPOSICIÓN = Una Arqueobacteria fue Fagocitada y su ADN se fusionó con el del Urcariota. ( o un Procarionte)

PROCARIONTE (URCARIONTE) BACT. AERÓBICA (RESPIRACIÓN) ARQUEBACTERIAS

EUCARIONTE