Unidad: Origen de la vida y evolución Del espacio a las células

Evolución Geológica No se puede decir mucho de los dos primeros tercios de la historia del Universo, sólo que, en algún momento, se formó una galaxia espiral que llamamos Vía Láctea.

En uno de sus brazos se condensó una estrella, nuestro Sol

Hace unos 4.500 millones de años alrededor del sol quedaron, girando, diversos cuerpos, entre ellos, la Tierra

Entre 4.500 millones y 4.000 millones de años a.c. La corteza terrestre, aún sometida en su superficie a temperaturas de alrededor de 100 grados.  El vapor de agua desprendido de aquella masa terrestre primigenia, formó una atmósfera que al enfriarse empezó a dejar caer agua, en forma de enormes lluvias torrenciales,

La lluvia de cometas, con sus enormes núcleos de hielo, sobre la primitiva corteza terrestre, y el agua procedente de las reacciones químicas del interior de la tierra, aflorada en forma de vapor por fenómenos de vulcanismo, formaron un capa de agua de pocos metros de espesor que cubrieron casi todo el planeta.

Mar primitivo hace unos 3.500 millones de años se iniciara la vida Para algunos científicos, estas aguas eran al principio dulces. Según otros investigadores, en la atmósfera primigenia, aparte de vapor de agua, había otros gases como el clorhídrico, que generaron una lluvia ácida, que al contactar con una corteza terrestre caliente, rica en sodio, formó el cloruro sódico, responsable en gran parte de la salinidad del mar.    .

Evolución Química Entre la formación de los mares hace 4.000 millones de años atrás y la aparición de las primeras células hace unos 3.500 millones de años, los océanos primitivos recién formados evolucionaron hasta producir la condiciones químicas necesarias para la vida La atmósfera primitiva de la tierra estaba compuesta por gases como metano (CH4), amoníaco (NH3), hidrógeno (H2), vapor de agua y en contacto con el agua de los océanos que aún estaban calientes, y expuesta a intensas lluvias, tormentas eléctricas y una fuerte radiación UV provocaron la formación de moléculas orgánicas

El origen de la vida “Oparin” 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

En esta atmósfera primitiva se habrían originado las primeras moléculas biológicas por condensación de gases que aportaban el carbono, nitrógeno y oxígeno y con la energía de la radiación UV y eléctrica

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 compuestos orgánicos simples (formaldehído y sarcosina)

Primeras Macromoléculas Biológicas 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 nucleícos (RNA y DNA)

Evolución Prebiótica Para formar una célula hay tres tipos de moléculas indispensables: Moléculas autorreplicantes (portadoras de información). Moléculas catalíticas (de gran eficiencia biológica). Moléculas anfipáticas (capaces de crear ambientes aislados).

Moléculas Autoreplicantes: RNAs Autocatalíticos A inicios de los años 1980, se descubrió la existencia en protozoos 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 mundo prebiótico

El Mundo de RNA Todos los biólogos acuerdan en que la forma ancestral de vida necesitaba un rudimentario manual de instrucciones que pudiera ser copiado y transmitido de generación en generación. La propuesta más aceptada es que el ARN habría sido el primer polímero en realizar las tareas que el ADN y las proteínas llevan a cabo actualmente en las células.

Por errores de copia en su duplicación habría aparecido una inmensa variedad de ARN; más tarde, estas moléculas pasaron a ejercer control sobre la síntesis de proteínas. En una etapa ulterior, las proteínas habrían reemplazado al ARN en la función de acelerar las reacciones químicas. Mediante un proceso aún no esclarecido, la función de almacenar la información genética habría sido transferida del ARN al ADN, que es menos susceptible a la degradación química.

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 Múltiples virus poseen un genoma de RNA de simple o doble hebra

Moléculas Anfipáticas Características de las moléculas anfipáticas: Pueden formar micelas o bicapas espontáneamente en agua 2. Las bicapas crecen por adición de moléculas. 3. Pueden englobar a otras macromoléculas, creando sistemas cerrados y aislados

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, permanecían con él y evolucionaban en conjunto hacia interacciones más eficientes

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 de transporte de iones y compuestos hidrofílicos y polares que no pueden atravesarla libremente

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.

Síntesis Prebiótica 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 transformó en información genética