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Origen de la vida
Origen del metabolismo
Modelo Problema Solución
Heterótrofo (química prebiótica): C.orgánicos a partir de inorgánicos. Primeras células heterótrofas.
(Oparín/Haldane): Primera atm reductora (NH3, CH4, H2 + H2O compuestos que ceden e-^ ) + UV y descargas eléctricas. Sopa primitiva (mares primitivos por acumulación de c. Orgánicos). Progresión (Monómeros, polímeros, coacervados y protocélulas) Modelo teórico. Atmósfera sin O 2 fermentación
(Miller/ Urey): A partir de las proposiciones de Oparín, diseñan un experimento para probar el Origen de la vida en superficie de la tierra. Atm primitiva en matraz síntesis de aminoácidos y otros compuestos orgánicos.
Concentración de moléculas propuestas (NH3, CH4, H2 + H2O) tan baja que posibilidad de darse dichas reacciones era casi nula.
Atmósfera primitiva no era tan reductora si no más neutra: (N2, CO y CO2), y ningún tipo de chispazo permite la formación de compuestos orgánicos.
No va más allá de la generación de monómeros, es decir no explica la polimerización.
Experimento de Miller llevado a cabo para la síntesis de otros compuestos (más aminoácidos, bases nitrogenadas, parcialmente azúcares,…).
Quizá este modelo de la química prebiótica podría servir para explicar origen de compuestos orgánicos en otros lugares y no necesariamente en la atm quizá a km del subsuelo en que se dieran dichas reacciones u otras que dieran lugar a dichos compuestos.
Autótrofo: Ciclo de Krebs inverso, reducción del C del CO2 atmosférico hasta m. orgánica.
Concentración de moléculas tan baja que posibilidad de darse dichas reacciones era casi nula.
En la actualidad existen bacterias con este tipo de ciclo, por lo que sabemos que es posible que en el pasado se diese.
Poder reductor H2S y H2. Catalizador: FeS, se encuentra altamente concentrado en las piritas.
Compuestos obtenidos en surgencias o chimeneas hidrotermales arrastran material de corteza con elementos (H2S, CH4, NH3) y minerales (FeS). Modelo de pizza primitiva (2 dimensiones, en superficie).
Polimerización: Como se pueden juntar las moléculas para formar polímeros.
Homoquilaridad: Los seres vivos solo usamos un tipo de isómeros ópticos. D azúcares y L aminoácidos.
Problema de la concentración: Las reacciones no ocurrían en todas las partes del océano, solo en lugares concretos donde se encontraban las surgencias hidrotermales , debido a que el h2 y el h2s no se encuentran libres en la atmósfera pero si podrían encontrarse en este tipo de ecosistemas (principio de actualismo, si ahora se encuentra, en el pasado pudo haber ocurrido de la misma manera)
Problema de la Polimerización: Los minerales y rocas que presentaban dichos c.orgánicos, se encontraban muy aproximados, por lo que podían asociarse y formar polipéptidos y polisacáridos.
Problema de la homoquilaridad: Algunos compuestos de la superficie de los minerales presentan predisposición (solo fijan isómeros concretos) para D o L azucares y D o L aminoácidos.
Duda: ¿Podría ser que surgiesen ambas formas y se fijase una por mecanismos de adaptación moleculares?
Modelo rocas: Vida ocurre dentro de las rocas. Origen de la vida mucho más antiguo a 3900 m.a. Resistencia a bombardeo meteorítico. A metros o km de profundidad. Evita la evaporación de H 2 O y el aumento de la temperatura. En el interior de microfisuras.
(Basados en datación) Si la vida pudiese ocurrir en el interior de las rocas, debería poder verse ahora la aparición de metabolismo del mismo modo (actualismo)
Aunque hubiese resistencia al bombardeo, la temperatura de las rocas, era de un grado muy elevado, lo que daría lugar a procesos de desnaturalización proteica que haría imposible la aparición de un metabolismo.
- Al observar el interior de las rocas se pueden encontrar microorganismos.
Se supone que el estar a tanta profundidad protegería a los microorganismos de un aumento de temperatura, aunque seguiría siendo alta (supongo que es una teoría que presupone un origen de vida termófilo).
- De manera abiótica se formaron nucleótidos que se polimerizaban.
- En un principio las moléculas de ARN tenían la capacidad de catalizar y almacenar información.
- En el mundo de ARN estas moléculas tienen la capacidad de autorreplicación (capaces de replicar a otras idénticas a ellas), con esta capacidad de autorreplicación al generar copias se producen errores, por pequeñas variaciones: mutaciones.
- La presencia de mutaciones implica:
- Variabilidad del genoma entre unas réplicas y otras dando lugar a cuasiespecies (ej: Virus con variaciones en genoma pero con la misma función). Cuando los sistemas de información se hacen mas finos y complejos, son lo que denominamos especies.
- Desaparición por acumulación de mutaciones que lleva a la pérdida de la capacidad de autorreplicación
- Por tanto hay un compromiso en la acumulación de mutaciones, ocurren mutaciones hasta el punto de poder poseerlas sin perder la capacidad de autorreplicación. (concepto de selección natural entendido como unos viven otros mueren, los mejor conservados son los que mantienen su capacidad de replicación mejor).
- Por último y a medida que pasa el tiempo estas moléculas se asocian en hiperciclo, donde pueden llegar a especializarse por funciones diferentes (catálisis, fosforilación…) y perder esa capacidad de autorreplicarse algunas de las cuasiespecies que participan en este hipervínculo. Las poblaciones de ARN que se asocian en hiperciclo, cooperan, son más eficaces y competitivas. El culmen del hiperciclo es la integración del ARN en un único genoma, transmitiéndose a la siguiente generación de manera conjunta.
- Aparición de proteínas (por catálisis de ARN especializados que tenían afinidad por los aminoácidos y presentaban la capacidad de hacer enlaces entre estos) y adquisición de actividades catalíticas. (Mundo del ARN + proteínas).
- Aparición de ADN (último elemento en aparecer, su síntesis está catalizada por proteínas, luego tuvo que surgir después de éstas), que por ser más estable adquiere funciones de almacenamiento información genética. (Mundo del ARN + proteínas + ADN).
Conceptos importantes:
- Cuasiespecie
- Hipervínculo
- Umbral darwiniano
El origen de la célula procariota:
■ Grammpositivas: 1 membrana y una pared celular engrosada (peptidoglicanos). ■ Grammnegativas: 2 membranas y una pared celular más fina.
- Arqueas: 1 membrana y una pared celular (bicapa de isopreno, enlace éter, hopanoides, lípidos de membrana de gliceraldehido 1P).
Árbol filogenético moléculas mejor conservadas en organismos ARN (concretamente ARNr), usado para realizar estos árboles mediante secuenciación. Árbol compuesto por Bacterias (Gramm (-) y Gramm(+)), Arqueas y Eucariotas. Tres modelos.
*Transferencia genética horizontal: Hay algunos genes que cambian de un grupo a otro de manera horizontal, por lo tanto no hay una raíz concreta debido a que no presenta forma de árbol, sino de arbusto.
En los diferentes modelos para explicar el origen de las primeras células, tiene importancia la combinación (de tres maneras diferentes) de tres elementos: Metabolismo, S. de información y Estructura.
Modelo Problema Solución
Coacervados (Oparin) : Estructura y Metabolismo.
En sopa primitiva tuvo lugar la formación de unos agregados vesiculares en cuyo interior se encontraba m.orgánica y se dieron una serie de reacciones que dieron a un ‘’metabolismo primitivo’’ que generaba energía. Al conjunto de estos componentes los denominó coacervados , que darían lugar, tras la incorporación de un S. de información, a las células procariotas.
La atmósfera primitiva estaba constituida por N2, CO y CO2.
El Qumiotón de Ganti Sistema capaz de automantenerse que se encuentra aislado del medio por una barrera (membrana). No se autorreplica, solo se divide. Si se desorganiza, no puede volverse a organizar (NOSE SI ES UN MODELO, O UNA SOLUCIÓN). (Es un modelo de cómo podrían ser los coacervados, según lo entiendo yo).
Hipótesis obcelular (Cavallier-Smith): Estructura y S. de información.
Inicialmente surge una célula del revés (obcélula), lo que es interno, esta hacia fuera.
Dicha estructura es muy inestable con respecto a diversos posibles cambios, que pudiesen dar lugar a una desnaturalización proteica o problemas en las moléculas de ARN expuestas.
El origen de la célula eucariota:
Tres elementos en el origen:
- Metabolismo: Origen bacteriano. Metabolismo de las células eucariotas es como el de las bacterias.
- S. Información: Origen en arqueas. S. Información de Arqueas como el de Eucariotas.
- Estructura: Origen bacteriano. Membrana de eucariotas como la de bacterias.
En células eucariotas se encuentra presente un orgánulo de origen endosimbionte: Mitocondria o Cloroplasto. La teoría endosimbionte propuesta por Margullis (1970) explica el origen de dichos orgánulos.
*Origen de la mitocondria
- En principio, se pensaba que se había incorporado de manera intermedia en c. eucariota. Esto era debido a que algunos grupos de ‘’eucariotas primitivos’’ no presentaban mitocondrias.
- Actualmente, se ha visto que esos eucariotas no son primitivos, sino más avanzados (parásitos intestinales o vaginales adaptados a un medio anaerobio) han perdido el orgánulo que era la mitocondria y han dado lugar a la formación de otro orgánulo denominado mitosoma o hidrogenosoma. Según este modelo, la incorporación de la mitocondria se encuentra en la raíz (base).
Modelo Problema Solución
Cooperación metabólica: Según modelo (1) se generaría una célula con una A favor del modelo H2: La estructura de la arquea
Proponen que la incorporación de la mitocondria desencadenó la aparición de la célula eucariota, y que el origen de la misma está en una especie de comunidad microbiana que vive en un ambiente anaerobio. Existen dos modelos:
- Modelo del H 2 : Cooperación metabólica entre una arquea metanógena y una α-proteobacteria (grammnegativa). La arquea necesita H 2 y produce CH 4. La α-proteobacteria es anaerobia facultativa, fermenta CH 4 y produce H 2. En un momento determinado, una célula engloba a la otra. La arquea pone el citoplasma y las enzimas para el manejo de la información mientras que la α- proteobacteria pone el metabolismo (se transforma en mitocondria).
- Modelo de la sintrofia: Implica a 3 células: una arquea metanógena, una α- proteobacteria y una δ-proteobacteria (también fermenta CH 4 generando H 2 ). La δ-proteobacteria aporta el citoplasma, la arquea el núcleo (s. de información) y la α-proteobacteria forma la mitocondria.
estructura de arquea.
No se adquiere ninguna ventaja con la respiración oxidativa ya que surge en un ambiente anaerobio.
desaparece y se transforma en la de una bacteria. Tras formarse la mitocondria, se pasa a un medio aerobio
A favor de modelo de sintrofia: muchas proteínas de eucariotas tienen su origen en δ-proteobacteria (proteínas de las familias RAN, RHO, RAB GTPasas de pequeño tamaño).
Fagotrofia: Cristian de Dor y Cavallier Smith.
Importancia a como se pudo incorporar la mitocondria y no tanto de donde viene.
Para ello, se tuvo que desarrollar un nuevo mecanismo, la fagocitosis.
Requisitos para esto:
Las grammpositivas ya tienen cadena respiratoria.
Si en el paso de grammpositivas a Neomura se pierde la pared celular. Porque las arqueas tienen pared?
Las proteínas de la cadena respiratoria pueden pasar de la membrana citoplasmática a la mitocondria, dejando espacio en la membrana citoplasmática para más proteínas de fagocitosis.
- Lo importante en el origen de eucariotas es la aparición/especialización de la fagotrofia a partir de cambios en la superficie y formación del citoesqueleto, la formación de la mitocondria es solo un paso intermedio en el cual se forma un orgánulo especializado en llevar a cabo la respiración (Lugar donde se encuentra la cadena respiratoria.)
