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TEMA 4: PROTOCÉLULAS, CÉLULAS PROCARIOTAS Y EUCARIOTA
4.1 Protocélulas, autoorganización de moléculas orgánicas.
La célula es una unidad básica de la vida. Según la teoría celular todos los organismos están compuestos por células, es la unidad estructural y funcional básica para la vida, que provienen por división de otra célula. La biología celular o citología es la ciencia que las estudia. Del griego KYTOS= caja donde se encuentran los elementos indispensables para la vida. La protocélula es una estructura grande, organizada, con una membrana, y que lleva a cabo algunas actividades propias de la vida, como el crecimiento o la división. La membrana de las protocélulas es una bicapa lipídica, la cual permite el intercambio de sustancias entre el medio interno y externo de la célula. Esta membrana tiene una parte polar y una parte apolar.
- La parte polar son las cabezas de los ácidos grasos que se sitúan fuera de la membrana en contacto con el medio acuoso, mientras que la parte apolar son las colas de estas grasas que se sitúan hacia el interior. El ARN de la protocélula almacenaba información. Sin embargo, la duda surge porque la molécula de ARN es mucho menos estable que la de ADN. La cadena en forma de doble hélice del ADN en proteger mucho más las bases nitrogenadas de las reacciones químicas, haciendo que sea más difícil que se desnaturalice. La protocélula como paso intermedio hacia la célula: La mayoría de los investigadores del origen de la vida consideran que las fotocélulas podrían ser las posibles estudios intermediarios en la evolución de la célula.
4.2- Procariotas anaeróbicas: primeros organismos
Todos los organismos están compuestos de células Las células son las unidades fundamentales de la vida y proceden de otras células. El tamaño medio de una célula oscila entre 1 y 100 micras por lo que su estudio tiene que realizarse con material especial los microscopios. Estos se diferencian básicamente en ópticos (fuente de luz) y electrónicos (fuente de electrones).
La principal estructura de la célula que la convierte en unidad fundamental para la vida es la membrana. Se trata de una barrera selectiva semipermeable que ayuda a mantener el equilibrio interno de la célula. La presencia de membrana permite distinguir dos grandes grupos celulares:
- Procariotas : no tienen compartimentación interna
- Eucariotas : Tienen orgánulos y un núcleo bien definido
*Célula procariota
Carecen de núcleo, tienen un solo cromosoma, su citoplasma es líquido, algunas presentan una pared externa que desarrolla la función de exoesqueleto. Su flagelo les sirve como aparato locomotor, también tienen los pili, los cuales les permiten fijarse a distintas superficies. Las bacterias son las causantes de muchas de las enfermedades, pero son imprescindibles para el desarrollo de la vida. Estas desempeñan funciones importantes como:
- formar la flora intestinal
- son fijadores de nitrógeno
- descomponedores de materia orgánica Las células procariotas son de pequeño tamaño no miden más de 5 micras de diámetro. Su estructura Internet es más simple que la de las eucariotas ya que éstas no presentan orgánulos. Tienen formas muy diversas como: c cocos, espirilos, bacilos. Se utilizan en la se utilizan en la biorremediación y la industria para solucionar diversos problemas.
- Clamidia: infecta a las células y necesita estar en su interior para llevar a cabo la función de reproducción. Tienen una capacidad de adaptación muy alta.
- Bacteriorrodopsina: pigmento que se activa con la luz y se puede utilizar para almacenar información
4.3- Captura de la energía lumínica. La crisis del oxígeno
Los primeros organismos utilizaban los nutrientes del entorno como fuente de energía. La escasez de nutrientes por la multiplicación de estos organismos favorecía el desarrollo de organismos adaptados a la nueva situación ambiental. La fotosíntesis aumentó la cantidad de oxígeno en la atmósfera. El oxígeno reaccionó con el hierro disuelto que precipitó formando depósitos. Este proceso de oxidación del hierro se prueba gracias a la presencia de formaciones de hierro bandeado. algunos urbanismos evolucionaron con la capacidad de captar energía solar para sintetizar moléculas complejas: la fotosíntesis. Fotosíntesis: es un proceso bioquímico por el cual las plantas convierten el CO dos en materia orgánica aprovechando la energía luminosa. Las bacterias fotosintéticas a obtenían el hidrógeno a través del sulfuro de hidrógeno disuelto en el agua. La escasez de este recurso favoreció el uso de agua como fuente de hidrógeno. La fotosíntesis se produce en dos etapas principales:
- Las reacciones de luz: Generan portadores de energía que a su vez impulsan la fabricación de azúcares a través del ciclo de Calvin
- Las reacciones del ciclo de Calvin Los pigmentos absorbentes de luz incluyen la clorofila verde y los carotenoides. Juntos captan más luz porque absorben sobre un rango mayor de longitudes de onda. Los carotenoides también protegen del foto daño cuando se absorbe un exceso de energía luminosa liberan calor. Los carotenoides se convierten en vitamina A en nuestro cuerpo. Se encuentran en todos los organismos fotosintéticos productores de oxígeno. Los flavonoides son pigmentos solubles en agua y responsables del calor de muchas flores frutas y verduras. Al igual que los carotenoides actúan como antioxidantes. El sol emite radiación en un amplio espectro electromagnético. La luz visible tiene longitudes de ondas energéticas que pueden alterar las moléculas de los pigmentos biológicos. Las clorofilas absorben violeta azul y rojo y reflectan verdes, mientras que los carotenoides absorben la luz azul y verde.
4.4- Origen de la célula eucariota
La célula vegetal tiene un revestimiento rígido, la pared celular, cloroplastos, vacuolas que se encargan de almacenar sustancias y mantener la turgencia celular. Entre la pared celular y la vacuola tenemos una estructura rígida, los `plasmodesmos, los cuales permiten el intercambio de sustancias con el exterior.
*Teoría de la Endosimbiosis seriada (SET)
- Los procariotas ancestros de la mitocondrias y plastidos probablemente entraron en la célula huésped como una presa sin digerir, o como parásitos internos.
- En el proceso cada vez más interdependientes, el anfitrión y los endosimbiontes se convirtieron en un solo organismo
*Teoría Endosimbiótica
Teoria endosimbiótica : se origina células eucariotas a partir de células procariotas. El origen de las células eucariotas puede explicarse con la teoría endosimbiótica, que explica la procedencia de orgánulos, como las mitocondrias y los cloroplastos, a partir de la simbiosis entre pequeños procariotas y otras células huésped más grandes. En un primer momento, dos células procariotas carecían el ambiente de oxígeno, por tanto, eran células procariotas anaeróbicas (obtenían la energía del calor). Se fusionaron estas dos células, y el material genético que había en estas células, pasaron a estar cerrado en una membrana, así es como se crea el núcleo celular. Una célula anaeróbica necesitó la unión de células procariotas aeróbicas al interior, explicando la aparición de mitocondrias, que obtienen energía del oxígeno. Así es como se crea esta nueva célula, que tiene núcleo y que paso de ser anaeróbica a aeróbica y con mitocondrias. Con este paso aparecía ya la célula eucariota animal y fungi (heterótrofa) Las nuevas células aeróbicas realizaron una nueva endosimbiosis con una célula procariota fotosintética dando origen al cloroplasto y originando la célula vegetal (autótrofa). Las evidencias que dan soporte al origen endosimbiótico de mitocondrias y cloroplastos son:
- Similitudes entre la membrana interna y sus funciones, con la membrana plasmática de las procariotas
- La división celular es similar entre los orgánulos y algunas procariotas
- Estos orgánulos poseen su propio ADN
- Sus ribosomas son más similares a los de las procariotas Evidencias :
- El AD, ARN y los ribosomas que existen en el interior de los cloroplastos y mitocondrias son diferentes a los ribosomas, ARN, ADN de la célula eucariota.
- Este ADN de las mitocondrias y los cloroplastos es distinto al ADN del núcleo
- Las células eucariotas tienen doble membrana y se cree que fue porque al fagocitar la procariota a la otra célula procariota le queda la membrana de la
- Procesos reguladores que se activan si los sistemas sensoriales detectan cualquier salida del estado norma Los mecanismos homeostáticos mantienen al organismo en un estado de normalidad genéticamente determinado llamado punto de ajuste. Los procesos reguladores controlan bucles de retroalimentación. Un bucle de retroalimentación negativa contrarresta un alejamiento del punto de ajuste. Por el contrario, un bucle de retroalimentación positiva aleja de la homeostasis
*Componentes clave de los mecanismos homeostáticos:
- Un sensor mide el estado interno del cuerpo.
- Un integrador compara la información del sensor con el punto de ajuste.
- Un efector desencadena acciones que restauran las condiciones internas según el punto de ajuste La homeostasis es la capacidad que tienen algunos seres vivos de mantener en quilibrio algunas de las variables que afectan a su organismo. Entre estas variables se encuentram la Temperaturas, la dsiponibilidad de nutrientes, presion osmotica, y acidez, en relacion al interior del organismo. Para ello, es necesario que se de una interaccion entre el organismo y el ambiente, ya que alguna varieble que sufra un cambio en el ambiente que rodea al organismo debera ser contrarrestada para que se de la homeostasis. Como los seres vivos controlan este proceso. Esto se da por un ciclo que consta de 4 partes: 1- Existe una variable que puede variar según las circunstancias, como por ejemplo, la temperatura… 2- Debe existir un sensor, un organo en el cuerpo que sepa darse cuenta cuando hay un cambio. 3- Este sensor tiene que mandarle informacion a un centro integrador, un centro capaz de elavorar una respuesta a partir de la informacion que el sensor le entrega. 4- Finalmene, ese integrador le dará ordenes a un efector para que lleve a cabo una accion, con el objetivo de contapesar le cambio en la variable. De esta forma, la variable volverá a ser alterada para volver a su forma normal. Esto relaciona al concepto de RETROALIMENTACIÓN. Es muy comun, que cuando una variable aumenta, todo el ciclo de la homeostasis tienda a disminui, porque asi se mantendrá “regulada/constante/equilibrada”
Los mamíferos regulan la temperatura a través de una retroalimentación negativa. A partir de un estímulo externo registrado por los sensores un integrador compara la entrada del sensor con el punto de partida entonces instruye a los efectores. En este caso, si la temperatura está por encima del punto de partida, se origina una respuesta. Un endotermo (sangre caliente, regulan su temperatura, independiente de como sea la temperatura ambiental- los humanos-) necesita aproximadamente 10 veces más alimento que un ectotermo (los de sangre fría, su temperatura corporal varia con la temperatura ambiental- los reptiles-) de tamaño similar. La comida adicional es necesaria para generar calor metabólico para calentar el cuerpo. Sin embargo, los endotérmicos pueden habitar en una mayor variedad de hábitats incluidos lugares fríos.
4.6- Evolución de la célula eucariota. Metabolismo aeróbico. Orgánulos
El metabolismo aeróbico surgió como respuesta a la crisis del oxígeno El oxígeno es potencialmente peligroso para los seres vivos, ya que reacciona con las moléculas orgánicas y las destruye. El metabolismo engloba todas las reacciones químicas implicadas en la captura, el almacenamiento y la utilización de la energía en un organismo vivo Los productores obtienen energía de la parte no viviente de su entorno (plantas fotosintetizadores). Los consumidores adquieren energía de la parte viva del entorno (productores u otros consumidores). La fotosíntesis y la respiración celular son vías complementarias a nivel metabólico La fotosíntesis es el proceso por el cual la energía luminosa se utiliza para crear azúcares a partir de CO2 y H2O. Genera O2 como subproducto. La respiración celular es el proceso de liberar la energía de los alimentos para la actividad celular. Genera CO2 y H2O como subproductos. Todos los eucariotas (plantas incluidas) llevan a cabo la respiración celular para extraer energía química de las moléculas de alimento que consumen (consumidores),
Las células y los tejidos animales se especializan según la función. Los diferentes tejidos de los animales se pueden agrupar en cuatro grandes categorías: epitelial, conectivo, muscular y nervioso.
