La evolución de las células, desarrollo de la información genética y desarrollo del metabolismo


La evolución de las células, desarrollo de la información genética y desarrollo del metabolismo.

El desarrollo de la información genética


La vida en la Tierra no podría existir hasta que apareciera una colección de catalizadores que podrían promover la síntesis de más catalizadores del mismo tipo. Las etapas iniciales de la vía evolutiva de las células presumiblemente centrada en las moléculas de ARN, que no sólo presentan superficies catalíticas específicas, sino que también contienen el potencial de su propia duplicación a través de la formación de una molécula de ARN complementario. Se supone que una pequeña molécula de ARN eventualmente apareció que fue capaz de catalizar su propia duplicación.

Evolución de las células: células típicas

Célula: células típicas
Las células bacterianas difieren de las células animales y las células vegetales de varias maneras. Una diferencia fundamental es que las células bacterianas carecen de organelos intracelulares, como mitocondrias, cloroplastos y un núcleo, que están presentes tanto en células animales como en células vegetales.

Las imperfecciones en la replicación del ARN primitivo probablemente dieron lugar a muchas moléculas de ARN autocatalíticas variantes. Moléculas de ARN que adquirieron variaciones que aumentaron la velocidad o la fidelidad de la autorreplicación, hubieran superado a otras moléculas de ARN menos competentes. Además, otras moléculas pequeñas de ARN que existían en simbiosis con moléculas de ARN autocatalítico experimentaron una selección natural por su capacidad para catalizar reacciones secundarias útiles tales como la producción de mejores moléculas precursoras. De esta manera, familias sofisticadas de catalizadores de ARN podrían haber evolucionado juntas, ya que la cooperación entre diferentes moléculas produjo un sistema que era mucho más efectivo en la autorreplicación que una colección de catalizadores de ARN individuales.

Otro paso importante en la evolución de la célula habría sido el desarrollo, en una familia de ARN auto-replicante, de un mecanismo primitivo de síntesis de proteínas. Las moléculas de proteína no pueden proporcionar la información para la síntesis de otras moléculas de proteínas como ellos. Esta información debe derivarse en última instancia de una secuencia de ácido nucleico.

La síntesis de proteínas es mucho más compleja que la síntesis de ARN, y no podría haber surgido antes de que un grupo de potentes catalizadores de ARN evolucionara. Cada uno de estos catalizadores presumiblemente tiene su contraparte entre las moléculas de ARN que funcionan en la célula actual: (1) había una molécula de ARN de información, similar al ARN mensajero (ARNm), cuya secuencia de nucleótidos se leía para crear una secuencia de aminoácidos; (2) hubo un grupo de moléculas de ARN adaptador, muy similar al ARN de transferencia (ARNt), que podría unirse tanto al ARNm como a un aminoácido activado específico; Y (3) finalmente, hubo un catalizador de ARN, muy similar al ARN ribosomal (ARNr), que facilitó la unión de los aminoácidos alineados en el ARNm por el ARN adaptador.

En algún momento de la evolución de los catalizadores biológicos, se formó la primera célula. Esto habría requerido la partición de los catalizadores biológicos primitivos en unidades individuales, cada una rodeada por una membrana. La formación de la membrana puede haber ocurrido de forma muy sencilla, ya que muchas moléculas anfífilas -megundo hidrófobo (repelente de agua) y semihidrófila (amante del agua) - se agrupan para formar láminas bicapa en las que las porciones hidrofóbicas de las moléculas se alinean en filas para formar el interior De la lámina y dejar las porciones hidrófilas para hacer frente al agua. Dichas hojas de bicapa pueden cerrarse espontáneamente para formar las paredes de pequeñas vesículas esféricas, al igual que las membranas bicapa de fosfolípidos de las células actuales.

Ácido esteárico: estructura y propiedades Estructura y propiedades de dos lípidos representativos

Ácido esteárico: estructura y propiedades
Estructura y propiedades de dos lípidos representativos. Tanto el ácido esteárico (un ácido graso) como el fosfatidilcolina (un fosfolípido) están compuestos por grupos químicos que forman "cabezas" polares y "colas" no polares. Las cabezas polares son hidrófilas o solubles en agua, mientras que las colas no polares son hidrófobas o insoluble en agua. Las moléculas de lípidos de esta composición forman espontáneamente estructuras agregadas tales como micelas y bicapas lipídicas, con sus extremos hidrófilos orientados hacia el medio acuoso y sus extremos hidrófobos protegidos del agua.

Tan pronto como los catalizadores biológicos se hicieron compartimentados en pequeñas unidades individuales, o células, las unidades habrían comenzado a competir entre sí por los mismos recursos. La competencia activa que siguió debe haber acelerado grandemente el cambio evolutivo, sirviendo como fuerza poderosa para el desarrollo de células más eficientes. De esta manera, surgieron células que contenían nuevos catalizadores, permitiéndoles utilizar moléculas precursoras más simples y abundantes para su crecimiento. Debido a que estas células ya no dependían de ingredientes preformados para su supervivencia, fueron capaces de extenderse mucho más allá de los ambientes limitados donde las primeras células primitivas surgieron.

Se supone a menudo que las primeras células aparecieron sólo después del desarrollo de una forma primitiva de síntesis de proteínas. Sin embargo, no es cierto que las células no pueden existir sin proteínas, y se ha sugerido que las primeras células contenían sólo catalizadores de ARN. En cualquier caso, las moléculas de proteínas, con sus cadenas laterales químicamente variadas, son catalizadores más potentes que las moléculas de ARN; Por lo tanto, a medida que pasaba el tiempo, surgieron células en las que el ARN servía principalmente como material genético, siendo replicado directamente en cada generación y heredado por todas las células de progenie con el fin de especificar proteínas.

A medida que las células se hicieron más complejas, habría surgido una necesidad para una forma más estable de almacenamiento de información genética que la proporcionada por el ARN. El ADN, relacionado con el ARN, pero químicamente más estable, probablemente apareció bastante tarde en la historia evolutiva de las células. Durante un período de tiempo, la información genética en secuencias de ARN se transfirió a secuencias de ADN, y la capacidad de las moléculas de ARN para replicar directamente se perdió. Sólo en este momento apareció el proceso central de la biología -la síntesis, una tras otra, de ADN, ARN y proteína-.

El desarrollo del metabolismo


Las primeras células presumiblemente se asemejaban a células procariotas en ausencia de núcleos y compartimentos internos funcionales, u orgánulos. Estas células primitivas también eran anaeróbicas (no requieren oxígeno), derivando su energía de la fermentación de moléculas orgánicas que previamente se habían acumulado en la Tierra durante largos períodos de tiempo. Eventualmente, evolucionaron células más sofisticadas que podían llevar a cabo formas primitivas de fotosíntesis, en las que la energía luminosa era aprovechada por proteínas ligadas a la membrana para formar moléculas orgánicas con enlaces químicos ricos en energía.

Un importante punto de inflexión en la evolución de la vida fue el desarrollo de procariotas fotosintéticos que requieren sólo agua como donador de electrones y capaz de producir oxígeno molecular. Los descendientes de estos procariotas, las algas verde-azuladas (cianobacterias), siguen existiendo como formas de vida viables. Sus antepasados ​​prosperaron hasta tal punto que la atmósfera se hizo rica en el oxígeno que produjeron. La libre disponibilidad de este oxígeno a su vez permitió que otros procariontes desarrollaran formas aeróbicas de metabolismo que eran mucho más eficientes en el uso de moléculas orgánicas como fuente de alimento.

Se cree que el cambio al metabolismo predominantemente aeróbico se produjo en bacterias hace aproximadamente 2 mil millones de años, aproximadamente 1,5 mil millones de años después de que las primeras células se hubieran formado. Las células eucariotas aeróbicas (células que contienen núcleos y todos los otros orgánulos) probablemente aparecieron hace unos 1.500 millones de años, y su linaje se ha ramificado mucho antes de los procariotas. Las células eucarióticas casi sin duda se volvieron aeróbicas al engullir procariontes aeróbicos, con los que vivían en una relación simbiótica.

Las mitocondrias encontradas tanto en animales como en plantas son los descendientes de tales procariotas. Más tarde, en las ramas del linaje eucariótico que conduce a las plantas y las algas, un azul-verde algaelike organismo fue engullido para realizar la fotosíntesis. Es probable que durante un largo período de tiempo estos organismos se convirtieron en los cloroplastos.

La célula eucariótica aparentemente surgió como una amalgama de células diferentes, convirtiéndose en el proceso una célula aeróbica eficiente cuya membrana plasmática fue liberada del metabolismo energético, una de las principales funciones de la membrana celular de los procariotas. Por lo tanto, la membrana celular eucariótica se pudo especializar para la comunicación célula a célula y la señalización celular. Puede ser en parte por esta razón que las células eucariotas fueron con el tiempo más éxito en la formación de complejos organismos multicelulares que sus parientes procariotas más simples.

TEMAS COMPLEMENTARIOS:

Célula: naturaleza y funciones de las células

División celular y crecimiento: duplicación del material genético y el ciclo de división celular

Diferenciación celular - El estado diferenciado, proceso de diferenciación y errores

Bibliografía:

Tórtora y Derrickson. Principios de anatomía y fisiología (onceava edición)

https://www.britannica.com

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Oleh

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