clase 3 procariontes y eucariontes
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Profesor: Dr. Adam Aguirre Ducler.
Junio 2008
Procariontes y Eucariontes.
Universidad Iberoamericana
Enfermería
Biología Celular
• Todas las formas de vida nacen de una o más células. • Las células se producen solamente de células preexistentes. • La célula es la forma de vida más pequeña.
Teoría Celular.
Características Universales de las Células.
• Todas las células guardan la información en un mismo código lineal (DNA).
• Todas las células usan la misma molécula intermediaria (RNA) para transcribir la información heredada.
• Todas las células usan proteínas en la catálisis.
• Las células requieren energía para replicar su información y para las funciones metabólicas.
• Todas las células están rodeadas por una membrana por la que pasan los nutrientes.
• Síntesis abiótica de las moléculas que forman la materia viva (aminoácidos, azúcares, lípidos, etc)
• Polimerización de estas moléculas sencillas en tipos de ácidos nucleicos y proteínas con propiedades autocatalíticas e informacionales
• Generación de sistemas de perpetuación del ácido nucleico
• Generación de compartimientos (membrana) que confinan los sistemas de reacción
• Individualidad y Autonomía
• Evolución Darwiniana
Evolución Prebiológica
Evolución Biológica
Evolución Química
Ancestro celular
Célula
Fotosíntesis Respiración aeróbica
Tierra primitiva
Gases
moléculas organicas pequeñas
macromoleculas membrana plasmática
Polimerización
captura de energía
enfriamiento
La Hipótesis del Mundo RNA.
Un RNA con actividad replicasa podría ser considerada la primera molécula de la vida.
Los RNA catalíticos (ribozimas) primitivas deben haber presentado una alta tasa de error - rápida evolución.
RNA dirige la síntesis de proteínas.
El DNA se transforma en la molécula de almacenamiento de la información (es más estable).
La proteínas toman las funciones catalíticas (son más versátiles).
Importante salto evolutivo.
Si el RNA esta encerrado dentro de un compartimiento, la proteína sintetizada queda restringida para su uso propio.
Bacteria y Archaea: los Procariontes.
Generalidades.
1. Las primeras células aparecieron en la Tierra hace unos 3.800 millones de años. El ambiente era cálido y reductor, la atmósfera no tenía O2 y estaba compuesta por CO2, nitrógeno, hidrógeno y vapor de agua. Los primeros microorganismos deben haber sido termófilos, anaerobios obligados, fotosintetizadores y/o fermentadores.
2. Al cabo de 1.500 millones de años, aparecieron las cianobacterias, que mediante la fotosíntesis enriquecieron en O2 la atmósfera del planeta. Mil millones de años más tarde aparecieron los primeros eucariontes.
3. Como consecuencia de la fotosíntesis, las condiciones ambientales cambiaron: la absorción del CO2 atmosférico disminuyó el efecto invernadero y el O2 liberado oxidó la corteza mineral y elevó la concentración atmosférica de ese gas al 21% actual. Los procariontes se diversificaron enormemente y colonizaron todo tipo de ambientes, aun los más extremos.
Los Procariontes pertenecen a dos reinos: las Eubacteria y la Arquebacterias
El hábitat de los Procariontes.
Los representantes del dominio Bacteria han colonizado hábitats muy diversos: aguas dulces y salobres, zonas calientes y frías, terrenos fangosos, fisuras de rocas, sedimentos marinos y el aire. Algunos se alojan como comensales, parásitos o simbiontes en distintos órganos de animales muy diversos, o persisten asociados con raíces y tallos de plantas, con hongos (líquenes) y protozoos.
Los integrantes de Archaea pueden habitar ambientes con condiciones extremas o moderadas. Algunos toleran temperaturas superiores a 100 °C (hipertermófilos) o inferiores a 0 °C (psicrófilos), concentraciones salinas muy superiores a las del agua del mar (halobacterias) y pH extremos. Pueden ser aerobios o anaerobios, estrictos o facultativos. Algunos son metanogénicos y habitan sedimentos marinos, de agua dulce y de pantanos.
Características de Bacteria y Archaea.
La longitud de las células procariontes varía de unas décimas a varias centenas de micrómetros; su volumen es menor al micrómetro cúbico. La alta relación superficie-volumen favorece el intercambio de nutrientes y productos de excreción entre el citoplasma y el medio que rodea a la célula. La respiración y la fotosíntesis tienen lugar sobre la membrana plasmática o sobre sus invaginaciones.
Las formas celulares de los integrantes de Bacteria son diversas: esferas pequeñas (cocos), ovoides (cocobacilos), cilindros rectos (bacilos), espiraladas y alargadas (espirilos y espiroquetas), bastones curvos (vibriones) y filamentos. Las formas más frecuentes de los representantes de Archaea son los bacilos y los cocos.
En la célula procarionte se puede diferenciar el citoplasma, la envoltura y los apéndices externos. El citoplasma contiene el material genético (DNA), los ribosomas e inclusiones. La envoltura está formada por la membrana plasmática, la pared celular y la cápsula. Son apéndices externos los flagelos, las fimbrias y los pili.
Los procariontes poseen un cromosoma formado por una única molécula circular de DNA de doble cadena, que se encuentra libre en el citoplasma. Puede haber además una o más moléculas pequeñas de DNA, también circular (plásmidos).
Una célula procarionte puede tener 10.000 ribosomas agrupados en polirribosomas a lo largo de moléculas de mRNA. La diferencia más importante entre los ribosomas de Bacteria y Archaea, que sustenta su separación en dos dominios diferentes, se encuentra en la secuencia de bases nitrogenadas de sus fracciones de RNA 16S.
Las inclusiones son gránulos formados por glucógeno, lípidos, polifosfatos, azufre o pigmentos fotosintéticos.
La membrana plasmática de los miembros de Bacteria es similar a la de los eucariontes, pero no posee colesterol ni otros esteroides. En los integrantes de Archaea, la membrana puede ser una bicapa si los lípidos se unen a un solo glicerol, o una monocapa más rígida si se unen a un glicerol por cada extremo. En ningún caso poseen colesterol.
Muchos procariontes secretan una capa mucilaginosa de polisacáridos (glucocáliz). Sus funciones parecen estar relacionadas con la adherencia y la conservación de agua, evitar la desecación y constituir un obstáculo a la fagocitosis y al ataque por parte de células del sistema inmunitario de los hospedadores.
Los flagelos otorgan movilidad a las bacterias. Las fimbrias permiten la adherencia a otras células o a superficies inertes. Los pili intervienen en el mecanismo de conjugación y en el intercambio de material genético.
Los procariontes se reproducen por fisión binaria. Durante este proceso ocurren mutaciones que, debido a la condición haploide de estos organismos, se expresan rápidamente y pueden ser seleccionadas o no por las fuerzas selectivas presentes. Esta característica, sumada a sus cortos tiempos generacionales, son los responsables de su gran adaptabilidad y diversidad. La conjugación, la transformación y la transducción son fuentes adicionales de variabilidad genética en los procariontes.
Los procariontes se reproducen por fisión binaria. Durante este proceso ocurren mutaciones que, debido a la condición haploide de estos organismos, se expresan rápidamente y pueden ser seleccionadas o no por las fuerzas selectivas presentes. Esta característica, sumada a sus cortos tiempos generacionales, son los responsables de su gran adaptabilidad y diversidad. La conjugación, la transformación y la transducción son fuentes adicionales de variabilidad genética en los procariontes.
EUCARIONTES.
Características.
Las células eucariontes, en general, son más grandes y complejos que las células procariontes, y sus genomas también son más grandes y complejos.
El tamaño mayor se acompaña por diferencias radicales en la estructura celular y la función. Muchas clases de células eucariontes forman organismos multicelulares.
Por definición, las células eucariontes mantienen su DNA en un compartimiento interno llamado NÚCLEO. La envoltura nuclear, una doble capa de membrana, rodea al núcleo y separa al DNA del citoplasma.
Las células eucariontes poseen citoesqueleto, un sistema de proteínas filamentosas que atraviesan el citoplasma y forman, junto a muchas otras proteínas que se unen a ellas, un “sistema de vigas, cuerdas, y motores” que da a la célula la resistencia mecánica, controla su forma y guía su movimiento.
Características principales de las células eucariontes.
• Cloroplastos y mitocondrias son de tamaño similar a las bacterias (procariotes).
• Las mitocondrias son pequeños organelos ubicados en el citoplasma, rodeados por una doble membrana, que captura O2 y aprovecha la energía obtenida de la oxidación de azúcares para producir la mayor parte del ATP que utiliza la célula.
• Ambos tienen una doble membrana, un remanente de un evento endosimbiótico.
• Ambos tiene DNA circular y similitud genética con las bacterias. • Ambos tienen sus propios ribosomas y maquinaria de síntesis proteica.
• Ambos tienen una organización bioquímica similar.
• Se acepta que las mitocondrias se generaron a partir de bacterias libres capaces de metabolizar el O2 (aeróbicas), que fueron incorporadas por una célula eucarionte ancestral anaeróbica.
Teoría Endosimbiótica.
1980, Lynn Margulis, Teoría de la Endosimbiosis:
Hace 1500 - 700 millones de años, un procariota grande o quizás un primitivo eucariota fagocitó o rodeo a un pequeño procariota.
El organismo grande y el pequeño entraron en una simbiosis en la cual ambos se beneficiaron.
La simbiosis bacteriana con un eucariota primitivo sería la principal etapa en la evolución de la célula eucariota.
El organismo grande pudo haber ganado un excedente de ATP, provisto por la "protomitocondria" o un excedente de azúcar provisto por el "protocloroplasto", y haber provisto al endosimbionte pequeño de un medio ambiente estable con nutrientes.
El origen de la mitocondria. Una célula eucarionte ancestral ingirió una ancestro bacteriano de la mitocondria, iniciando una relación simbiótica.
Cloroplastos. Esos organelos capturan la energía de la luz solar en las plantas y en algunos eucariontes unicelulares
El origen de los cloroplastos. Una célula eucarionte ancestral que ya poseía mitocondrias, ingiere una bacteria fotosintética (una cianobacteria) y es retenida de manera simbionte.
Eucariontes tienen genoma híbrido.
La información genética de los eucariontes tiene un origen híbrido, del eucarionte ancestral anaeróbico y de la bacteria que fue adoptada como simbionte.
La mayor parte de la información se almacena en el núcleo, pero una pequeña parte permanece en la mitocondria, y en el caso de las plantas en los cloroplastos.
El DNA de la mitocondria y del cloroplasto puede ser separado del DNA nuclear y analizado individualmente mediante secuenciación.
El genoma de las mitocondrias y cloroplastos es una versión reducida del genoma bacteriano correspondiente, carece de genes de funciones esenciales. Por ejemplo, en una célula humana, el genoma de la mitocondria consiste de sólo 16.569 pares de bases y codifica para 13 proteínas, 2 componentes del RNA ribosomal y 22 RNAs de transferencia.
Los genes que faltan de las mitocondrias y cloroplastos no se encuentran perdidos, de hecho, muchos de ellos se han movido desde el genoma simbionte al DNA de la célula huesped.
El DNA nuclear en humanos contiene muchos genes que codifican para proteínas que son esenciales en la mitocondria; en plantas, el DNA nuclear también contiene muchos genes que codifican para proteínas esenciales para el cloroplasto.
El genoma eucarionte es grande y es rico en DNA regulatorio.
Eucariontes no solo tienen más genes que los procariontes, también tiene más DNA que no codifica para proteínas. El genoma humano contiene 1.000 veces más pares de nucleotidos que el genoma de una bacteria típica, 20 veces más genes y cerca de 10.000 veces más DNA no codificante (98,5% del genoma humano es no codificante, al contrario del 11% de posee E. coli).
El DNA no codificante tiene importantes funciones, en particular en regular la expresión de genes adyacentes.
Un muy simple circuito de regulación génica: un gen regula su propia expresión por la unión de su proteína a su propia región regulatoria.
Procariontes Eucariontes
Organismos protistas, hongos, plantas y animales
Tamaño celular generalmente de 1 a 10 m generalmente de 5 a 100 m
Metabolismo anaeróbica aeróbico aeróbicoOrganelos pocos o ninguno núcleo, mitocondria, cloroplasto,
retículo endoplásmico, etc.
DNA DNA circular en el citoplasma moléculas de DNA lineal muy largas con regiones no codificantes y envoltura
RNA y proteínas síntesis del RNA y la proteína en el mismo compartimiento
el RNA se sintetiza en el núcleo y las proteínas en el citoplasma
Citoplasma sin citoesqueleto: ausencia de movimientos citoplasmáticos, endocitosis y exocitosis
citoesqueleto compuesto de filamentos proteicos; presentan movimientos citoplasmáticos, endocitosis y exocitosis
División celular cromosomas son separados por su unión a la membrana plasmática
los cromosomas son separados por tracción del huso mitótico (citoesqueleto)
Organización celular principalmente unicelular principalmente multicelular con diferenciación en muchos tipos celulares
bacterias y cianobacterias
Resumen:
