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Innovaciones biológicas Innovaciones biológicas Presentation Transcript

  • INNOVACIONES BIOLÓGICAS
    • Las células se dividen en dos clases principales :
    • a) Las eucariontes , poseen carioteca, son de mayor tamaño, más complejas y contienen orgánulos y citoesqueleto.
    Evolución Celular
  • Evolución Celular
    • b) Las procariontes carecen de carioteca, son generalmente más pequeñas y simples, su genoma es menos complejo y no contienen orgánulos ni citoesqueleto.
    • El Génesis Celular
    • 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.
    • El siguiente paso en la evolución fue la formación de las macromoléculas.
    • Se ha demostrado que los bloques nanoméricos que constituyen las macromoléculas lograron ser auto catalizadas y auto replicativas.
  • Origen y Evolución de las Células
    • De 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 Células
    • La compleja estructura de las células Eucarionte en conjunto con la evidencia de restos fósiles, sugiere que los Procarionte son predecesor a las células Eucarionte, cerca de más de 1.0 a 2.0 mil millones de años. La noción de que las células Eucarionte evolucionaron a partir de simples formas de organismos Procarionte se basa en las numerosas moléculas que son comunes o que están relacionadas entre ellas.
  • Origen y Evolución de las Células
    • La 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 Células
    • Estudios han establecido que algunos organelos de las células Eucarionte , ( mitocondrias y cloroplastos), tienen relaciones evolutivas con ciertos grupos de los Procariontes ( aeróbicas y cianobacterias ).
    oxifotobacterias (algas vedeazules).
    • Se cree que estos organelos evolucionaron a partir de antecesores Procarionte que fueron capturado por células de dimensiones mayores llamada hospedadora formando en conjunto una endosimbiosis .
    • Sin embargo, el origen del núcleo el cual marca el comienzo de las células Eucarionte presenta algunos puntos aún sin resolver .
    • Basados en estudios microscopio electrónico se desarrollo la hipótesis endosimbiótica del origen del núcleo . En una primera instancia se produjo la captura de una Arqueobacteria llamada Eocito (huésped), por una Eubacteria Gram negativa , (hospedador), presumiblemente sin su pared celular.
    • Cuando surgieron las primeras células Procarionte estas se encontraban en ambientes ricos en nutrientes y las reacciones metabólicas eran poco necesarias.
    • Luego los recursos se agotaron , los que habían desarrollado sistemas enzimáticos para fabricar moléculas orgánicas en procesos metabólicos predominaron.
    • Los mecanismos utilizados por las células para generar ATP han evolucionado en tres etapas, correspondientes a la evolución:
    • Glicólisis
    • C 6 H 12 O 6    2C 3 H 6 O 3 [genera 2 ATP]
    • (glucosa) (ác. Láctico)
    • Fotosíntesis
    • 6CO 2 + 6H 2 O + energía    C 6 H 12 O 6 + 6O 2
    • (glucosa)
    • Metabolismo oxidativo
    • C 6 H 12 O 6 + 6O 2    6 CO 2 + 6H 2 O [genera 36-38 ATP]
    • (glucosa)
    • El desarrollo de estos procesos metabólicos cambió la atmósfera de la Tierra, alterando el curso de la evolución.
    • En 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 debieron ser similares a 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.
    • Por lo tanto, la fotosíntesis, fermentación y fijación de nitrógeno atmosférico en las proteínas , presentaron una mayor adaptación produciendo aumento en sus poblaciones.
    • Los registros indican que este Procarionte era del tipo de las cianobacterias , que son microorganismo fotosíntetizadores.
    • Estas células recurren a la energía de la luz solar para extraer de las moléculas de agua el hidrógeno para la construcción de moléculas más complejas, dejando libre como sub-producto el oxígeno molecular.
    • Este aumento produjo cambios paulatinos en la composición de la atmósfera terrestre, hace unos 2.0 mil millones de años comienza a aumentar el oxígeno atmosférico y cerca de los 1.5 mil millones de años se produce la estabilización de esta molécula, (aumentando de 1% a 21% en la atmósfera terrestre de la actualidad).
    • Por lo tanto el uso de H 2 O en reacciones fotosintéticas con la posterior producción O 2 libre , ha sido el mecanismo responsable de hacer a la atmósfera de la Tierra sea tan abundante en O 2 .
    • Recordemos que el oxígeno es altamente reactivo y debió ser tóxico para muchos organismos primitivos.
    • Los organismos anaeróbicos , en un ambiente rico en oxígeno vieron peligrar su supervivencia , muchos de ellos encontraron la capacidad de respirar y otros buscaron nichos anóxicos.
    • 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.
    • Pero la utilización del oxígeno por los organismos produjo un aumento de las células Eucariontes y sus capacidades metabólicas ayudando a las células a aumentar el volumen celular y por ende, su tamaño.
  • REGISTROS FOSILES EN LA EVOLUCION TEMPRANA DE EUCARIONTES
    • Los fósiles son el documento que prueba la historia evolutiva de organismos biológicos. La preservación de fósiles se facilita por la mineralización de estructuras duras y de compuestos orgánicos que resisten la degradación.
    • Utilizando las secuencias de RNA ribosomal , descubrieron que los Procarionte formaban dos distintos grupos filogenéticos
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    • Así, la vida en la Tierra compromete tres dominios celulares: Eubacterias (bacterias), Archaea (Arqueobacterias) y Eucarya (Eucariontes) .
    • Las secuenciación de proteínas que interviene en el transporte a través de las membranas, sugiere que el ancestro de los Eucarionte fue la unión de un Eocito (Arqueobacteria) y una Eubacteria Gram-negativa.
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  • Origen de los Eucariontes
    • 1º s restos fósiles Eucariontes: -1800 –1500 MA
    • Proceden de Procariontes Heterótrofos Anaerobios, que hacían fagocitosis
    • Factores claves en la aparición de células Eucariontes
    • A partir de un procariota que aumento de tamaño
    • Aumento de la superficie celular la membrana se pliega al hacer fagocitosis, los pliegues se separan y forman las endomembranas.
    • Las endomembranas se especializan y originan orgánulos.
    • Aparece CITOESQUELETO
    • El urcariota se asocia en SIMBIOSIS con algunos procariontes (ENDOSIMBIONTES, BACTERIANOS O PROCARIONTES)
    • 1.- Teoría Autógena: Esta Teoría asume que las células Eucarionte se formaron directamente de un antecesor Arqueobacterial mediante la compartimentalización de diferentes funciones producto de EVOLUCION CELULAR.
    • El origen de las células Eucariontes por invaginaciones de la membrana plasmática. Esta Teoría funciona bien para poder explicar la formación del sistema de endomembranas que esta compuesto por retículo endoplasmático , Golgi y la membrana nuclear , además de organelos como los lisosomas. Pero NO explica la formación de las mitocondrias y cloroplasto que presentan una doble membrana.
    • 2.- Teoría Endosimbiótica: Lynn Margulis planteó la Hipótesis Endosimbiótica en su libro "Origin of Eukaryotic Cells" publicado en1970.
    • La Teoría Endosimbiótica pone enfasis en que las células Eucarionte evolucionaron no por mutaciones genéticas sino por la fusión entre una Eubacteria Gram-negativa y una Arqueobacteria "Eocito" y ambos grupos contribuyeron a la formación del genoma nuclear
    • Ambas Teorías no son excluyentes para la evolución de los Eucariontes. La protoEucarionte al aumentar su volumen permitió la modificación de la membrana plasmática ampliando su capacidad de cambiar de forma y permitiendo estar en contacto directo con su alimento.
    • Con la pérdida de la pared celular, la célula presentó una membrana flexible con muchos ribosomas adosados que les permitió sintetizar enzimas digestivas que eran liberadas al exterior.
    • El crecimiento de la célula mediante la división de las membranas produjeron ondulaciones y permitieron que la célula alcanzara mayor tamaño.
    • Los pliegues aumentaron la superficie de absorción del alimento y debido al plegamiento de la membrana se formaron islotes estrechos en los cuales las elevadas concentración de enzimas digestivas ayudaron a ser más eficiente la digestión de los nutrientes.
    • La aparición de los elementos citoesqueletales , constituidos por fibras y microtúbulos , proporcionó el sostén para la célula en crecimiento y la capacitó para flexionar la membrana externa y trasladar los alimentos a su interior.
    • La célula en estas condiciones aprendió a engullir macromoléculas y digerirla en su interior .
    • Los precursores de los peroxisomas pudieron ser los primeros Procarionte engullidos, ya que eran necesarios para detoxificar compuestos originados por una atmósfera cada vez mas rica en oxígeno.
    • Los precursores de las mitocondrias mostraban una mayor eficacia para la protección de la célula hospedadora frente la o xígeno y dotaron a éstas de la capacidad de generar trifosfato de adenosina (ATP), molécula rica en energía .
    • El desarrollo de peroxisomas y mitocondrias permitió en algunas de estas células incorporar bacterias endosimbiontes fotosíntetizadoras que se transformaron en los cloroplastos (centros productores de energía utilizando la luz solar).
    • Aunque estas Teorías explican algunos de los acontecimientos que posiblemente ocurrieron para formar las células Eucarionte, ellos no explican el origen del axonema 9+2 de los flagelos/cilios.
    Microtúbulo
    • FILOGENIA: Origen evolutivo de las células Eucarionte
    • La sistemática molecular ha ayudado a decifrar el origen de las células Eucarionte. La estructura filogenética puede deducirse al comparar moléculas que han variado poco a través del tiempo, tales como RNA de la subunidad pequeña y grande del ribosoma. A diferencia del modelo tradicional de los "Cincos Reinos“ (plantas, animales, hongos, protistas, bacterias), los estudios moleculares definen tres ramas o líneas primarias de descendencia celular:
    • · Eubacteria
    • · Arqueobacteria
    • · Eucarionte
  • SISTEMAS FISICO-QUÍMICO (Asociación de moléculas) SISTEMAS BIOLÓGICO (CÉLULAS) Muy difícil de explicar PROTOBIONTE  3.800 M.a PROGENOTA ARQUEBACTERIAS URCARIOTA Antecesor EUBACTERIAS EUCARIONTES CIANOBACTERIAS EUBACTERIAS EUC.ANIMAL EUC. VEGETAL 3 líneas evolutivas Fosf. Oxid. Fotosint.
    • 1ª s CÉLULAS
    • OTRAS CÉLULAS
    AutóHeterótrofos fermentadores anaerobios Nutriente: M.O. Disuelta en sopa primitiva Enorme proliferación autotrofos Quimiosintéticos Nutrientes, M.I. Del caldo primitivo Permite independencia
    • AGOTAMIENTO NUTRIENTES ORGÁNICOS
    PROLIFERACIÓN COMPETENCIA Y SELECCIÓN DESAPARECIERON SUPERVIVENCIA
    • 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 O 2 . 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