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Origen de la vida

Universo ……. El polvo estelar, bajo la influencia de la gravedad, forma nuevas estrellas y planetas. Se postula que hace unos 14.000.000.000 años, hubo una explosión de materia hipercondensada (Big-Bang), que dio origen al universo actual, el cual está en constante cambio, posibilitando la combinación compleja de elementos básicos en ciclos de intercambio de materia y energía bajo una coordinación basada en información molecular => vida autoreplicable, sujeta a evolución biológica adaptativa.

En la Tierra …….

Los ciclos de materia y energía a nivel cósmico se desarrollan bajo una escala de tiempo que ha posibilitado la evolución de la materia hacia estados que favorecieron la aparición de la vida en la Tierra, que ocurrió hace poco más de 4.5x109 años.

¿Cómo surge la vida?

Teoría de la generación espontánea Aristóteles (300 ac) La teoría de la generación espontánea (también conocida como arquebiosis o abiogénesis) es una antigua teoría biológica que sostenía que ciertas formas de vida (animal y vegetal) surgen de manera espontánea a partir ya sea de materia orgánica, inorgánica o de una combinación de las mismas.

Refutación

Francisco Redi 1668 (médico)

Louis Paster 1862

Lazzaro Spallanzani 1769

Nacimiento de la Biología Celular Teoría Celular Golpe mortal a la Teoría de la Generación Espontánea

Confirmación de la Teoría celular Louis Pasteur 1862

El Botánico Matthias Schleiden 1838

1- Todo ser vivo está formado por una o más células. 2- La célula es lo más pequeño que tiene vida propia: es la unidad anatómica y fisiológica del ser vivo.

El Zoólogo Theodor Schwann 1839

3- Toda célula procede de otra célula preexistente. 4- El material hereditario pasa de la célula madre a las hijas.

Teoría celular: Postulados modernos

Teorías del origen de la vida

• Panspermia (Arrhenius, Suecia 1908) La vida llegó a la Tierra desde el espacio exterior en forma de esporas y bacterias.

• Evolución química o prebiótica (Oparin, Rusia y Haldane, Gran Bretaña 1922) La atmósfera primitiva era reductora: H2, CH4, NH3, CO2, H2O. La radiación, mediante su acción fotoquímica pudo haber contribuido a que la atmósfera fuese rica en moléculas reactivas y alejadas de su equilibrio químico.

Evolución química o prebiótica

• ¿Cómo surgieron las biomoléculas? • ¿Cómo estas biomoléculas “aprendieron” a interaccionar entre sí y a organizarse? • ¿Cómo surgieron las primeras células- o la primera estructura “viva”- a partir de moléculas orgánicas? • Cómo se desarrollaron las primeras células, para construir el extraordinario abanico de formas vivas que hoy conocemos?

Por ejemplo, el formaldehído y el cianuro de hidrógeno en solución acuosa sufren rápidamente reacciones posteriores, generando compuestos representativos de las principales moléculas orgánicas.

Existió la ventaja de que podía ocurrir en un espacio muy grande, en variadas condiciones y en un tiempo muy prolongado.

En condiciones prebióticas se pueden formar moléculas biológicas

• Los primeros polímeros pudieron formarse por calentamiento de compuestos orgánicos secos o por catálisis de polifosfatos inorgánicos. • Una vez formado un polímero puede influir sobre reacciones químicas posteriores actuando como catalizador. • El origen de la vida requirió que al menos algunas de estas moléculas tuvieran una propiedad crucial: catalizar directa o indirectamente su propia producción.

Pueden producirse polímeros: polinucleótidos y polipéptidos

• Los polipéptidos son los mejores catalizadores conocidos por su diferentes formas tridimencionales, pero estos no se autorreplican. •Los polinucleótidos son capaces de dirigir su propia síntesis por apareamiento complementario y algunos tienen capacidad catalizadora. patrón

•Algunas moléculas especializadas de RNA pueden catalizar reacciones bioquímicas

• La información fluye desde polinucleótidos a los polipéptidos

Las membranas definieron la primera célula

El confinamiento de un RNA mejorado, capaz de producir una proteína más útil, ayudara en la formación del mismo RNA.

Protocélula

Cronocito

El descubrimiento de la célula Robert Hooke (Reino Unido, 1635-1703) observando al microscopio comprobó que en los seres vivos aparecen unas estructuras elementales a las que llamó células (hueco). Fue el primero en utilizar este término.

Dibujo de R. Hooke de una lámina de corcho al microscopio

La historia del estudio de la célula

Células….. • Desde el punto de vista físico, las células pueden considerarse como unos conjuntos complejos de moléculas orgánicas que se auto organizan y auto replican, que son capaces de intercambiar energía y materia con su entorno (sistemas abiertos), gracias a unas reacciones orgánicas consecutivas catalizadas por enzimas y que funcionan a base de una máxima economía de materiales y de procesos.

Excepciones

VIRUS…..  Son formas acelulares  Formados por un ácido nucleico ADN Bacteriófagos (bacterias) ARN Retrovirus (virus del sida) Virus HerpesCapsómeros ADNProteínas

Helicoidal Icosaedrico Mixto

 A veces llevan envoltura  Tamaño menor que las bacterias (entre 30 a 300nm)  Carecen de metabolismo  No se nutren ni se relacionan  Parásitos obligados de células vivas (fuera de la célula se denominan  viriones) Están especializados en células hospedarias (procarionte y eucarionte

Evolución celular

Paso de célula procarionte a eucarionte (2.000 millones de años)

Hipótesis cariogénica (origen del núcleo)

La Hipótesis cariogénica explica: •

La doble membrana nuclear

• Que el citoplasma y el núcleo sean espacios topológicamente equivalentes • Que durante la mitosis la membrana del núcleo se disgregue en pequeñas vesículas, mezclándose núcleo y citoplasma

¿origen de los organelos?

Teoría endosimbiótica Lynn Margulis, 1981

Eucariótica ancestral anaeróbica

cianobacteria

Eubacteria aeróbica

Procariontes y eucariontes

Procarionte - Pro: antes carionte: núcleo - Microorganismos unicelulares. - Organización simple, carecen de núcleo. - Tienen una gran importancia en la naturaleza, pues están presentes en los ciclos naturales del nitrógeno, del carbono, del fósforo. - Muy importantes en las fermentaciones aprovechadas por la industria y en la producción de antibióticos. - Desempeñan un factor importante en la degradación de plantas y animales muertos. - Su tamaño promedio está entre 1 a 10 micrones aprox. - Puede tener formas básica: Esférica , Bastón, etc

-Habitats : viven en todos los ambientes: acuático, terrestre y en organismos

ESTROMATOLITOS (Restos de fósiles de Cianobacterias)

Son rocas de origen biológico, representan la evidencia más temprana de vida en la Tierra (fósiles datan de hace 3.500 millones de años).

-Reproducción : se reproducen por fisión o bipartición.

Clasificación

1- Morfología

2- Fuente nutricional Autotróficas: • Quimioautótrofas: usan compuestos inorgánicos reducidos como fuente de energía y el CO₂ como fuente carbono. • Fotoautótrofo: utilizan la luz como fuente de energía y el CO₂ como fuente de carbono

Heterotróficas: • Fotoheterótrofo: usa la luz como fuente de energía y compuestos orgánicos como fuente de carbono. • Quimioheterótrofo: usan un compuesto orgánico como fuente de carbono y como fuente de energía.

3- Pared celular • Gram +

• Gram -

4- Dependencia de oxígeno • Aeróbicas • Anaeróbicas : -facultativas -estrictas

5- Grado de toxicidad • Patógenas (oportunistas) enfermedades • No patógenas o benéficas Microbiota bacteriana

6.- Movilidad : Algunos de ellas se movilizan por la presencia de flagelos. A) Monótricas

C) Perítricas

B) Lofótricas

Estructura     

Cápsula Pared celular Membrana plasmática Lamelas o laminillas (fotosíntesis) Mesosoma

    

Flagelo bacteriano Pili o fimbrias Cromosoma procarionte Protoplasma Inclusiones

Cápsula : envoltura más externa de las cél. patógenas, formada por una malla de polisacáridos, rellena de polipéptidos. Función : intercambio, defensa, adherencia Pared Celular : envoltura, rígida, delgada y conformada por peptidoglicanos y glicolípidos. Función: da forma, barrera contra antibióticos. Lamelas o laminillas : repliegues membranosos (invaginaciones) que contienen pigmentos o elementos respiratorios: Función : aumentar superficie interna. Mesosoma : repliegues membranosos (invaginaciones) en los cuales se ancla el material genético. Función : permite la separación de nucleoides. Fimbrias : apéndices rígidos en forma de tubos cortos y de origen proteicos (Función : adherencia ) Pili : apéndice más largo que las fimbrias pero más cortos que los flagelos, función intercambio material genético (plasmidios).

Inclusiones: gránulos de almacenamiento = polifosfato, azufre, polihidroxibutirato (PHBs), glucógeno. Vesículas de gas – flotación

Eucarionte • Eu: verdadero carionte: núcleo • Son más grandes y complejos que los procariontes • Tamaño rango promedio es de 10 a 100 µm • Pueden ser uni o pluricelulares • Posee un núcleo definido • Posee organelos • Forma variable: similares a cuerpos geométricos o similares a figuras conocidas

Eucariontes : organelos Centriolos: intervienen en la división celular y en el movimiento de la célula.

Mitocondrias: responsables de la respiración celular, con la que la célula obtiene la energía necesaria.

Núcleo: contiene la instrucciones para el funcionamiento celular y la herencia en forma de DNA.

Ribosomas: responsables de la fabricación de proteínas

Lisosomas: vesículas donde se realiza la digestión celular.

Retículo: red de canales donde se fabrican lípidos y proteínas que son transportados por toda la célula. Vacuolas: vesículas llenas de sustancias de reserva o desecho.

Aparato de Golgi: red de canales y vesículas que transportan sustancias al exterior de la célula.

CÉLULA EUCARIOTA ANIMAL CÉLULA EUCARIOTA VEGETAL

Comparación de estructuras en células animales y vegetales Célula animal típica

Célula vegetal típica

Estructuras básicas

Membrana plasmática Citoplasma Citoesqueleto

Membrana plasmática Citoplasma Citoesqueleto

Orgánelos

Núcleo (con Nucleolo) Retículo endoplasmático rugoso Retículo endoplasmático liso Ribosomas Aparato de Golgi Mitocondria Vesículas Lisosomas Centrosoma (con Centriolos) Microcuerpos (Peroxisomas)

Núcleo (con Nucleolo) Retículo endoplasmático rugoso Retículo endoplasmático liso Ribosomas Aparato de Golgi Mitocondria Vesículas Lisosomas Vacuola central (con Tonoplasto) Plastos (Cloroplastos, Leucoplastos, Cromoplastos) Microcuerpos (Peroxisomas, Glioxisomas)

Estructuras adicionales

Flagelo Cilios

Pared celular Plasmodesmos

Características de los seres vivos

Niveles de organización



Catabolismo

METABOLISMO:

Anabolismo

Reflejos Tactismos Tropismos

ADAPTACIÓN:

REPRODUCCIÓN: