Tema 6 La Célula: origen de la vida, teoría celular y genética molecular

El origen de la vida

El Universo habría comenzado con una gran explosión o "Big Bang". Antes de esta explosión, probablemente toda la energía y la materia se encontraban en forma de energía pura, comprimida en un punto. Según este modelo, a medida que el Universo se expandió, su temperatura descendió y la energía se fue convirtiendo en materia. Primero habrían aparecido las partículas subatómicas, los neutrones y los protones, luego se habrían combinado formando los núcleos atómicos. Más tarde cuando la temperatura descendió aún más, la carga positiva de los protones habría atraído a los electrones, cargados negativamente, y se habrían formado los primeros átomos.

Hace unos 4.600 millones de años, una condensación de gas y polvo habría comenzado a formar el Sistema Solar. Al enfriarse la Tierra primitiva, los materiales más pesados se habrían reunido en un denso núcleo central y en la superficie se formó una corteza. Se postula que la atmósfera estaba formada principalmente por hidrógeno y helio, que pronto escaparon al espacio y fueron reemplazados por los gases presentes en las emanaciones volcánicas y el agua en estado de vapor proveniente del interior del planeta. Al bajar aún más la temperatura, el agua se condensó y formó los océanos.

Toda la vida que existe en el planeta habita un área denominada biosfera que abarca toda la superficie terrestre, y se extiende entre 8 y 10 kilómetros hacia el espacio y otro tanto hacia las profundidades del mar.

• El primer conjunto de hipótesis contrastables acerca del origen de la vida fue propuesto por A. I. Oparin y J. B. Haldane, quienes postularon que la aparición de la vida fue precedida por un período de evolución química.
• La evolución química habría sido seguida por la evolución prebiológica de los sistemas plurimoleculares. La complejidad siguió aumentando y condujo a la aparición de un metabolismo sencillo.
• Cualquier forma ancestral de vida necesitó un rudimentario "manual de instrucciones" que pudiera ser copiado y transmitido de generación en generación. Esta característica es un requisito esencial para que ocurra el cambio evolutivo.
• Uno de los mayores desafíos de la investigación sobre el origen de la vida es encontrar una explicación posible acerca de la aparición y vinculación del DNA, el RNA y las proteínas. La idea más aceptada es que el RNA habría sido el primer polímero que realizó las tareas que el DNA y las proteínas llevan a cabo actualmente en las células.
• Posible camino evolutivo de sistemas simples autorreplicantes de moléculas de RNA hasta los sistemas presentes en las células actuales, en las cuales el DNA almacena la información genética y el RNA actúa como un intermediario en la síntesis de proteínas.
• En los inicios del proceso es posible que coexistieran una inmensa variedad de diferentes moléculas de RNA surgidas por errores de copia en su duplicación. Posteriormente, el RNA habría pasado a ejercer control sobre la síntesis de proteínas. En una etapa posterior, las proteínas habrían reemplazado al RNA en la función de acelerar las reacciones químicas. Mediante un proceso aún no esclarecido, la función de almacenar la información genética de gran parte de los organismos habría sido transferida del RNA al DNA, que es menos susceptible a la degradación química. Entre los ácidos nucleicos y las proteínas se habría desarrollado una compleja y cooperativa serie de interacciones de controles y equilibrios. Así, estos compuestos, en un proceso de autoorganización, habrían resultado complementarios.

Teoría celular

La vida se caracteriza por una serie de propiedades que emergen en el nivel de organización celular. La teoría celular constituye uno de los principios fundamentales de la biología y establece: La célula es la unidad morfológica, fisiológica y de origen de todo ser vivo

ROBERT HOOKE (1665)

Con sus observaciones postuló el nombre célula para referirse a los compartimentos que encontró en un pedazo de corcho, al observar al microscopio

ANTON VAN LEEUWENHOEK (1673)

Realizó observaciones de microorganismos de charcas, eritrocitos humanos, espermatozoides.

THEODOR SCHWANN (1839)

Postuló el primer concepto sobre la teoría celular . Las células son las parte elementales tanto de plantas como de animales.

RUDOLF VIRCHOW (1850)

Escribió: "Cada animal es la suma de sus unidades vitales, cada una de las cuales contiene todas las características de la vida. Todas las células provienen de otras células".

• Todos los organismos vivos están formados por una o más células
• Las reacciones químicas de un organismo vivo, tienen lugar dentro de las células.
• Las células se originan de otras células
• Las células contienen la información hereditaria de los organismos de los cuales son parte y esta información pasa de la célula progenitora a la célula hija.
• Todas las células comparten dos características esenciales:
  1. La primera es una membrana externa, la membrana celular -o membrana plasmática- que separa el citoplasma de la célula de su ambiente externo.
  2. La otra es el material genético -la información hereditaria- que dirige las actividades de una célula y le permite reproducirse y transmitir sus características a la progenie.

La célula

• Desde una perspectiva bioquímica, 4 características distinguen a las células vivas de otros sistemas químicos:
  1. la capacidad para replicarse generación tras generación;
  2. la presencia de enzimas , las proteínas complejas que son esenciales para las reacciones químicas de las que depende la vida, y
  3. una membrana que separa a la célula del ambiente circundante y le permite mantener una identidad química distinta.
  4. La posibilidad de evolucionar a partir de la producción de descendientes con variación.

Estructura de la célula procariota

citoplasma Plasmidos Nucleoide Membrana plasmatica Mesosomas cápsula Dendrites To next pared celular Direction of impulse Citoplasma membrana plasmática ribosomas Nucleus Pared celular pil Axon flagelo Material genetico Ribosomas

• Existen dos tipos fundamentalmente distintos de células:
  • Procariotas: el núcleo no separado del citoplasma
  • Eucariotas: el núcleo se separa del citoplasma por un doble membrana

Diferencias entre Células Eucariotas y Procariotas

Procariotas Eucariotas Procariotas Eucariotas Organismos Bacterias cianobacterias Protistas hongos plantas y animales Metabolismo Anaerobio aerobio Aerobio Orgánulos Pocos Muchos ADN Circular en citoplasma Cadenas en Núcleo ARN Síntesis en citoplasma Síntesis en Núcleo Citoplasma Sin citoesqueleto, ni transporte por vesículas Citoesqueleto, y transporte por vesículas División Cromosomas se enganchan a la membrana Se unen al huso mitótico Organización Unicelular Pluricelular

1. Material genético

• las procariotas: el material genético se encuentra en forma de una molécula grande y circular de DNA a la que están débilmente asociadas diversas proteínas,no está contenido dentro de un núcleo rodeado por una membrana, aunque está ubicado en una región definida llamada nucleoide .
• las eucarióticas, por el contrario, el DNA es lineal y está fuertemente unido a proteínas especiales. Dentro de la célula eucariótica, el material genético está rodeado por una doble membrana, la envoltura nuclear , que lo separa de los otros contenidos celulares en un núcleo bien definido.

2. Citoplasma

Se encuentra una gran variedad de moléculas y complejos moleculares.

• Tanto los procariotas como los eucariotas contienen complejosproteicosydeRNAllamadosribosomas que desempeñan una función clave en la unión de los aminoácidos individualesdurantelasíntesisde proteínas .
• En las células eucarióticas múltiples organelas, distintos compartimientos internos dentro del citoplasma. Entre las organelas se destacan:
  1. losperoxisomas querealizandiversas funciones metabólicas.
  2. las mitocondrias , centrales energéticas de las células y, en las algas y células vegetales, los cloroplastos , donde acontece la fotosíntesis.

1. La membrana celular

• En los procariotas está rodeada por una pared celular externaqueeselaboradaporlapropiacélula.
• Ciertas células eucarióticas, incluyendo las de las plantas y hongos, tienen una pared celular, aunque su estructura es diferente de la de las paredes celulares procarióticas. Otras células eucarióticas, incluyendo las de nuestros propios cuerpos y las de otros animales, no tienen paredes celulares.

4. Citoesqueleto

En las células eucarióticas, ciertas proteínas se organizan formando intrincadas estructuras que dan lugar a una especie de esqueleto interno, el citoesqueleto , que aporta sostén estructural y posibilita el movimiento celular.

5. El tamaño

Las eucarióticas habitualmente son de mayor tamaño que las procarióticas.

La célula procariota

Pared celular Membrana plasmática Ribosomas Nucleoide (región con DNA) 8

La célula eucariota

Envoltura nuclear Membrana celular Cromatina Nucléolo Núcleo Mitocondrio Citoesqueleto Vesícula de Golgi Ribosomas Complejo de Golgi Centriolos Retículo endoplasmico rugoso Lisosoma Peroxisoma Glucógeno Retículo endoplasmico liso Envoltura nucicar Núcleo Nucléolo Cromatina Membrana celular- Retículo endoplasmico rugoso Pared celular Pared de una célula adyacente Retículo endoplasmico liso Ribosomas Cloroplastos Plamodesmos Vacuola Membranas tilacoides Gránulos de almidón Citoesqueleto Peroxisoma Complejo de Golgi Mitocondria Vesicula de Golgi

• Unicelular (protistas) o pluricelular
  1. formando tejidos especializados
• Material genético (ADN) en Núcleo separado del citoplasma por una doble membrana
• Citoplasma: varios tipos de orgánulos

La membrana plasmática

• Es una capa continua que limita a la célula
• formadaporunabicapa lipídica,conproteínas inmersas en ella
  1. algunas de ellas permiten transporte específico

El Citoplasma

• Dentro de la membrana se encuentra el citoplasma, que contiene las enzimas y otros solutos de la célula.
• El citoplasma está atravesado y subdividido por un complejo sistema de membranas, el retículo endoplasmico
• En algunas áreas, el retículo endoplásmico está cubierto por ribosomas, que son las estructuras especiales sobre las cuales los aminoácidos se ensamblan en proteínas. También se encuentran ribosomas en otras partes del citoplasma.
• Los complejos de Golgi soncentrosde empaquetamiento o compactación de moléculas sintetizadas dentro de la célula.
• Los lisosomas y peroxisomas son vesículas en las cuales diferentes tipos de moléculas se degradan a constituyentes más simples que pueden ser utilizados por la célula o en el caso de productos de desecho, eliminados fácilmente.
• Las mitocondrias son el asiento de las reacciones químicas que suministran energía para las actividades celulares.
• El citoesqueleto:
  1. grupos de filamentos proteicos distribuidos en el hialoplasma