La Evolución
El Sistema Solar
• Hace unos 4500 millones de años se originó todo, cuando a
partir de una gran nube de polvo y gas se formó el sistema solar, estimulado por algún fenómeno cósmico que propició la agrupación de la materia y que llevó al nacimiento del Sol y posteriormente de los planetas terrestres y planetas
gaseosos: EL Sistema solar había nacido con el Sol como estrella central
• Pueden revisar los siguientes URL para más información
sobre origen del sistema solar:
– http://www.educared.cl/educared/hojas/articulos/detallearticulo.jsp?pagina=
1&idapr=27_472_esp_4__&articulo=10701
– http://es.wikipedia.org/wiki/Formaci%C3%B3n_y_evoluci%C3%B3n_del_Siste
La Evolución
Formación de
la Tierra Primerascélulas
Vertebrados
Fotosíntesis
Respiración
aeróbica Serespluricelulares
Cianobacterias Formación de los océanos Eucariotas
0
2.5
1
3.5
3
2
1.5
0.5
4
4.5
Puntos Claves de la Evolución
•
Origen de la célula procariota 3500- 3600 M
(M=Millones de años)
•
Origen de la célula eucariota 1500-1400 M
•
Origen de la fauna de animales pluricelulares 650
M
•
Fauna de la explosión cámbrica 570 M
•
Origen de los vertebrados terrestres 360 M
•
Extinción de los dinosaurios. La antorcha pasa de
los dinosaurios a los mamíferos 65 M
Origen de la Vida
• En 1924, el bioquímico ruso Alexander Oparin
publicó un libro que exponía su teoría sobre el origen de la vida en la sopa primordial prebiótica
• La teoría postulaba que la atmósfera primitiva de la tierra estaba compuesta por gases como metano
(CH4), amoníaco (NH3), hidrógeno (H2) y vapor de agua, estaba en contacto con el agua de los
océanos que aún estaban calientes, y expuesta a intensas lluvias, tormentas eléctricas y una fuerte radiación UV
• En esta atmósfera primitiva se habrían originado las primeras moléculas biológicas por condensación de gases que aportaban el carbono, nitrógeno y
El Experimento de Stanley Miller
• En 1953, los científicos americanos Harold Urey y Stanley
Miller realizaron, en base a lo descrito por Oparín, un
experimento de simulación de la atmósfera primitiva caliente (80ºC) y luego de varias semanas recolectaron y analizaron los compuestos sintetizados
• Con sorpresa, detectaron algunos aminoácidos simples
(glicina, alanina, aspartato), algunos ácidos orgánicos
(cianhídrico, fórmico, acético, láctico), urea y otros
Experimento de Stanley Miller (1953)
• En experimentos posteriores se han utilizado atmósferas que
contienen CO2, soluciones acuosas con ácido cianhídrico (HCN) y ácido fórmico (HCNO) y energía de rayos X, rayos γ, ultrasonido y/o radiación α y β y se han podido obtener hasta 10
aminoácidos, 4 bases nitrogenadas, ácidos tricarboxílicos, ácidos
grasos de hasta 10 carbonos y polisacáridos lineales y
•
En experimentos de simulación de
condiciones prebióticas, al mezclar en seco y
en caliente aminoácidos y nucleótidos en
presencia de polifosfatos y/o catalizadores
minerales, se encontró la formación de
polímeros de ellos
–
Aminoácidos péptidos
–
Nucleótidos ácidos nucleicos (RNA y
DNA)
La Evolución Prebiótica
•
Para formar una célula hay tres tipos de
moléculas indispensables:
1.- Moléculas autorreplicantes (portadoras de
información).
2.- Moléculas catalíticas (de gran eficiencia
biológica).
RNAs Autocatalíticos
• A inicios de los años 1980, en protozoos, se descubrió la existencia de diversos
RNA autocatalíticos,
capaces de auto-remover sus intrones, y de otros que catalizaban reacciones
sobre otras moléculas, las ribozimas (ribonucleasa P)
• Esto apoyó la concepción
del mundo de RNA en el
El Mundo de RNA
• Existen una serie de argumentos que
apoyan la teoría del mundo primordial donde la información residía en una molécula de RNA
– El RNA puede almacenar información genética
– Puede servir de molde para la síntesis de otras cadenas
complementarias de RNA
– Puede actuar como catalizador – Diversas ribonucleoproteínas
participan de la expresión génica y en el mantenimiento del genoma – Pequeñas moléculas de RNA
participan en la edición de otras de RNA como RNA guías
Moléculas Anfipáticas
• Características de las moléculas anfipáticas:
– 1. Pueden formar micelas o bicapas espontáneamente en agua.
– 2. Las bicapas crecen por adición de moléculas.
Surgimiento de Sistemas Aislados
• La posibilidad de aislar y mantener
juntas una serie de moléculas
permitió que se organizaran sistemas más complejos que funcionaban de manera coordinada
• El RNA tuvo la capacidad de generar polipéptidos
• Las proteínas generadas por un RNA,
Surgimiento de las Primeras Membranas y la
Compartimentalización
•
Las primeras membranas, fueron
probablemente sólo de lípidos. Estas
permitían separar ambientes y favorecer que
reacciones relacionadas se llevaran a cabo
más eficientemente por proximidad física y
condiciones termodinámicas favorables
•
Con el tiempo en la bicapa lipídica se
insertaron
proteínas
que cumplían funciones
•
El progresos de la evolución molecular,
permitió que los procesos metabólicos, como
la replicación o la degradación de
carbohidratos fueran enclaustrados en
compartimentos
haciéndolos más eficientes.
•
El surgimiento de ARN autoreplicantes
permitió la aparición de polímeros de
aminoácidos, con mayores y mejores
propiedades que el RNA
•
Surgen así las enzimas, que son los catalizadores
fundamentales de las células actuales
•
Posteriormente, se habría generado el DNA, molécula
químicamente más estable, que reemplazó al RNA
para la perpetuación de la información, que se
Flujo de la Información Genética Actual
U C C A A C G A C C A C G T T G TRANSCRIPCIÓN TRADUCCIÓN ADNARN Asp Ser Cys Val Gly
Proteínas
Las Primeras Células
•
Los ancestros de las células actuales, fueron
entidades muy simples y no existen vestigios o
pruebas de los estados previos a la formación de
estas células simples.
•
Los fósiles más antiguos de estructuras celulares
datan de unos 3600 millones de años atrás
•
Y se supone que la existencia de la sopa ancestral
y el surgimientos de biomoléculas y después de
polímeros con notables propiedades (síntesis
Tomado de http://museosvirtuales.azc.uam.mx/optosinapsis/estromatolitos/index.html
Las Primeras Células
•
Las primeras células fueron más simples que
un procariota actual, y dado que la atmósfera
carecía de oxígeno gaseoso, su metabolismo
era
anaerobio
•
Este
procarionte ancestral, anaerobio
fue
quimioheterótrofo,
debido a que obtenía
energía de la degradación de compuestos
orgánicos simples de la “sopa primordial”,
probablemente mediante una vía degradativa
similar a la actual glicólisis que genera etanol
y agua, y produce 2 ATP y 2 NADH (
vía
• Con el tiempo, y el agotamiento de los recursos orgánicos disponibles, creo una presión evolutiva que propició el
desarrollo de pigmentos, como la clorofila, que capturaban la luz visible y permitían la reducción o “fijación” del CO2
mediante la síntesis de compuestos orgánicos simples como los azúcares (fotosíntesis).
• Es posible que inicialmente el dador de electrones era el H2S
y generaba como producto azufre o sulfato. Con el tiempo, el H2O reemplazó al H2S lo cual generó O2 como producto y enriqueció la atmósfera en O2 transformándola en oxidante. Esto ocurrió hace unos 2700 millones de años cuando
Respiración Anaeróbica
• Proceso citoplamático que no requiere de la participación de oxígeno • Libera parcialmente la energía contenida en la glucosa (2 ATP netos)
• Llevada a cabo por organismos enaeróbicos (de preferencia)
• Utiliza el poder reductor, NADH, para producir ATANOL (fementación alcoholica) o ácido LÁCTICO (fermentación láctica) a partir del
piruvato, liberando CO2 y NAD+ que permite continuar el proceso • Desarrollado por microorganismos (levaduras, bacterias), y músculo
– C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Energía (acohólica)
Respiración aeróbica
•
Proceso de liberación total de energía contenida en
la glucosa con la participación de oxígeno
•
Se inicia con la vía glicolítica citoplasmática y
continua en la mitocondria (matriz)
•
Realizada por organismos Aeróbicos o facultativos
•
Conlleva la ruptura de todos los enlaces entre
átomos de C y la liberación de todos los de H
– C6H12O6 +6O2 +32Pi -2+ 32ADP-3 +32 H+ 6CO
2 + 34 ATP –4
La Teoría Endosimbiótica
• El registro fósil data en unos 1500 millones de años, el surgimiento de los primeros eucariontes, que provenían de un procarionte
ancestral
• Este procarionte, por medio de procesos de crecimiento y de invaginación de la membrana plasmática, habrían formado la
envoltura nuclear y un retículo endoplásmico y habría poseído un metabolismo anaerobio dando origen a un eucarionte ancestral
• Se discute si fue posterior o simultáneo (en tiempos evolutivos) a la
formación del núcleo, que ocurrieron varios eventos de endosimbiosis por este eucarionte ancestral. En esta incorporación, una bacteria tipo púrpura capaz de realizar glicolisis aerobia fue incorporada (en al menos dos eventos) al citoplasma lo que dió origen a las mitocondrias
