Biología de 2º de bachillerato - Telecable

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II) La célula 1) Origen de los seres vivos. Teoría celular 1-2 Polimerización de los monómeros. Es de destacar que las reacciones de polimerización se encuentran desplazadas normalmente en el sentido de los monómeros. En los seres vivos, la formación de polímeros es posible al encontrarse catalizada por enzimas. Pero las enzimas son también polímeros. ¿Cómo pudieron formarse entonces los polímeros constituyentes de los seres vivos? Se ha observado que cuando los adenilaminoácidos quedan absorbidos por ciertos minerales arcillosos, se polimerizan espontáneamente formando cadenas peptídicas de 50 o más elementos. También se ha observado en mezclas secas de aminoácidos una cierta tasa de polimerización espontánea a temperaturas entre los 60 o C y los 130 o C. En ciertas condiciones los polímeros así formados pueden llegar a tener hasta 200 aminoácidos. Muy probablemente se produjo uno de estos mecanismos u otro similar. Los polímeros, una vez formados, pudieron difundirse hacia las disoluciones acuosas e irse concentrando a lo largo de millones de años por un mecanismo similar a los estudiados en el punto anterior. 1-3 Formación de los coacervatos Las células se caracterizan por mantener un medio interno químicamente diferente del medio externo. Esto se consigue por la presencia de una membrana limitante entre ambos medios. Esta membrana impide que los componentes de la célula se diluyan y desaparezcan. Oparin estudió durante muchos años la tendencia a aislarse de las disoluciones acuosas de polímeros para formar coacervatos: pequeñas gotitas ricas en polímeros y separadas del medio acuoso por una membrana. Existen varias combinaciones de polímeros que dan lugar a la formación de coacervatos. Por ejemplo: las de proteína-hidratos de carbono, las de proteína solas y las de proteína-ácido nucléico. Las gotitas de coacervatos son no obstante inestables. Tienen tendencia a descender hacia el fondo de la disolución donde forman una capa no acuosa. Oparin descubrió que si dotaba a los coacervatos de moléculas que les permitiesen llevar un cierto metabolismo celular, se hacían más estables. Así, al añadir al medio la enzima fosforilasa, ésta se concentraba en el interior de las gotitas. Si posteriormente se añadía glucosa-1-fosfato, ésta se difundía hacía el interior y la enzima la polimerizaba formando almidón. El almidón se va añadiendo a la membrana de la gotita con lo que aumenta de tamaño. Cuando el coacervato es excesivamente grande se divide espontáneamente dando lugar a varias gotitas "hijas". La energía necesaria proviene del enlace rico en energía de la glucosa-1-fosfato. Si se le añaden al medio otras enzimas, los coacervatos se van transformando en estructuras con un metabolismo y una individualidad química que realizan intercambios de materiales y energía. Los coacervatos no son seres vivos pero poco les falta para serlo. Podríamos pensar que en el origen de la vida pudo pasar un proceso parecido y que poco a poco las "gotitas de vida" que tuviesen un metabolismo más adecuado "sobrevivirían" más tiempo y pudieron aumentar en tamaño y número. 1-4 Adquisición de la maquinaria genética. Se trata de algo para lo que no disponemos de modelos de laboratorio. Además, la complejidad del material genético y su gran diversidad no nos dan muchas pistas acerca de como pudo suceder el proceso. Es posible que los primeros coacervatos estuviesen constituidos por ADN u otros polinucleótidos que fuesen capaces de autoduplicarse y de traducirse a proteínas. Aunque la secuencia primaria de ésta fuese al azar, pudieron formar una membrana protectora que envolviese al ADN. Se pudo establecer así una relación mutua: el ADN se traducía a proteínas y éstas protegían al ADN formando una membrana a su alrededor. A partir de aquí ambas sustancias pudieron seguir una evolución conjunta. Esta hipótesis presenta la dificultad de que la traducción de las proteínas necesita en la actualidad J. L. Sánchez Guillén Página II-1-5
II) La célula 1) Origen de los seres vivos. Teoría celular de una compleja maquinaria química: varios tipos de ARN, ribosomas, enzimas, etc. Esto es, se necesitan proteínas para sintetizar el ADN y ADN para sintetizar las proteínas. Esta moderna versión de la paradoja del "huevo y de la gallina" puede resolverse contestando que la maquinaria genética debió de evolucionar conjuntamente a partir de mecanismos más simples que no existen en la actualidad, al haber sido eliminados por competencia con otros más perfeccionados. En resumidas cuentas, en algún momento se formó una asociación ADN, codificador de una proteína, que a su vez catalizaba la formación de un ácido nucléico y ambos evolucionaron conjuntamente. 2 - LA EVOLUCIÓN DE LOS ORGANISMOS PROCARIÓTICOS Los distintos pasos descritos hasta ahora debieron de dar lugar a los primeros seres vivos. Posiblemente se trató de organismos similares a las bacterias fermentadoras, como las actuales del género Clostridium, aunque naturalmente su maquinaria bioquímica sería mucho más simple. Estos organismos debieron de sobrevivir a base de fermentar los componentes orgánicos que se habían formado a lo largo de millones de años de evolución química. La disminución de la cantidad de materia orgánica, como consecuencia de los propios procesos de fermentación, debió de estimular el desarrollo de los primeros organismos fotosintéticos. Parece ser que la fotosíntesis basada en el SH 2 como fuente de hidrógeno y electrones, como lo hacen en la actualidad las bacterias del azufre, es anterior a la fotosíntesis basada en el H 2 O. Esta hipótesis se fundamenta en el hecho de que la atmósfera primitiva de la Tierra era rica en SH 2 . Además, la maquinaria bioquímica que se necesita para la fotosíntesis basada en el SH 2 es menos compleja que la fotosíntesis basada en la fotolisis del H 2 O. No obstante, la abundancia de H 2 O trajo este tipo de fotosíntesis. Los primeros organismos en dar este gran paso debieron ser similares a las cianobacterias, llamadas también algas verde-azuladas. Las cianobacterias actuales, como las del género nostoc, son organismos procariotas que forman colonias multicelulares de aspecto filamentoso. Durante 2000*10 6 años siguientes (hasta hace 1500*10 6 años) estos organismos revolucionaron la composición química de la atmósfera. La producción de oxígeno transformó la atmósfera reductora en una atmósfera oxidante y se formó además una capa de ozono (O 3 ) que filtró considerablemente los rayos ultravioleta. El oxígeno comenzó a concentrarse en la atmósfera en un porcentaje superior al 1% hace unos 2000*10 6 . Esto se sabe porque los granos del mineral de uranio llamado uraninita se oxidan rápidamente si la concentración de oxígeno es superior al 1%. El óxido de uranio así formado se disuelve en el agua y es arrastrado hacia los mares donde se mantiene en disolución. Efectivamente, sólo encontramos depósitos de uraninita en sedimentos que tiene una antigüedad superior a los 2000*10 6 años y no se encuentran cuando los estratos son más jóvenes. Un resultado similar lo proporcionan los estudios basados en la formación de los depósitos de óxido de hierro. 3 - EL ORIGEN DE LOS EUCARIOTAS Es difícil distinguir entre los microfósiles de hace miles de millones de años si son procariotas o eucariotas. Sabemos que ambos tipos de células se diferencian en su aspecto, tamaño, morfología, bioquímica, etc. J. L. Sánchez Guillén Página II-1-6
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