1. No category

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO
FACULTAD DE MEDICINA VETERINARIA Y ZOOTECNIA
UNIDAD DE APRENDIZAJE: Biología celular
UNIDAD DE COMPETENCIA I:
Origen de la vida y estructura celular
Tema: Origen de la vida
Licenciatura en Medicina Veterinaria y Zootecnia
Por Dr. CESAR ORTEGA SANTANA
Octubre de 2015
ORIGEN DE LA VIDA
A lo largo de la existencia humana se han propuestos varias teorías
sobre el origen de la vida en la tierra
Teoría del Creacionismo
Conjunto de creencias inspiradas en doctrinas religiosas
(independientemente de la religión que se profece).
Sostiene que el universo y la vida misma fueron creadas
por un ser supremo.
Esta teoría es de carácter anti-evolucionista
Teoría de Abiogénesis o Generación espontánea
Sostiene que la vida puede surgir en cualquier lugar y en
cualquier momento.
Que los organismos complejos se generaban de materia orgánica
en descomposición.
Teoría sostenida por Aristóteles; descartada por Redi y Pasteur
Generación espontánea
En 1648, el químico y naturalista Jan Baptista van Helmont, afirmó en su obra
“Ortus medicinae”:
Los piojos, garrapatas, pulgas y gusanos surgen de nuestras vísceras y
excrementos. Si juntamos con trigo la ropa que usamos bajo nuestro atuendo
cargada de sudor en un recipiente de boca ancha, al cabo de 21 días cambian los
efluvios penetrando a través de los salvados del trigo, y transmutando éstos por
ratones. Tales se pueden ver de ambos sexos y cruzar con otros que hayan
surgido del modo habitual...
Teoría de Biogénesis . La vida surge a partir de la Vida
Francesco Redi (1626-1697): Probó que las moscas no se generan solas en carne en
descomposición cuando se evita el contacto con moscas que depositen sus huevos.
En su experimento, depositó carne de serpiente en recipiente abierto y días después
aparecieron gusanos blancos en la carne. Pasado un tiempo se transformaron en
moscas.
Francesco Redi refutó la hipótesis de los gusanos a partir
de la carne (1668).
• Repetición del experimento: Frascos fueron cubiertos con gasa
para evitar entrada de moscas y pasado unos días no
aparecieron gusanos; sí aparecieron huevos de insectos sobre
la gasa. Al quitar la cubierta protectora … aparecían larvas.
Pese a estos hechos, la teoría de la generación espontanea continuo en la
creencia de la población hasta casi 200 años después.
Luis Pasteur (1822-1895)
• Dos siglos después del experimento de Redi, Pasteur demostró
claramente que no había ninguna posibilidad de Generación
espontánea; el caldo no se transforma en microorganismos.
• Utilizó un matraz de cuello de cisne y en el interior colocó un
caldo de cultivo previamente esterilizado y permaneció estéril
durante un tiempo.
Cuando se eliminaba el cuello de cisne,
en el caldo proliferaban microbios al
cabo de 48 horas.
• Conclusión: el cuello de cisne impedía
que cayeran los microbios ambientales
al interior de los matraces.
RESEÑA DE HISTORICA DE LA TEORÍA CELULAR
Robert Hooke
Dibujo de R. Hooke
de una lámina de
corcho a microscopio
Observando al microscopio comprobó que en los seres vivos aparecen
unas estructuras elementales a las que llamó células.
Postuló el nombre de célula para referirse a los compartimentos que
observó en un trozo de corcho que observaba con ayuda del microscopio
RESEÑA DE HISTORICA DE LA TEORÍA CELULAR
Anton Van Leeuwenhoek
A mediados del siglo XVII, Anton Van
Leeuwenhoek
(24/10/163226/08/1723),
construye un microscopio simple que le
permitian
distancias
focales
de
aproximadamente 275 aumentos. Describió por
primera
vez
protozoos,
bacterias,
espermatozoides y glóbulos rojos.
Retrato de Anton Van
Leeuwenhoek
Leeuwenhoek, es considerado el fundador de la
bacteriología.
Durante su vida no reveló sus métodos secretos
y a su muerte, en 1723, 26 de sus aparatos
fueron cedidos a la Royal Society de Londrés.
Replica de microscópio de
Leeuwenhoek
 Alga Spirogyra sp. Primera célula
viva observada: animaliculos "little animals“ (1674)
 Pudo observar cómo algunos de
estos organismos pequeños se
dividian bajo su microscópio.
Teoria celular
• 1838 – Matthias Schleiden establece que: todas las plantas
están hechas de células.
• 1839 – Theodor Schwann: todos los animales están formados
por células
• Surge la teoria general: Teoría celular
“the basic unit structure and function of all living organisms is
the cell”
UNSWFYBIO/2008JK
• 1855 – Teoria de Rudolph Virchow: “all cells arise
from pre-existing cells by cell division”
UNSWFYBIO/2008JK
Teoría celular: postulados
• Todas las cosas vivas están compuestas de células.
• Las células son las unidades básicas de la estructura
y función de las cosas vivas.
• Todas las células se producen de otras células.
Teoría de la Panspermia - origen extraterrestre .
La vida surgió en la Tierra por la “acción” de otro planeta,
desde donde llegaron bacterias o esporas resistentes, capaces
de viajar por el espacio (o por otros medios?).
Arrhenius (1859-1927)
Teoría de la panspermia
• Se fundamentó al analizar el meteorito de Murchinson,
Australia en 1969, que contenía grandes cantidades de
materia biológica equivalentes a las que posteriormente
obtuvo Miller en su famoso experimento (ver más
adelante).
• A. Hoyle propone que los compuestos químicos tenían
origen extraterrestre por que la Tierra habría estado
sometida desde su formación a un continuo bombardeo
de materia cósmica.
Probablemente, el meteorito se
habría formado en Marte hace
4.500 millones de años y habría
estado a la deriva en el espacio
por 16 millones de años. La
gravedad terrestre lo capturó
Esquematización de meteorito cayendo
• El planeta Marte y la Tierra eran
bastante similares hace 3.500.000
años atrás. En Marte habría
existido H2O líquida en forma de
lagos y ríos.
Fragmento de meteorito de Murchison,
Victoria Australia. Caido en 1969, en el
Museo de Historia Natual de Washington.
Una atmósfera y clima primitivos
gobernaron la evolución prebiótica
•
En su formación, hace 4500 millones de
años, la tierra era muy caliente, muchos
meteoritos se estrellaban contra ella
generando calor.
•
Al desintegrarse los átomos desprendían
más calor; la roca de la tierra se fundió y los
elementos más pesados como hierro y el
níquel se hundieron hacia el centro del
planeta.
•
Poco a poco la tierra se enfrío y los
elementos se combinaron formando
diferentes compuestos.
La atmósfera y clima primitivos
gobernaron la evolución prebiótica
• Casi todo el oxígeno se combinó con hidrógeno para formar
agua, con carbono para formar bióxido de carbono, o con
elementos más pesados para formar minerales.
• Luego de millones de años, la tierra se enfrió lo suficiente
para permitir la existencia de agua líquida.
• En la superficie, el agua disolvió muchos minerales y formó un
océano salado.
• Los rayos de las tormentas, el calor de volcanes y la intensa
luz ultravioleta procedente del sol derramaban energía a los
mares.
La atmósfera y clima primitivos gobernaron
la evolución prebiótica
• En base a la composición química de las rocas de esa época,
se cree que la atmósfera primitiva contenía:
• Bióxido de carbono
• Metano
• Amoniaco
• Hidrógeno
• Nitrógeno
• Ácido clorhídrico
• Sulfuro de hidrógeno
• Vapor de agua
PRACTICAMENTE
NO HABÍA
OXÍGENO LIBRE
Origen de las moléculas Biológicas
En 1920, el bioquímico ruso, Oparín y el genetista inglés
Haldane sugieren que a pesar de que la atmósfera
primitiva de la Tierra era reductora y pobre en O2 y rica
en H, los compuestos orgánicos formados en esa
atmósfera eran similares a los que utilizan los seres vivos
modernos.
Concluyen que la vida pudo haber surgido de la materia
no viviente, mediante reacciones químicas simples lo que
llamaron Evolución Química o Evolución Prebiótica
(antes de la vida)
EVOLUCIÓN QUÍMICA DE LA VIDA
Hipótesis de Oparin
Sostiene que:
A partir de moléculas
inorgánicas:
metano,
amoniaco,
dióxido
de
carbono, vapor de agua y
sulfuro
de
hidrógeno
sometidos
a
fuertes
descargas
eléctricas
(presentes en la atmosfera
primitiva).
Se Obtienen:
Orgánicas
Moléculas
Que: Formaran vida
Basado en la teoría de Oparin, en 1953 Stanley Miller realizo su
famoso experimento.
En un instrumento de vidrio (matraz de 5 litros) mezcló: metano –
amoniaco y gases de H; se generaba una chispa eléctrica, mientras que
en un matraz más pequeño se hervía agua para proporcionar vapor a la
chispa para hacer circular los gases .
Los compuestos que se formaron por
la acción de las descargas eléctricas se
condensaban o bien recirculaban, si
eran volátiles .
Aparecieron
moléculas orgánicas
al cabo de unos días
Tras una semana de descargas eléctricas continuas, los
productos acumulados en la fase acuosa fueron
analizados y correspondían principalmente:
Glicina
2,1%
1,9%
Ácido glicolico
Alanina
Ácido Láctico
1,7%
1,6%
Ácido fórmico
4%
Urea y otros
0,034%
Los compuestos obtenidos, resultaron ser relativamente
sencillos: aminoácidos y sustancias como la urea que se
encuentran en los seres vivos .
No se obtuvo ningún elemento orgánico
complejo o ser vivo.
Sin embargo, el experimento es importante por
que permitió formar compuestos esenciales para la
vida
N2 + H2
N2
CH4
NH3(amoníaco)
+ H2O
C2H2 Acetileno
En condiciones prebióticas se pueden sintetizar las bases
purinas y la pirimidinas: compuestos esenciales de los
ácidos nucleícos .
Bases de purina: Adenina y Guanina
Bases de pirimidina: Citosina, Uracilo, Timina
Otras moléculas orgánicas que se pueden sintetizar con
facilidad son los azúcares ribosa y desoxiribosa, que son
componentes del RNA y DNA, respectivamente.
Investigaciones astronómicas y exploraciones de vehículos espaciales no
tripulados indican que al parecer la Tierra es el único planeta del Sistema Solar
que sustenta vida.
La Tierra presenta condiciones ideales para la vida.
No esta cerca ni lejos del Sol.
Las reacciones químicas requieren H2O líquida
y temperaturas moderadas.
El tamaño y la masa de la Tierra permite
mantener una atracción gravitacional para poseer
una atmósfera protectora.
La atmósfera bloquea las radiaciones más
energéticas del Sol pero deja pasar la luz visible
que permite la fotosintesis y otros procesos
importantes para la vida en la tierra.
¿El RNA es la primera molécula autorreproductora?
• En la década de 1980, Thomas Cech de la Universidad de Colorado y Sidney
Altman de la Universidad de Yale descubrieron que ciertas moléculas
pequeñas de ARN, llamadas ribozimas, actúan como enzimas que catalizan
reacciones celulares, entre ellas, la síntesis de más moléculas de ARN.
• Parece inevitable que, en cientos de millones de años los nucleótidos de
ARN hayan formado cadenas cortas de ARN, algunas de las cuales se
convertirían en ribozimas, que evolucionaron en rapidez y exactitud de
replicación.
• La transición al moderno mecanismo de “ADN---ARN---Proteína” debió haber
requerido una serie compleja de etapas intermedias.
Las protocélulas pudieron haber consistido en
ribozimas encerradas en microesferas
•
Se ha demostrado que al agitar agua
que contenga proteínas y lípidos a
modo de simular las olas que
golpeaban contra las antiguas costas,
se forman estructuras huecas llamadas
microesferas.
•
Las microesferas se asemejan a las
células vivas:
– Tienen una membrana similar a la
membrana celular.
– Absorben material de la solución.
– Crecen.
– Se dividen.
Protocélula
• Si una microesfera hubiera
encerrado ribozimas, se habría
formado algo parecido a una célula
viva, a la que se llamaría
protocélula.
• Dentro se habrían producido
proteínas, y por difusión habrían
entrado nucleótidos y aminoácidos
necesarios para sintetizar nuevos
ARN y proteínas.
• Cuando la microesfera creció lo
suficiente, pudo haberse dividido,
dando casi fin al camino hacia la
evolución de las primeras células.
¿Dónde ocurrió esto?
Se discrepa en si la vida surgió en:
• Aguas estancadas.
• El mar.
• Películas de humedad sobre la
superficie de trozos de arcilla o
de pirita de hierro.
• Respiraderos muy calientes de
las profundidades marinas.
• El espacio y luego llegó a la
tierra.
¿Entonces?, si el tiempo!!!
• Aunque la evolución creara solo moléculas simples, y
• los catalizadores no fueran muy eficientes, y
• las primeras membranas carecieran de refinamiento,
Las grandes extensiones de tiempo y espacio disponibles
habrían aumentado la probabilidad de que se completase
cada una de las pequeñas etapas del camino que
probablemente han llevado del caldo primitivo a la célula
viva.
Bibliografía
•
•
•
•
•
•
•
Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts and Walter, Molecular Biology of the Cell, 4ª Edición,
Routledge, marzo de 2002, ISBN 0-8153-3218-1.
Gilbert, Walter (Feb de 1986). «The RNA World». Nature 319: 618.
CRICK, F.: "Life, Its Origin and Nature". Simon and Schuster, 1981. ISBN 0-7088-2235-5
Martin, William; Russel, Michael J. (2003). «On the origins of cells: a hypothesis for the
evolutionary transitions from abiotic geochemistry to chemoautotrophic prokaryotes, and
from prokaryotes to nucleated cells». Phil. Trans. R. Soc. B 358 (1429): 59–
85.doi:10.1098/rstb.2002.1183.
Gilbert, Walter (Feb de 1986). «The RNA World». Nature 319: 618.
Audesirk, Audesirk and Biers. Biología: La vida en la Tierra, con fisiología. 9ª ed. Pearson.
México, 2013.
Documental Como comenzó la vida. Emitido History Channel. 2012