biología integrada i la célula y la vida biología integrada i la célula y la vida copyright 2008...
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Biología Integrada ILa Célula y la Vida
Biología Integrada ILa Célula y la Vida
Copyright 2008 © W. H. Freeman and Company
Oscar N. Ruiz, Ph.D.Oscar N. Ruiz, Ph.D.
Qué es vida? Cuales son los dos tipos de celular?Cuales son las diferencias entre procariotas y eucariotas a nivel celular?Cuales son las diferencias entre procariotas y eucariotas a nivel molecular?Por que la reproducción sexual?Cuales son los tres polímeros principales de la célula?Las mutaciones son beneficiosas o adversas?
La célula
Todo los organismos vivos están formados por células.
Unicelulares
Multicelulares
Hay dos tipos de célula
Procariótica = no tiene organelos rodeados por membranas dobles (1µm).
Eucariótica = tienen organelos rodeados por membrana (20 µm).
Puntos importantesSimbiontes microbianos han sido los mayores propulsores de la
evolución en los organismos complejos.
Endosimbiosis: es la simbiosis en la cual un huésped usualmente bacteriano vive dentro de un hospedero, representando el contacto mas intimo entre organismo. Endo=dentro; sim=juntos; biosis=viviendo
Simbiosis: relacion ecologica cercana entre individuos de dos especies.
La mitocondria y el cloroplastos son el resultado de eventos endosimbiontes. Probablemente los flagelos y cilios.
Transmisión de endosimbiontes mayormente por línea materna
Origen de la Célula Eucariota
Dos hipótesis:
– Fusión de una arquea y una eubacteria• Solo dos dominios celulares• Modelo de Endosimbiosis sencilla
– Fusion entre una arquebacteria y alfa-proteobacteria
• Modelo de endosimbiosis serial– El núcleo formado por la simbiosis de una bacteria
(espiroqueta) dentro de una arquea– Evento pre-mitocondrial
– Existencia de una célula eucariota primitiva• Tres dominios celulares (eucaria, arquea, bacteria)
Escala de Tiempo
Edad de la tierra 4,500 millones de años
Arqueas: ~4,000 millones de años– Fósil de un organismo: 3.5 billones de años
Origen de las cianobacterias: 2,800 – 3,400 millones de años– autótrofos– Atmósfera de oxigeno a 2.4 billones de años
Fósil eucariota: 2,000 millones de años– Posible evolución desde 2,700 millones de años– Pre-mitocondria: ~1,800 millones de años– ά-proteobacteria como endosimbionte: ~1,800 millones de años
Hipótesis de la fusión de una arquea y una bacteria
Proteínas de eucariotas se conglomeran con:– Arquebacterias: transcripción y traducción– Eubacterias: metabolismo
Modelo de endosimbiosis serial:– Giardia: no posee mitocondria, surgió en una edad muy
temprana y se separo de la filogenia eucariota al comienzo del arbol
• Amitocondriado primario– Mitocondria acurre luego del aumento en oxigeno
atmosferico
Hipótesis de la Célula Eucariota Primitiva
El núcleo es un endosimbionte con genes de bacteria y arquea debido a transferencia lateral– Formado por endosimbionte de arquea o bacteria
La célula huésped no era una bacteria– Tenia sistema membranoso
• producción de azucares y lípidos
• Receptores en la membrana citoplasmática
– Citoesqueleto (actina, tubulina, otros)• Fagocitosis
Procariotas no pueden fagocitar – Membranas y pared celular muy rígidas
Célula eucariota primitiva:
– Material genético era RNA
– Contiene RNA polimerasa dependiente de RNA
– Mecanismo de protección RNA de interferencias en eucariotas modernos
– Retro-transcripción
– Procesamiento del RNA (gene splicing)
– Mayor plasticidad del genoma– Retro-transposones
Puntos adicionales de soporteProcariotas perfeccionaron la producción de ATP
– Gradiente de protones en la membrana
Eucariotas perfeccionaron la interacción de proteínas del citoesqueleto con la membrana (traducción de señales)– Moduladas por calcio, calmodulin, fosfotidilinositol, otros
No se han identificado arqueas que puedan cargar un endosimbionte– exclusivo de los eucariotas (múltiples ejemplos recientes)
Presencia de eucariotas amitocondriados
No hay etapas evolutivas que demuestren la transición de una endosimbiosis de una proteobacteria en una arquea
Evolución del cloroplastoEndosimbiosis primaria de una cianobacteria por la célula
eucariota
~18% de los genes en plantas provienen de las cianobacterias– Muchos de estos genes se utilizan en varias funciones de las plantas
fuera del cloroplasto– Los genes del pre-plastidio fueron retenidos, transferidos al núcleo y
algunos perdidos– Proceso de transferencia de genes:
• Duplicación de los genes• Producción de gen funcional en el núcleo que se expresa en el citosol• Desarrollar secuencia de envió al cloroplasto• Genes cruciales de fotosíntesis y transporte de electrones se mantienen en
el cloroplastos
Muchos organismos han evolucionado de las plantas pero no tienen cloroplastos fotosintéticos.
Endosimbiosis Primaria
Endosimbiosis secundariaTransferencia lateral de cloroplastos entre linajes eucarioticos
– Explica la presencia de cloroplastos en protistos
– Ocurrió en protozoarios (ej. ameba) fagotróficos cuando absorbió un alga
– los cloroplastos derivados de endosimbiosis primaria:• Tienen dos membranas de la bacteria absorbida
– los cloroplastos derivados de endosimbiosis secundaria:• Tienen tres a cuatro membranas
• Algunos mantienen núcleos y citoplasmas vestigiales entre las membranas
• Nucleoformo entre la segunda y tercera membrana– Contiene ADN y su membrana nuclear– Citoplasma contiene sus propios ribosomas
• La cuarta membrana proviene del hospedero al engolfar
Endosimbiosis secundaria
ComentariosAl retener una alga unicelular como endosimbionte, la ameba
fagotrófica ha adquirido la habilidad de fotosintetizar.
El núcleo y citoplasma vestigial del endosimbionte se retuvo probablemente para mantener la función y reproducción del cloroplasto.
El genoma nuclear del endosimbionte es una versión compacta del genoma original solo con los genes necesarios para la función y control del cloroplasto.
Endosimbiosis recientesEstas endosimbiosis han surgido en los pasados 10 a 200
millones de años.
Endosimbiontes mutualistas producen el 15% de los nutrientes de muchos insectos.– Necesarios para reproducción y supervivencia
– Bacteriocito o micetocito: células hospederas– Estos genomas citoplasmáticos son análogos a los organelos– Son heredados por línea materna– Co-evolucionaron con su hospedero– Mutaciones son acumuladas mas rápidamente– Se reduce grandemente el tamaño del genoma y su composición de
codones– Ocurre perdida de genes y depende del hospedero para sobrevivir
• Perdida de funciones regulatorias y para responder a su ambiente
Características de la Célula
Material genético
– Procariotas: una molécula de DNA circular – Eucariotas: Múltiples cromosomas en el núcleo
Citoplasma: llena el interior de la célula
Membrana plasmática: encierra la célula
Teoría Celular
Todos los organismos están compuestos por células
La célula es la unidad viva mas pequeña
Las células se forman por la división de células pre-existentes
Tamaño de la Célula
Las células son pequeñas porque a medida que aumenta su tamaño su volumen aumenta mucho mas rápido.
– Aumenta el tiempo que toma la difusión
Visualización de la Célula
Resolución – la distancia mínima a la cual dos puntos pueden ser distinguidos como puntos separados – Microscopio compuesto – magnifica en etapas usando múltiples lentes.– Microscopio de transmisión de electrones- electrones son transmitidos a través de la muestra– Microscopio de rastreo de electrones - electrones son enviados contra la superficie de la muestra
Visualización de la Célula
La célula eucariótica
Todo los organismos vivos están formados por células.
Unicelulares
Multicelulares
Hay dos tipos de célula
Procariótica = no tiene organelos rodeados por membranas dobles (1µm).
Eucariótica = tienen organelos rodeados por membrana (20 µm).
Citoplasma
Es el material gelatinoso que encontramos dentro de la célula.
El citoplasma contiene los organelos y el citosol.
Citosol es la parte líquida.
La membrana celular
Las funciones de la membrana celular:
– Contener los componentes celulares– Regula el paso de sustancias hacia
dentro y fuera de la célula– Ayuda a mantener la forma de la
célula– Para comunicación con otras células
La membrana celular está compuesta por:
– una doble membrana de fosfolípidos– Proteínas
• Periferales (20 – 30%)• Integrales (70- 80%)
– Por cadenas de carbohidratos (oligosacáriodos, glucolípidos)
– Esteroides (colesterol, hopanoides)
Membrana Plasmática
Está compuesta por:– Fosfolípidos: son
moléculas anfipáticas, que se componen de:
• Un extremo polar (etanolamina)
• Un grupo fosfato• Glicerol• Ácidos grasos
El núcleo
El núcleo es el que controla el funcionamiento de la célula.Es una estructura esférica, que tiene un tamaño de 5µm.Está rodeado por la membrana nuclear.
– La membrana nuclear tiene unos poros que permite el movimiento de moléculas hacia el citoplasma
•Nucleolo•Cromosomas = están formados de DNA y contienen la información genética.
Cromosomas
El DNA en eucariótas está dividido en cromosomas lineales
– Existen como cromatina la mayor parte del tiempo– DNA asociado a histonas para formar el nucleosoma
Citoesqueleto
Red de fibras de proteínas que le dan la forma a la célula
– Filamentos de actina• Movimiento celular
– Microtúbulos• centríolos
– Filamentos intermedios
Citoesqueleto
Retículo endoplásmico
Hay 2 clases de retículo endoplásmico (RE).
– Rugoso = contienen los ribosomas y está envuelto en la síntesis de proteínas.
• Ribosomas = es donde ocurre la síntesis de proteínas. Están compuesto de RNA y proteínas.
– Liso = Es donde ocurre la síntesis de lípidos y también se encarga de la detoxificación de drogas. Aquí también se lleva acabo modificaciones químicas de las proteínas como lo son:
• glucosilaciones sencillas
• Enlaces disulfiros
Aparato de Golgi
Tiene la forma de un grupo de sacos, que son formados por membranas.Su función principal es la secreción de proteínas y lípidos.En este organelo las proteínas pueden sufrir modificaciones químicas complejas:
– Glucosilación– Lipoproteínas (una
proteína y un ácido graso)
Endosimbiosis
Teoría del Endosimbionte: sugiere que células procarióticas fueron engolfadas por células eucarióticas primitivas. El hospedero obtuvo grandes ventajas relacionadas a actividades metabólicas especializadas
Mitocondria
Es donde se lleva a cabo la respiración celular (ATP).
Tiene un tamaño de 2-8 µm.
Está formado por una doble membrana.
Mitocondria y Su Genoma
Es donde se lleva a cabo la respiración celular (ATP).
Tiene un tamaño de 2-8 µm.
Tiene un pequeño genoma
Célula Vegetal
Célula vegetal
La célula vegetal contiene unos organelos que no están presente en la célula animal.
– Cloroplasto = es donde se lleva a cabo la fotosíntesis
• Usa el CO2 para formar glucosa
Célula vegetal
La célula vegetal contiene unos organelos que no están presente en la célula animal.
– Pared celular está formada por celulosa y es una estructura rígida.
– Cloroplasto = es donde se lleva a cabo la fotosíntesis
• Usa el CO2 para formar glucosa
– Vacuola = se usa para almacenaje y transporte de sustancias. Este organelo está presente también en animales pero es de menor tamaño.
Cloroplasto
Vacuola
leucoplasto
La célula procariota
Pared Celular
La pared celular ayuda a mantener la forma de la bacteria y a evitar daño por la presión osmótica.
Esta estructura está presente en las células procariota y eucariota.
– Célula vegetal --- celulosa– Hongo --- quitina– Bacteria --- peptidoglícano
Célula Procariótica
El organismo mas simple• No tiene compartimientos
–gram-positivo–gram-negativo
»Susceptibilidad de la bacteria a antibióticos depende de la estructura de la pared celular.»Pared celular rígida de peptidoglícano
Estructuras formadas por la membrana
Mesosomas = son estructuras envueltas en el transporte de electrones, formación de la pared celular, septos, etc.Vacuola de gas = ayuda a que las bacterias puedan flotar. (Ej. Cianobacterias, Halobacterium) Vesículas fotosintéticasCarboxisomas = contiene ribulosa-1,5-bifosfato de carboxilasa que ayuda a la fijación de CO2. Cuerpos de inclusión = sirven para almacenar sustancias. (Glucógeno)
Cromosomas
El DNA en eucariota está dividido en cromosomas lineales
– Existen como cromatina la mayor parte del tiempo– DNA asociado a histonas para formar el
nucleosoma
Raven, J., Johnson,G., Singer, S., and Losos, G. 2004. Biology. 7 Edition. McGraw-Hill Science.
http://biotech-adventure.okstate.edu/low/teacher/basics/chromosome/index.htm
Dogma Central de la Expresión Genética
Raven, J., Johnson,G., Singer, S., and Losos, G. 2004. Biology. 7 Edition. McGraw-Hill Science.