Tema 2 : El origen de la vida y su organización

1-El origen de la vidaSi aceptamos que el todos los componentes del Sistema Solar se formaron al mismo tiempo a partir de una nube de polvo primitiva, 4500 millones de años será también la edad de nuestro planeta. Algunas rocas sedimentarias con una edad de 3400 a 3200 millones de años contienen microfósiles similares a bacterias. Por lo tanto, sólo 1000 millones de años después de que se originase la Tierra ya existía sobre ella una vida primitiva

Las condiciones que existían antes de la aparición de los seres vivos sobre la Tierra eran muy diferentes de las actuales. La composición de la atmósfera primitiva de la Tierra era muy distinta de la actual. Se piensa que estaba formada fundamentalmente por una mezcla de:

Metano (CH4), Amoníaco (NH3), Hidrógeno (H2) y Vapor de Agua (H2O).

Al no haber Oxígeno, la atmósfera no era oxidante como la actual, sino reductora, y la falta de Ozono (O3) hacía posible que los rayos ultravioleta pudiesen atravesar la atmósfera.

En 1924 el bioquímico ruso A.I. Oparin y en 1929 el inglés J.B. Haldane, emitieron,independientemente el uno del otro, una teoría según la cual las radiaciones ultravioleta olas descargas eléctricas producidas por las tormentas, al atravesar la atmósfera, originaronlos componentes básicos de los seres vivos estas sustancias orgánicas, que se habían formado al azar, se fuesen acumulando en las aguas de mares y lagos. Se formó así lo que se llamó "el caldo nutritivo".

PRIMERAS ETAPAS DEL ORIGEN DE LOS SERES VIVOS

1) El punto de partida, hace 3800 m.a.La atmósfera primitiva estaba formada por: metano (CH4), amoníaco (NH3), hidrógeno (H2) y vapor de agua (H2O), era reductora y anaerobia. No obstante en estas sustancias estaban los principales bioelementos que forman la materia viva: carbono (C), nit rógeno (N), hidrógeno (H) y oxígeno (O).

2) ¿Cómo se formaron las biomoléculas?Las radiaciones solares y las descargas eléctricas proporcionaron la energía suficiente para que los componentes de la atmósfera reaccionasen y se formasen las biomoléculas, compuestos orgánicos sencillos como los que ahora forman los principales compuestos de los seres vivos.

3) ¿Cuáles fueron estas biomoléculas?Se formaron así, azúcares, grasas simples, aminoácidos y otras moléculas sencillas que reaccionaron entre sí para dar lugar a moléculas más complejas: proteinas, grasas complejas, polisacáridos y ácidos nucléicos.

4) ¿Cómo se formó el "caldo primitivo"Según Oparín, los compuestos orgánicos que se formaron en la atmósfera fueron ar rastrados hacia los mares por las lluvias y allí, a lo largo de millones de años, se concent raron formando una disolución espesa de agua y moléculas orgánicas e inorgánicas que él llamó "caldo primitivo".

5) Los precursores de las bacteriasEn este "caldo primitivo" algunas moléculas formaron membranas, originándose unas estructuras esféricas llamadas coacervados. Algunos coacervados pudieronconcentrar en su interior enzimas con las que fabricar sus propias moléculas y obtener energía. Por último, algunos pudieron adquiri r su propio material genético y la capacidad de replicarse (reproducirse). Se formaron así los

primitivos procariotas.

EL EXPERIMENTO MILLER

Montaron un dispositivo consistente en un balón de vidrio de 5 l conectado a otro más pequeño de 0,5 l. En el primero introdujeron una mezcla formada por H2, NH3, CH4 y H2O. En el matraz mayor situaron unos electrodos y sometieron la mezcla a una serie de descargas eléctricas. La mezcla de gases era posteriormente introducida en el matraz pequeño que contenía agua hirviendo. Lassustancias que se formaban en el matraz grande se disolvían en el agua del pequeño, y los gasesque aún no habían reaccionado se volvían al matraz grande por medio de un circuito cerrado.Al cabo de unos días Miller analizó el contenido del agua del recipiente menor y encontró una granvariedad de compuestos orgánicos y entre ellos descubrió los 20 aminoácidos que forman lasproteínas (en la tabla siguiente se relacionan los compuestos obtenidos por Miller en su experiencia).

Explica la hipótesis más aceptada sobre la aparición de biomoléculas enel planeta.

Nombra las tres características que debieron adquirir las primitivas vesículasde fosfolípidos para transformarse en verdaderas células.

La aparicion de las celulas

Despues de la formacion de las primeras moleculas, se tuvieron que formar vesiculas a traves de bicapas de fosfolipidos de manera espontanea y estas aislaron en su interior las macromoleculas de la sopa primitiva.

Posteriormente estas vesiculas aumentaron su estabilidad y comenzaron a tener 3 funciones:

a- intercambiaron materia y energia con su medio para mantener su estructura

b- se reguló en funciones ambientales

c- Fue capaz de hacer replicas de su propio material gracias a un material genetico primitivo.

Estas primeras celulas serían heterotrofas y anaerobias, cuando agotaron los nutrientes algunas produjeron moleculas que necesitaban y aparecen las celulas autotrofas que se hicieron aerobias y despues eucariotas

¿De qué tipo serían las primeras células según la hipótesis más aceptada?¿Por qué?

2-La estructura de la Celula

La celula procariota

Apenas tienen estructuras en su interior. Se caracterizan por no tener un núcleo propiamentedicho; esto es, no tienen el material genético envuelto en una membrana y separado del restodel citoplasma. Además, su ADN no está asociado ciertas proteínas como las histonasy está formando un único cromosoma. Son procariotas, entre otras: las bacterias y lascianofíceas.

La celula eucariota:

Células características del resto de los organismos unicelulares y pluricelulares, animales y vegetales. Su estructura es más evolucionada y compleja que la de los procariotas. Tienen orgánulos celulares y un núcleo verdadero separado del citoplasma por una envoltura nuclear. Su ADN está asociado a proteínas (histonas y otras) y estructurado en numerosos cromosomas.

Escribe en una columna los nombres de las partes comunes a las célulasprocariotas y eucariotas. A continuación, coloca en otra lo que es propiosolo de las eucariotas.

Indica si los cloroplastos son propios de las células animales o de las vegetales.Justifica la respuesta.

DIFERENCIAS ENTRE LAS CÉLULAS VEGETALES Y ANIMALESPor lo general las células vegetales son de mayor tamaño que las animales, tienen plastos yestán envueltas en una gruesa pared celular, también llamada pared celulósica o membranade secreción. Sus vacuolas son de gran tamaño y no tienen centriolos

ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DE LOS ORGÁNULOS CELULARES

Membrana plasmática: Delgada lámina que recubre la célula. Está formada por lípidos, proteínas y oligosacáridos. Regula los intercambios entre la célula y el exterior.

Pared celular : Gruesa capa que recubre las células vegetales. Está formada por celulosa y otrassustancias. Su función es la de proteger la célula vegetal de las alteraciones de la presión osmótica.

Hialoplasma: Es el citoplasma desprovisto de los orgánulos. Se trata de un medio de reacción en el que se realizan importantes reacciones celulares, por ejemplo: la síntesis de proteínas y la glicolisis.Contiene los microtúbulos y microfilamentos que forman el esqueleto celular.

Retículo endoplasmático: Red de membranas int racitoplasmática que separan compartimentos en el citoplasma. Hay dos clases: granular y liso. Sus funciones son: síntesis de oligosacáridos ymaduración y t ransporte de glicoproteínas y proteínas de membrana.

Ribosomas: Pequeños gránulos presentes en el citoplasma, también adheridos al retículoendoplasmático granular. Intervienen en los procesos de síntesis de proteínas en el hialoplasma.

Aparato de Golgi: Sistema de membranas similar, en cierto modo, al retículo pero sin r ibosomas. Sirve para sintetizar, t ransportar y empaquetar determinadas sustancias elaboradas por la célula y destinadas a ser almacenadas o a la exportación.

Lisosomas: Vesículas que contienen enzimas digestivas. Intervienen en los procesos de degradación de sustancias.

Vacuolas: Estructuras en forma de grandes vesículas. Almacenamiento de sustancias.Mitocondrias: En ellas se extrae la energía química contenida en las sustancias orgánicas (ciclo de Krebs y cadena respiratoria).

Centrosoma: Interviene en los procesos de división celular y en el movimiento celular por cilios yflagelos.

Plastos: Orgánulos característicos de las células vegetales. En los cloroplastos se realiza lafotosíntesis

Nucleoplasma: En él se realizan las funciones de replicación y t ranscripción de la información celular . Esto es, la síntesis de ADN y ARN.

Nucleolo: Síntesis del ARN de los r ibosomas.

Envoltura nuclear : Por sus poros se realizan los intercambios de sustancias entre el núcleo y elhialoplasma

3- De la unicelularidad a la pluricelularidad

Muchos organismos que habitan nuestro planeta son Unicelulares y como cualquier ser vivo tienen que realizar las funciones vitales.Presentan limitaciones:a- solo en medios acuaticos para el intercambio a traves de su membranab- Son de reducido tamaño debido a sus peculiaridades, por tanto son organismos bastantes simples

Estos limites los han salvado evolucionando a seres vivos pluricelulares, este proceso ha sido lento pero continuo en el t iempo

el primer paso de estos unicelulares,fue seguir agrupadose entre ellos despues de dividirse, no pierden la individualidad si se separan y el fin de estar reunidos puede ser un fin especifico como facili tar el alimento al grupo, o la defensa o la reproducción, a este agrupamiento se les denomina Colonias.

Estas colonias evolucionaronse hacen mas complejas especializandose en ciertas funciones y serian la transicion hacia los seres pluricelulares.

La evolución les lleva a desarrollar 3 caracteristicas:

a- Especializacion y diferenciación de las celulasLleva esta caracteristica a desarrolar los Tejidos y los Organos haciendo asi que aumente la supervivencia.

b- Funcionamiento coordinadoDesarrollan mecanismos que hacen que se intercomuniquen y coordinen todas sus celulas

c- Medio internoLa mayoria de celulas no estan en contanto con el medio externo sino con liquidos internos donde llevan a cabo el intercambio de materia y energia El conjunto de procesos que contribuyen a mantener cte ese medio interno se denomina Homeostasis

Explica las posibles razones por las que, en el curso de la evolución, surgieronorganismos pluricelulares.

Cita las características fundamentales que tienen los organismos pluricelularesy que les diferencian de las colonias.

Organizacion de los seres pluricelulares

La organización está en función de si puede organizarse en tejidos, organos y aparatos

Vegetales:

a- Tipo Talo

Son celulas identicas sin formar verdaderos tejidosTipicas de algas y hongos a los que se les llama Talofitos

¿Qué características tiene la organización de tipo cormo? ¿En qué se diferenciade la organización de tipo talo?

b- Tipo Cormo

Si tienen tejidos y organos son las plantas vasculares

Animales:

Se pueden organizar en 3 niveles

a- Nivel celular

No tienen verdaderos tejidos como los Poriferos

b- Nivel tejido-organosLos Cnidarios

c- Nivel organos-sistemas

4-Formas no celulares:Virus, plasmidos, Viroides y Priones

La palabra virus significa veneno, ESTRUCTURA DE LOS VIRUS

Un virus, fuera de una célula, presenta las siguientes partes:

a-Ácido nucleico enrollado: puede ser ADN o ARN. Cualquiera de estos ácidos puede presentarse en forma monocatenaria o bicatenaria.

b- Cápsida: cubierta proteica que protege y aísla el ácido nucleico. Recibe también el nombre de cápsula vírica y presenta distintas formas. Esta estructura está formada por una única proteína que se repite. Cada una de estas unidades proteicas se denomina capsómero.

c- Otras proteínas: Además de los capsómeros (proteínas estructurales) algunos virus puede llevar proteínas enzimáticas como las implicadas en la transcripción de su material genético, y proteínas aglutinantes, que interactúan con los receptores celulares y capacitan al virión para infectar a la célula hospedadora.

Algunos virus presentan una envoltura membranosa, perteneciente a la célula que ha infectado. Dicha capa posee una serie, de glucoproteínas integrales de membrana propias del virus. Esta envoltura facilita la infección de otras células de la misma estirpe celular que la célula infectada.

Así, el ácido nucleico viral se replica a expensas de la maquinaria y la energía de la célula infectada.Existen dos sistemas de replicación de virus, el ciclo lítico y el ciclo lisogénico. La explicación de estos ciclos viene referida a la que se da en virus bacteriófagos como el fago cuyo genoma es una molécula de ADN de cadena doble.λ

A. Ciclo lítico

Se denomina así porque la célula infectada muere por rotura al liberarse las nuevas copias virales. Consta de las siguientes fases:

1. Fase de adsorción o fi jación: El virus se une a la célula hospedadora de forma estable. La unión es específica ya que el virus reconoce complejos moleculares de tipo proteico, lipoproteico o glucoproteico, presentes en las membranas celulares.

2. Fase de penetración o inyección: el ácido nucleico viral entra en la célula mediante una perforación que el virus realiza en la pared bacteriana.

3. Fase de eclipse: en esta fase no se observan copias del virus en la célula, pero se está produciendo la síntesis de ARN, necesario para generar las copias de proteínas de la cápsida. También se produce la continua formación de ácidos nucleicos virales y enzimas destructoras del ADN bacteriano.

4. Fase de ensamblaje: en esta fase se produce la unión de los capsómeros para formar la cápsida y el empaquetamiento del ácido nucleico viral dentro de ella.

5. Fase de lisis o ruptura: conlleva la muerte celular. Los viriones salen de la célula, mediante la rotura enzimática de la pared bacteriana. Estos nuevos virus se encuentran en situación de infectar una nueva célula.

B. Ciclo lisogénico

Las dos primeras fases de este ciclo son iguales a las descritas en el ciclo anterior. En la fase de eclipse el ácido nucleico viral en forma de ADN bicatenario recombina con el ADN bacteriano, introduciéndose en éste como un gen más. Esta forma viral se denomina profago, o virus atenuado, mientras que la célula infectada se denomina célula lisogénica.En este estado el profago puede mantenerse durante un tiempo indeterminado, pudiendo incluso, reproducirse la célula, generando nuevas células hijas lisogénicas. El profago se mantendrá latente hasta producirse un cambio en el medio ambiente celular que provoque un cambio celular, por ejemplo, por variaciones bruscas de temperatura, o desecación, o disminución en la concentración de oxígeno. Este cambio induce a la liberación del profago,transformándose en un virus activo que continúa el ciclo de infección hasta producir la muerte celular y la liberación de nuevos virus.

Virus y cancer

Algunos virus tienen la capacidad de producir transformaciones tumorales (benignas o malignas) en las células: son los virus oncogénicos. Varias familias de virus ADN son cancerígenos, pero entre los virus ARN solo los retrovirus presentan esta capacidad.Existen dos mecanismos:

-Inserción del ADN del virus en el genoma de la célula huésped si se inactiva un gen represor tumoral. En otras ocasiones se ve involucrado un gen regulador del ciclo celular.-La transformación oncogénica puede deberse también a una proteína codificada por un gen propio del virus (oncogen).

Otras formas no celulares

Plasmido: Moleculas pequeñas de ADN lineal o circular, que no pertenecen al cromosoma bacteriano (tb en levaduras) y que se trasmite a las sucesivas generaciones.Puede integrarse en el ADN bacteriano (episomas)Son beneficiosos para quien los porta dandole caracteristicas para beneficiarse del medio, resistencia a los antibióticos, este también puede ser usado para producir proteínas en grandes cantidades desde el gen insertado

Viroides: pequeñas moleculas de ARN circular que producen enfermedades

Priones: Son proteinas que causan enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de las vacas locas (encefalopatia espongiforme bovina), se trasmite a humanos , trasforma a las proteinas normales en infecciosas

ACTIVIDADESREPASA

1. ¿Qué se entiende por medio interno de un organismo?2. ¿Cuál es la diferencia fundamental entre las células procariotas y las eucariotas?3. ¿Qué es un organismo anaerobio?4. En el interior de las células se llevan a cabo muchos procesos necesarios

para su supervivencia. Cita cuatro de ellos, en células eucariotas, y losorgánulos donde se producen.

5. Lee con atención el siguiente texto:Una célula se reproduce transfiriendo una copia de su material genéticopreviamente duplicado a cada una de las células hija a las que da

lugar. De esta forma, las células hija son idénticas entre sí y también a sus antecesoras. Pero esta copia no siempre es perfecta, pudiéndose producir alteraciones o mutaciones en el ADN que conllevan cambios enuna parte de la descendencia. Este cambio puede ser, para la célula hija, malo, bueno o indiferente. En el primer caso, la célula tendrá menos probabilidades de sobrevivir, en el segundo, más, y se reproducirámejor; y, en el tercero no se verá afectada. La selección natural eliminará la primera, favorecerá la segunda y tolerará la tercera.De los siguientes procesos biológicos, indica cuál es el descrito en el texto:

a) Especialización y diferenciación celular.b) Evolución.c) Homeostasis.

6. Indica si son verdaderas o falsas las afirmaciones siguientes:

a) La célula procariota carece de membrana plasmática por tener unacubierta llamada pared celular.

b) En las células eucariotas, el ADN se encuentra en una estructura llamadanucleoide.

c) El agente responsable de la encefalopatía espongiforme bovina oenfermedad de las vacas locas es un tipo de virus que se transmite porvía aérea.

d) Las primeras células serían aerobias debido a la abundancia de oxígenoen la atmósfera.

e) Las células primitivas eran heterótrofas, ya que no había mucha materiaorgánica.

f) Los lisosomas son orgánulos que contienen enzimas para la fotosíntesis.

g) Homeostasis es el conjunto de procesos que contribuyen a mantenerconstante el medio interno.

h) Las plantas que tienen tejidos especializados para la conducción delíquidos se denominan cormofitas o vasculares.

i) La vida se originó gracias al oxígeno de la atmósfera.