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ORIGEN DE LA VIDA La edad se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida datan de 3800 millones de años El ambiente era reductor, los gases.

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1 ORIGEN DE LA VIDA La edad se calcula en 4600 millones de años y los vestigios de vida datan de 3800 millones de años El ambiente era reductor, los gases que abundaban eran el Metano (CH 4 ), Nitrógeno (N 2 ), Dióxido de Carbono (CO 2 ) y Amonio (NH 4 ) Para la evolución química de la vida se necesitaban cuatro requerimientos: Ausencia total o casi completa de Oxígeno libre Una fuente de energía Sustancias químicas Tiempo La tierra era un lugar con grandes cantidades de energía y el océano primitivo era una sopa de compuestos orgánicos formados por procesos inorgánicos En estas condiciones se sintetizaron las primeras moléculas biológicamente importantes a partir de aquellos gases y por efecto de las fuentes de energía: azucares, aminoácidos, bases púricas y pirimídicas, nucleótidos, ácidos grasos Este período conocido como el de la evolución química puede haber durado 1500 millones de años, casi una tercera parte de la historia de la Tierra

2 ORIGEN DE LA VIDA El siguiente paso fue la formación de grandes moléculas por polimerización de las pequeñas moléculas dando lugar a polipéptidos y polinucleótidos La interacción entre moléculas se incrementó a medida que su concentración aumentaba por la ausencia de oxígeno Esta acumulación sería el caldo de cultivo primitivo, luego estas moléculas se agregaron en una estructura membranosa infinidad de veces hasta que una de las combinaciones dio origen a la vida En el proceso de evolución química se podrían postular tres etapas: en la primera acumulación de moléculas orgánicas en el mar primitivo, en la segunda formación de conglomerados o complejos de moléculas orgánicas termodinámicamente más estables y en la tercera algunos de los agrupamientos pudieron adquirir una función o la capacidad de resistir a cambios del entorno Finalmente aprendieron a autorreplicarse mediante la formación de algún patrón primitivo

3 ORIGEN DE LA VIDA En la mayoría de las rutas abióticas de formación de compuestos orgánicos nitrogenados está el cianuro de hidrógeno Estas reacciones vienen provocadas por el calor (volcanes), la luz ultravioleta (radiación solar) o las descargas eléctricas (relámpagos)

4 ORIGEN DE LA VIDA Se puede admitir que las células o estructuras vivientes pueden haber surgido muchas veces a partir de materia inanimada en diferentes sitios y tiempos pero sólo un determinado linaje sobrevivió y de él descienden todos los organismos ahora presentes en la Tierra El requerimiento mínimo sería el de que pudiera potencialmente evolucionar hasta una célula completa El primer organismo fue muy simple pero tenía dos propiedades básicas que caracterizan la vida: podían metabolizar y por lo tanto transformar los nutrientes disponibles y podían autorreplicarse y por lo tanto transferir sus propiedades a su descendencia Quién tuvo la primacía en el origen de la vida, las proteínas o los ácidos nucleicos?

5 ORIGEN DE LA VIDA En las células vivas actuales la información genética se almacena en el ADN que transcribe su mensaje por medio del ARN que a su vez traduce en una secuencia específica de aminoácidos que se ensamblan en proteínas encargadas de casi todas las funciones vitales Sólo el ADN y ARN son capaces de autoduplicarse, quién fue el candidato? ARN Algunos ARN funcionan como enzimas (ribozimas) y pueden separar el ARN y sintetizar más moléculas de ARN Según el modelo del mundo del ARN la tierra prebiótcia dio origen a ARN autoduplicantes que habrían iniciado la síntesis de proteínas ARN proteína Cómo llegó el ADN a escena?

6 ORIGEN DE LA VIDA Quizás el ARN hizo copias bicatenarias de sí mismo que con el tiempo se trasformaron en ADN que es más estable por su conformación de doble hélice, en tanto que el ARN es más reactivo por ser monocatenario ADN ARN proteína En el mundo ADN/ARN/Proteínas el ADN se convirtió en la molécula de almacenamiento de información y el ARN sigue siendo la molécula de transferencia de la información ADN ARN proteína

7 ORIGEN DE LA VIDA Una vez desarrollado un sistema patrón, catalizadores y una membrana envolvente el proceso de la evolución celular es más comprensible Los primeros heterótrofos anaeróbicos que usaban compuestos orgánicos como fuente de energía y de carbono consumieron los nutrientes del caldo orgánico primitivo Surgieron entonces las primeras células autotróficas capaces de usar el dióxido de carbono y como resultado de una presión de selección : las primeras células fotosintéticas capaces de usar la luz como fuente de energía El agotamiento de compuestos orgánicos nitrogenados del caldo primitivo pudo haber conducido al desarrollo de la capacidad de fijar el nitrógeno atmosférico Las algas cianofíceas fotosintéticas fijadoras de nitrógeno constituyen la culminación de una adaptación metabólica

8 ORIGEN DE LA VIDA A partir de la síntesis de clorofilas se desarrolló el proceso de fotosíntesis lo que originó una explosión en la evolución de los organismos primitivos ya que se podía usar un fuente inagotable de energía (solar) Los organismos que predominaron en esta etapa fueron los fotótrofos anaerobios La fotosíntesis de las cianobacterias produjo grandes cantidades de oxígeno, la atmósfera se transformó en oxidante y los organismos que comenzaron a predominar fueron los aerobios A partir de este momento la evolución se sucede con mayor velocidad originando las primeras células eucarióticas y luego los organismos multicelulares A partir de la formación del ozono la vida comenzó a desarrollarse en la superficie en donde existían mayor cantidad de ambientes y por lo tanto permitía mayor diversidad biológica

9 ORIGEN DE LA VIDA Los primeros organismos primitivos eran termófilos, anaerobios, sin pared celular, sin citocromos, sin flagelos, producían la energía fermentativamente Debido a su simplicidad y escaso contenido enzimático, requerían que los nutrientes estuvieran preformados al igual que sus factores de crecimiento, lo cual era muy factible por la gran acumulación de sustancias A medida que se agotaban los nutrientes comenzaron a predominar las cepas que por mutación o selección estaban mejor dotadas enzimáticamente Se rodearon de pared celular

10 ORIGEN DE LA VIDA Las bacterias preceden a las células eucarióticas en la evolución, de acuerdo a las secuencias de aminoácidos de las enzimas respiratorias Representan un mundo muy antiguo y han podido persistir exitosamente a través de los tiempos debido a su distribución universal y a su gran poder de adaptación Se han comprobado microfósiles de más de 3000 millones de años Existen indicios de que hace 2000 millones de años ya se producía reducción desasimilatoria de sulfatos seguramente por bacterias

11 ORIGEN DE LA VIDA Principales acontecimientos de la evolución biológica La oxigenación de las cianobacterias fue un proceso gradual que llevó alrededor de 1000 millones de años La 5/6 del tiempo en que existe la vida sobre la tierra, corresponden a microbios procariotes

12 ARBOL FILOGENETICO UNIVERSAL La raíz del árbol representa la posición del antepasado común universal de todas las células Se ha establecido a partir de la secuenciación del RNA ribosómico (rRNA) Los datos apoyan una separación en tres dominios dos de los cuales contienen sólo representantes procarióticos (bacterias, actinomicetos y cianobacterias) y el otro eucariotas que incluyen hongos, protozoos, algas, plantas y células animales

13 ARBOL FILOGENETICO UNIVERSAL El dominio Bacteria incluye todos los procariotes causantes de enfermedades (patógenos) y la mayor parte de las bacterias del suelo, agua, tracto digestivo de animales y otros medios El dominio Archaea contiene a anaerobios incapaces de vivir al aire libre y desarrollan en condiciones extremas El dominio Eukarya incluye las algas, hongos y protozoos y las formas superiores animales y plantas

14 TAXONOMIA Y RELACIONES ENTRE ORGANISMOS VIVOS La taxonomía es la ciencia de la clasificación y está constituida por dos subdisciplinas la identificación y la nomenclatura La unidad taxonómica básica es la especie (colección de cepas) y los grupos de especies se reúnen en géneros (colección de especies que comparten propiedades principales que define dicho género) Luego se agrupan en familias que es el taxón superior que se usa de manera rutinaria en estudios taxonómicos de procariotas. A la nomenclatura se le asigna un nombre de género y otro de especie y se usa el sistema binomial de Linneo para designar animales y plantas La publicación oficial de registro de taxonomía es el International Journal of Systematic Bacteriology (IJSB) El Bergey´s Manual es el principal tratado de taxonomía de procariotes.

15 PANORAMA GENERAL DE LA MICROBIOLOGÍA El estudio de los microorganismos (MO) abarca: El estudio de las células vivas y como funcionan Trata sobre los MO capaces de existir en forma libre y se centra en el estudio de las bacterias Investiga acerca de la diversidad microbiana y la evolución Estudia lo que los MO hacen en su conjunto en el mundo Ayuda a comprender la biología de organismos superiores El estudio de la Microbiología se aborda como: Ciencia biológica básica: determina la naturaleza de los procesos característicos de la vida y da elementos para comprender algunas de las funciones celulares de animales y plantas Ciencia biológica aplicada: se ocupa de muchos problemas prácticas que son importantes en medicina, agricultura e industria.

16 EL IMPACTO DE LOS MICROORGANISMOS EN LAS ACTIVIDADES HUMANAS

17 Enfermedades: Diferentes enfermedades causadas por microorganismos del tipo: bacterias, virus o protozoos Producción de antibióticos Penicilina: Penicillium chysogenum. Cefalosporinas: Nocardia lactamdurans Tienamicinas: Streptomyces cattleya Epitenamicinas: Streptomyces flavogriseus Monobactamos: Pseudomonas mesoacidophila

18 Alimentos: Muchas de las cosechas que obtenemos son plantas pertenecientes a las leguminosas que viven estrechamente asociadas con unas bacterias especiales que forman en sus raíces estructuras llamadas nódulos (fijan nitrógeno atmosférico) Productos lácteos, como el queso, yogurt Las bebidas alcohólicas como la cerveza ( levaduras) Edulcorante artificial aspartamo de refrescos Uso de levaduras para fabricación de pan

19 Energía e industria: La mayor parte del gas natural (metano) es un producto de la acción bacteriana (bacterias metanogénicas) Procesos microbiológicos industriales que utilizan fuentes carbonadas de desecho de otras industrias, como principales ingredientes o suplemento para sus medios de cultivo a escala industrial ejemplo: licor de maceración del maíz el suero (producto de desecho de la industria lechera) Producción de antibióticos, enzimas, ácido cítrico, alcohol, aditivos como los aminoácidos etc.

20 Biorremediación: Utilización de Enterobacter cloaccae en la degradación de suelos contaminados con compuestos explosivos como el PETN. Tratamientos de aguas residuales

21 Toda aplicación tecnológica que utilice sistemas biológicos y organismos vivos o sus derivados para la creación o modificación de productos o procesos para usos específicos

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25 ESTRUCTURA CELULAR Todas las células tienen una membrana citoplasmática fina y flexible Una pared celular más rígida (salvo en animales) Dentro de la célula hay una complicada mezcla de sustancias y estructuras el citoplasma Los componentes mayoritarios del citoplasma además del agua: ribosomas, orgánulos varios, inclusiones, núcleo, nucléolo, iones inorgánicos, macromoléculas y precursores orgánicos

26 ESTRUCTURA CELULAR Este es un esquema donde se presentan los principales elementos estructurales de la célula y sus relaciones A la izquierda los intermediarios principales de los ciclos principales de obtención de energía de la célula fermentación y respiración Luego los monómeros y la relación con los polímeros que constituyen y su ubicación en la célula Finalmente los componentes celulares donde se encuentran presentes

27 CARACTERISITICAS DE LAS CELULAS PROCARIOTICAS Y EUCARIOTICAS CARACTERISTICAPROCARIOTEEUCARIOTE Tamaño de la célulaPequeño umMayor um Cuerpo nuclearSin membrana nuclear, sin mitosis Núcleo verdadero, membrana nuclear, mitosis DNAMolécula única; no en cromosomas Algunos o muchos cromosomas OrganelosNingunoMitocondrias, cloroplastos, vacuolas, otros Pared celularRelativamente delgada, péptidoglucano Gruesa o ausente, diferente químicamente Forma de movimiento Flagelos de tamaño submicroscópico, fibra única de proteína Flagelos o cilios de tamaño microscópico, patrón complejo de fibras

28 Célula de E. coli: La pared celular es una armadura rígida y su superficie exterior está revestida por LPS El material genético es un cromosoma único de DNA duplo helicoidal compacto Cada célula de E coli contiene cerca de ribosomas con dos subunidades mayor y menor que contienen 65% de RNA y 35% de proteínas Contiene gránulos de reserva (polímeros de azúcares) La porción soluble del citoplasma es muy viscosa y la concentración de proteína es muy elevada superando el 20%

29 Hepatocito: La pared es flexible y pegajosa, la membrana contiene las mismas cantidades de lípidos (bicapa) y proteínas El núcleo está rodeado de una envoltura perinuclear y el DNA está combinado con histonas y organizado en cromosomas, el nucleolo es rico en RNA Hay unas 800 mitocondrias de forma globular y ocupa el 20% del volumen citoplasmático, la matriz es rica en enzimas Complejo de Golgi consta de vesículas aplanadas y a veces apiladas, algunas se convierten en vacuolas que contiene productos de secreción Microcuerpos son vesículas que contiene enzimas de oxidación Lisosomas son vesículas que contiene enzimas hidrolíticas y actúan en la digestión Retículo endoplasmático son vesículas aplanadas que forman canales en el citoplasma y está recubierto de ribosomas

30 Célula vegetal: La pared es gruesa y rígida a modo de caja formada por celulosa unida por un cemento formado por azúcares y proteínas El núcleo, nucleolo y la membrana perinuclear son semejantes a los de las células animales Es característico su contenido en plastidios orgánulos rodeados de membrana, los que contiene clorofila se llaman cloroplastos Las mitocondrias son semejantes a las células animales en composición y contenido de enzimas Las vacuolas son características de las células vegetales y aumentan con la edad de la célula provocando que el citoplasma se comprima hacia la pared celular Retículo endoplasmático es similar al de las células animales pero los ribosomas son diferentes en tamaño y composición química

31 CARACTERISTICAS DE LA CELULA Auto-alimentación: toman sustancias del medio y las trasforman, liberan energía y productos de desecho Auto-replicación (crecimiento): dirigen su propia síntesis, crece y se divide formando dos células idénticas a la original Diferenciación: las células sufren cambios de forma o función como parte de su ciclo de vida Señalización química: responden a estímulos químicos o físicos del medio y en el caso de las móviles al estímulo ambiental o comunicarse con otras células por señales químicas Evolución: significa que hay cambios hereditarios que influyen en la adaptación global de la célula de modo positivo o negativo

32 PROCESOS MOLECULARES EN LA CELULA La célula se considera una maquina química cuyo motor son las enzimas y un dispositivo codificador que almacenan información y la convierten a la forma apropiada El código genético está constituido en la secuencia de nucleótidos que contiene la molécula hereditaria de DNA que se presenta como dos largas moléculas que se entrelazan formando una doble hélice El DNA experimenta dos trasformaciones: la replicación lo que permite que cada célula hija reciba un juega completo de instrucción genética y debe ser transcrita y traducida la secuencia de bases del DNA que determinará la secuencia específica de aminoácidos de la proteína La producción de proteínas requiere dos procesos: transcripción la formación del RNA mensajero que contiene una copia complementaria de la info genética almacenada en el DNA y la traducción el proceso de unión de los aminoácidos para formar proteínas que ocurre en los ribosomas estructuras formadas por RNA y varias proteínas

33 MUTACION Cuando una célula se convierte en dos es importante no solo que el contenido del DNA se duplique sino que se copie exactamente la secuencia precisa de bases del DNA Ocasionalmente ocurren errores en la copia llamados mutaciones que es un cambio permanente en la secuencia de nucleótidos que se trasmite a la descendencia El proceso de variación natural a través de mutaciones y los efectos derivados constituyen la selección natural que es la base del proceso de la evolución La célula tiene medios para controlar la expresión (trascripción y traducción) de sus genes de modo que no todos los genes se expresan con la misma intensidad


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