El Origen de la Vida
Aristoteles
(384 a.C. – 322 a.C.)
Observó que de los charcos secos (barro) rehidratados nacían peces!:
→ creía en la generación espontánea
Jan Baptiste van Helmont, belga, contemporáneo a Galileo
Pionero en la experimentación y en una forma primitiva de bioquímica
Fue el primero en aplicar principios químicos en sus investigaciones sobre la digestión
y la nutrición para el estudio de problemas fisiológicos.
Distinguió entre Gas y Aire: describió el CO2
Sostenía la teoría de la generación espontanea!
Jan Baptiste van Helmo
(1579-1644)
en Ortus Medicinae (1667). "... Las criaturas como los piojos, las garrapatas, las pulgas y los
gusanos son nuestros miserables huéspedes y vecinos, pero nacen de nuestras entrañas y
excrementos. Porque si colocamos ropa interior llena de sudor con trigo en un recipiente de boca
ancha, al cabo de veintiún días el olor cambia, y el fermento, surgiendo de la ropa interior y
penetrando a través de las cáscaras de trigo, cambia el trigo en ratones. Pero lo que es más
notable aún es que se forman ratones de ambos sexos y que éstos se pueden cruzar con ratones
que hayan nacido de manera normal... pero lo que es verdaderamente increíble es que los
ratones que han surgido del trigo y la ropa íntima sudada no son pequeñitos, ni deformes ni
defectuosos, sino que son adultos perfectos...”.
Lazzaro Spallanzani
(Italia, 1729 - 1799)
Físico (monografía: efecto “patito”),
biólogo, fisiólogo (reproducción, circulatorio),
traductor, sacerdote, etc…..
si carne en caldo de cultivo
se calentaba a 100 ºC en frasco cerrado,
no se pudría
(no ocurría crecimiento bacteriano),
Conclusión:
Para que haya crecimiento deben
entrar microorganismos del aire
Sus detractores argumentaron que el
aire (que él no dejaba pasar)
era necesario para la generación
espontánea…….
…pero abrió las puertas a Pasteur
Biogénesis: “Omne vivum ex vivo”
(“toda vida proviene de vida”)
si carne en caldo de cultivo
previamente se calentaba a 100 ºC,
no se pudría
(no ocurría crecimiento bacteriano),
por más que llegara aire al balón
(filtrado, of course, con algodón)
Louis Pasteur (pintura)
(1822 – 1895)
Desterró para siempre la Teoría
de la generación espontánea
Fue el primer en darse en cuenta que
en el aire había microorganismos!
Charles Darwin
(1809 – 1882)
Evolución biológica por selección natural
Pero también hipotetizó sobre el origen de la Vida:
La vida se originó en un "warm little pond, with all sorts of ammonia and phosphoric salts, lights, heat, electricity, etc. present, so that a
protein compound was chemically formed ready to undergo still more complex changes".
Agregando que: "at the present day such matter would be instantly devoured or absorbed, which would not have been the case before
living creatures were formed."
Alexander Ivanovich Oparin
(1894– 1980)
Teoría de la Sopa Primordial "Primordial soup" (1922):
No hay diferencias fundamentales entre la naturaleza química de la materia viva y la no viva.
Propuso condiciones pre-bióticas: atmósfera reductora con metano, hidrógeno y amoníaco
(como la del Sol, Júpiter y otros planetas), que por acción del sol → nutrientes orgánicos
→ “sopa orgánica” en la que luego se formaron “gotitas” o “coacervados” coloidales
formados por polímeros “+” y “-” (proto-células) que se reproducían por fisión binaria en
gotitas hijas (proto-células hijas).
Esos habrían sido los primeros organismos, que debían hacer un mínimo de biosíntesis
porque eran heterótrofos, mas simples metabólicamente que los autótrofos,
y por eso debieron haber surgido primero.
Propuso que las sustancias orgánicas simples se fueron complejizando hasta llegar a
estructuras auto-replicativas, proceso sujeto a selección natural.
1953, Universidad de Chicago
(presenció el seminario Carl Sagan,
que creará años después el programa de TV “Cosmos”)
simulación de
escenario prebiótico
Stanley Miller
(1930-2007)
Toma las ideas de
Darwin y de Oparin
Y las pone a prueba
experimentalmente
Productos: purinas, pirimidinas,
aminácidos (3 de los 20,
glicina el más abundante);
azúcares y alcanos en pequeña proporción
Luego Miller hizo variantes el experimento agregando S y P,
con éxito
Se supone que las bases nitrogenadas (junto con la ribosa y fosfato)
se habrán polimerizado (sin molde de ácido nucleico al principio)…………
arcilla
Cuál habrá sido el primer ácido nucleico abundante? DNA o RNA?
Intrones autocatalíticos, reliquias del mundo del RNA
Thomas Cech, Boulder, Colorado (Premio Nobel)
catalizado
por spliceososoma
mecanismo
similar a
remoción de
intrones tipo II
pero la parte
enzimática
reside en los
SNURPs
pre-mRNAs de mitoc de hongos/levad/plantas
pre-tRNAs de bact
pre-rRNAs de núcleo de Tetrahymena
pre-mRNAs de bact/mitoc
de plantas/cloropl
pre-mRNAs nucleares
eucariotas
peptidiltransferasa
rRNA 23 S de la subunidad grande ribosomal (50S) de E coli
Trabajos de Steitz, T. A. (premio Nobel)
"The complete atomic structure of the large ribosomal subunit at 2.4 Å resolution“ (2000)
Science 289:905.
si el RNA tiene propiedades catalíticas de splicing (corte y pegue de RNA)
y de polimerización de aa (peptidil transferasa)………
… tambien podría ser de (auto)replicación de RNA (polimerización a partir de rNTPs)
Hay modelos de ancestral ribozima con función de RNA replicasa sin intervención
de proteínas (un proto-ribosoma que adiciona tripletes complementarios desde un tRNA
(Poole et al, J Mol Evol 1998, primer review de BIBLIOGRAFIA)
P-lípidos →
membranas
Ribo-organismos
RT
DNA Pol
mejores
catalizadores
1ros ribosomas
4.000 MY
3.500 MY
Watson y Crick, 1953
1957: Dogma central de la biología (by Crick)
Dogma central de la biología modificado
en 1975 por David Baltimore
La tienen los virus con RNA
que no son retrovirus, los hongos
y las plantas
origen de la vida extraterrestre?
Murchison, Caido en Murchison, Australia
28 de septiembre de 1969
Peso: 100 kg; edad: 4650 millones de años
- Aminoácidos: glicina, alanina y ácido glutámico, isovalina y pseudoleucina
(mezcla de aminoácidos racémicos ) enriquecidos con 15N (→ no terrestres)
- Purinas y pirimidinas: Uracilo y Xantina enriquecidos en 14C (→ no terrestre)
- Mezcla compleja de alcanos (similar a los del experimento de Miller y Urey)
Compound class
Concentration
(ppm)
Amino acids
17-60
Aliphatic
hydrocarbons
>35
Aromatic
hydrocarbons
3319
Fullerenes
>100
Carboxylic acids
>300
Hydrocarboxylic
acids
15
Purines and
Pyrimidines
1.3
Alcohols
11
Sulphonic acids
68
Phosphonic acids
2
Muchos compuestos orgánicos en el meteorito,
Componentes de la vida, están también presentes
en otros planetas del sistema solar
Por lo tanto se cree que un meteorito similar
pudo haber caído hace miles de millones de años
en la Tierra trayendo de otros planetas ese tipo de
compuestos precursores de bio-macromoléculas
¿Cuál fue (cómo habrá sido) la primera célula, tal como la entendemos ahora
(con DNA y proteínas)?
Se cree que surgió hace 4.000 MY y luego derivó en :
LUCA (Last Universal Common Ancestor) 3.5 - 3.8 mil MY (Paleoarchean era)
P-lípidos →
membranas
Ribo-organismos
RT
DNA Pol
mejores
catalizadores
1ros ribosomas
4.000 MY
3.500 MY
Buscando las “primeras” células (derivadas del LUCA)
Carl Woese (1
En 1977 hizo, por primera vez, estudios de filo
del RNA ri
3 grandes “dominios”
Archae y Eukarya comparten:
el tipo de RNAPol, TBP, TFIIB
auto(lito)trofos
fotosínteticas
anaerobias
la fotosíntesis fue
una “invención”
bacteriana, primero
anaerobia
El agrupamiento de acuerdo a
estrategias metabólicas no se
corresponde con los patrones
de rRNA →
hubo diferentes tipos de metabolismo
en cada era evolutiva
Muchos de los unicelulares primitivos (eubacteria y archaea)
son hipertermófilos
Arbol consistente con la idea de las condiciones imaginadas
para un ambienre prebiótico primitivo:
“sopa caliente”, pobre en compuestos orgánicos, carente de
O2
¿Están todos los científicos de acuerdo? No
Qué dice Miller? Que el escenario pre-biótico es incompatible
con altas temperaturas, a las cuales las bases nitrogenadas
son inestables en tiempos relativamente cortos
Habitats calientes
“Vents” (aberturas por donde ventila vapor)
hidrotermales
Piso submarino en Océano Pacífico
2.600 m de profundidad
50 -95 ºC, 200 atm
CO2, N2, ¿H2?
“Vents” hidrotermales (imagen a mayor aumento)
Fauna en estos “vents”
Riftia Pachyptila is a giant tube-dwelling annelid discovered on hydrothermal vents at the Galapagos
in 1977. This tubeworm houses a dense population of intracellular, sulfide-oxidizing bacteria, which provide
the nutriments to the animal. The chemoautotrophic bacterial symbionts fix carbon dioxide from the ambient sea water
using the energy gained from oxidation of sulfide. Organic CO2 fixation products, mainly succinate and malate,
are secreted by the bacteria into the blood of the animal.
Microorganismos en estos “vents”
Methanococcus janaschii
Archeon metanogénico – utiliza H2
Genoma secuenciado (1.7 Mb) - 40% genes identificados en
esa época
Cluster de genes de síntesis de CH4
Simbionte del gusano Riftia pachyptila
Eubacteria
Metabolismo de fijación de CO2 (que proviene del gusano) y síntesis de compuestos orgánicos basado en
oxidación de -SH del gusano
En retribución, la bacteria le suministra compuestos orgánicos al gusano, que no tendría disponibles de otro
modo
No pudo ser cultivado
Science (1996) 273: 1058-73
Complete Genome Sequence of the Methanogenic
Archaeon, Methanococcus jannaschii
Carol J. Bult, Owen White, Gary J. Olsen, Lixin Zhou, Robert D. Fleischmann, Granger G. Sutton, Judith A.
Blake, Lisa M. FitzGerald, Rebecca A. Clayton, Jeannine D. Gocayne, Anthony R. Kerlavage, Brian A.
Dougherty, Jean-Francois Tomb, Mark D. Adams, Claudia I. Reich, Ross Overbeek, Ewen F. Kirkness, Keith
G. Weinstock, Joseph M. Merrick, Anna Glodek, John L. Scott, Neil S. M. Geoghagen, Janice F. Weidman,
Joyce L. Fuhrmann, Dave Nguyen, Teresa R. Utterback, Jenny M. Kelley, Jeremy D. Peterson, Paul W.
Sadow, Michael C. Hanna, Matthew D. Cotton, Kevin M. Roberts, Margaret A. Hurst, Brian P. Kaine, Mark
Borodovsky, Hans-Peter Klenk, Claire M. Fraser, Hamilton O. Smith,
Carl R. Woese, and J. Craig Venter
The complete 1.66-megabase pair genome sequence of an autotrophic
archaeon, Methanococcus jannaschii, and its 58- and 16-kilobase pair
extrachromosomal elements have been determined by whole-genome
random sequencing. A total of 1738 predicted protein-coding genes were
identified; however, only 38%) could be assigned a putative cellular role
with high confidence.
Although the majority of genes related to energy production, cell division,
and metabolism in M. jannaschii are most similar to those found in Bacteria,
most of the genes involved in transcription, translation, and replication in M. jannaschii
are more similar to those found in Eukaryotes.
Revistas especializadas en
extremófilos
Sus proteínas son interesantes de estudiar para hacer
ingeniería de proteínas (artificiales, p ej con actividades
catalíticas superadoras)
otro habitat subterráneo
que dio lugar a una nueva disciplina:
La GEOMICROBIOLOGIA
Hell's bacterium: Bacillus infernus , hallada por la compañía TEXACO
dwells 2.7 kilometers down, at over 60°C, without oxygen.
Organotrofo, usa compuestos orgánicos en las rocas, “respiran” pero sin O2
Tiene citocromos; Fe3+ o Mn2+ como útimo aceptor de electrones
No pudo ser cultivado
Se calcula que la biomasa subterránea es similar a la de la superficie!
Tipos de eucariotas organotrofos
de acuerdo a su metabolismo aerobio o anaerobio
hidrogenasa
ejemplos: Giardia, Entoameba
ejemplos: Trichomona, Nyctotherus
(anaerobios)
interesante: tienen resabios de genes (anaerobios). Generan H2
productores de H2
ejemplos: todos los eucariotas aerobios
TEORIA ENDOSIMBIOTICA PARA EXPLICAR EL ORIGEN DE
LAS PRIMERAS ORGANELAS EN EUCARIOTAS
Lynn Margulis (1938 – 2011),
esposa de Carl Sagan
anaeróbica MITOC
La teoría implica pasaje
al núcleo, durante la evolución,
de la mayoría de los genes de la
organela (mecanismo desconocido),
antes procariota de vida libre
y por lo tanto con una batería
completa de genes
HIPOTESIS ALTERNATIVA DE MARTIN & MULLER (1998)
eubacteria heterotrofa
c
archeon autotrofo
host = hospedador
simbionte
metabolismo versátil (tiene
ciclo Krebs, fosforil oxid. e
hidrogenasa)
escasez de H2 ambiental
reversión del metabolismo
del host (pasa de autotorofo a
heterotrofo)
mitocondria
o hidrogenosoma
según si hay 02 o no
Este modelo no explica mecanismo de adquisición de núcleo, pero es cierto que la de Margulis
tampoco. Tampoco contempla migración de genes de receptores (de sustancias orgánicas)
del simbionte al genoma del host, ni diferente composición de lípidos de membrana entre
archeones y eukas.
ejemplo contemporáneo
de simbiosis generada
por dependencia metabólica
de H2:
Nyctotherus ovalis,
eucariota unicelular anaerobio,
ciliado, que vive en el intestino
de las cucarachas,
mostrando sus hidrogenosomas
(esferitas en el citoplasma) y
Metanococcus janaschii
(puntitos negros)
aprovechando el H2 liberado
aunque en esta simbiosis,
el archeon es el simbionte
y no el host
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