Enfriamiento
Calor
Agua
Moléculas
orgánicas
Alanina
Ácido aspártico
Ácido glutámico
Glicina
Urea
Ácido láctico
Ácido acético
Ácido fórmico
H2O
H2O
H2
H2CH4
CH4
NH3
NH3
Descarga
eléctrica
Electrodo
Figura 1.2
Formación espontánea de las moléculas orgánicas. El vapor de agua fue expulsado
a una atmósfera que consistía en CH
4
,NH
3
,yH
2
, en la que se descargaban chispas de
electricidad. El análisis de los productos de la reacción han revelado la formación de
varias moléculas orgánicas, incluyendo los aminoácidos de alanina, ácido aspártico,
ácido glutámico, y glicina.
Hace (en millones de años)
0Presente
Organismos multicelulares
Primeros eucariotas
Primeras células
Formación de la Tierra
Fotosíntesis
Metabolismo oxidativo
1000
2000
3000
4000
4.600
5.000
Figura 1.1
Escala temporal de la evolución. La es-
cala indica el momento aproximado en el
que ocurrieron algunos de los aconteci-
mientos más importantes en la evolución
de las células.
TABLA 1.1. Células procariotas y eucariotas
Características Procariota Eucariota
Núcleo Ausente Presente
Diámetro de una célula típica V1km 10-100 km
Citoesqueleto Ausente Presente
Orgánulos citoplasmáticos Ausente Presente
Contenido de ADN (pares de
bases) 1×10
6
a5×10
6
1,5 × 10
7
a5×10
9
Cromosomas Una molécula de ADN
circular Múltiples moléculas de ADN
linear
por tanto con una discusión acerca de algunos experimentos utilizados para el
estudio de las células, a la vez que resume algunos de los descubrimientos
históricos que han llevado a nuestro saber actual sobre la estructura de la célula
y su función.
Origen y evolución de la células
Las células se dividen en dos clases principales, inicialmente definidas según
donde situaran al núcleo. Las células procariotas (bacterias) carecen de envol-
tura nuclear; las células eucariotas presentan un núcleo donde el material gené-
tico está separado del citoplasma. Las células procariotas son generalmente
más pequeñas y simples que las células eucariotas; además de la ausencia de
núcleo, sus genomas son menos complejos y no contienen orgánulos citoplas-
máticos o citoesqueleto (Tabla 1.1). Al margen de estas diferencias, los mismos
mecanismos moleculares básicos gobiernan las vidas zde zprocariotas y euca-
riotas, indicando que todas las células presentes hoy desciendende un único y
primordial ancestro. ¿Cómo se desarrolló la primera célula? ¿Y cómo evolucio-
naron la complejidad y la diversidad que exhiben las células actuales?
La primera célula
Parece ser que la vida emergió hace, al menos, 3.800 millonesde años, aproxi-
madamente 750 millones de años después de que se formara La Tierra (Fig.
1.1). Cómo se originó la vida y cómo la primera célula se convirtió en un ser son
cuestiones de especulación, puesto que estos acontecimientos no pueden re-
producirse en el laboratorio. No obstante, diferentes tipos de experimentos han
proporcionado evidencias importantes sobre algunos pasos del proceso.
En 1920 se sugirió por primera vez que moléculas orgánicas simples po-
drían formar y espontáneamente polimerizarse en macromoléculas bajo las
condiciones que se pensaban que existían en la atmósfera primitiva. En el mo-
mento en el que surgió la vida, la atmósfera de La Tierra se piensa que contenía
poco o nada oxígeno libre, consistiendo principalmente de CO
2
yN
2
además de
pequeñas cantidades de gases como H
2
,H
2
S, y CO. Tal atmósfera proporciona
condiciones reducidas en las que las moléculas orgánicas, con una fuente de
energía como la luz solar o descargas eléctricas, se pueden formar espontá-
neamente. La formación espontánea de las moléculas orgánicas fue demostra-
da por primera vez experimentalmente en los años 50, cuando Stanley Miller
(un estudiante graduado en aquel entonces) demostró que la descarga de chis-
pas eléctricas en una mezcla de H
2
,CH
4
,yNH
3
, en presencia de agua, condu-
cía a la formación de una variedad de moléculas orgánicas, incluyendo varios
aminoácidos (Fig. 1.2). Aunque el experimento de Miller no reprodujo con pre-
cisión las condiciones primitivas de La Tierra, claramente demostró la plau-
sibilidad de la síntesis espontánea de las moléculas orgánicas, proporcio-
nando los materiales básicos desde donde surgieron los primeros organismos
vivos.
El siguiente paso en la evolución fue la formación de las macromoléculas.
Se ha demostrado que los bloques monoméricos que constituyen las macromo-
léculas se polimerizan espontáneamente bajo condiciones prebióticas plausi-
bles. El calentamiento de mezclas secas de aminoácidos, por ejemplo, da como
resultado su polimerización para formar polipéptidos. Pero la característica fun-
damental de la macromolécula de la que surgió la vida debe tener la habilidad de
replicarse por sí misma. Solamente una macromolécula capaz de dirigir la sínte-
sis de nuevas copias de si misma sería capaz de reproducirse y evolucionar.
De las dos clases principales de macromoléculas que aportan información
en las células actuales (ácidos nucleicos y proteínas), solo los ácidos nucleicos
son capaces de dirigir su propia replicación. Los ácidos nucleicos pueden servir
4Sección I •Introducción Capítulo 1 •Repaso de la célula e investigación celular 5