Origen de la vida y Teoría Celular

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ORIGEN CELULARY TEORIA
CELULAR
Fundamentos de Bioquímica I.
Programa académico de Fisioterapia.
Hipótesis sobre el origen de las células
❑ CREACIONISTA (carácter religiosa)
❑ EVOLUCIÓN PREBIÓTICA
❑ ORIGEN EXTRATERRESTRE (meteoritos)
Sobre ninguna existen pruebas concluyentes
ORIGEN DE LAS CÉLULAS
NIVELES DE O2 EN 
LA ATMÓFERA(%)
TIEMPO 
(MILES DE 
MILLONES 
DE AÑOS)
Formación de 
océanos y 
continentes
Formación de 
la Tierra
primeras 
células 
vivientes
Primeras células 
fotosintéticas
Primeras fotosíntesis 
con ruptura de agua 
y liberación de O2
Seextiende la 
respiración 
aeróbica
Origen de las células 
fotosintéticas 
eucarióticas
Primeras plantas y 
animales multicelulares
Primeros vertebrados
Tiempo presente
Comienzo de rápida 
acumulación de O2 y 
subida del uso de Fe2+ en 
los océanos
Hechos importantes en la evolución de la vida en la Tierra
PROBABLEMENTE LAS PRIMERAS 
CÉLULAS ANCESTRALES ERAN SISTEMAS 
AUTO-REPLICANTES PRIMITIVOS 
BASADOS EN ARN Y POLIPÉPTIDOS
RUDIMENTARIOS,
QUE POSTERIORMENTE EVOLUCIONARON A 
SISTEMASAUTO- REPLICANTES BASADOS EN EL 
ADN Y LAS PROTEÍNAS, CON EL ARN COMO 
INTERMEDIARIO
Sistemas basados en ARN
Péptidos 
rudimentarios
Sistemas basados en ARN y proteínas
Evolución de ARNs
adaptadores
Evolución de enzimas que crean 
ADN y hacen copias de ARN a 
partir de él
Células actuales
PROBABLE EVOLUCIÓN DE LOS 
SISTEMAS DE INFORMACIÓN 
CELULAR
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CONCEPCIÓN DE LA EVOLUCIÓN CELULAR EN LA DÉCADA DE 
LOS SESENTAS
VISIÓ
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◼ Predominante hasta la década de los años 70
◼ Larga evolución prebiótica
◼ Las primeras células vivas similares a las 
procarióticas actuales
◼ Las células eucarióticas habrían surgido 
recientemente a partir de los procariotes
EL DESCUBRIMIENTO DE ORGANISMOS EXTREMÓFILOS UBICADOSEN EL DOMINIO 
ARCHAEA REVOLUCIONÓ LAS IDEAS SOBRE EL ORIGEN DE LAS LÍNEAS CELULARES EN LA 
DÉCADA DE LOS AÑOS 80
Sulfolobus acidocaldarius
Methanococcus 
jannischiiwas
Halobacterium salinariumis
La archeobacteria Thermoplasma acidophilum tiene propiedades 
inusuales en un procariote
◼ Crecimiento a 59ºC y pH 2
◼ Lípido de membrana: poliisoprenoide de 40C 
unido a glicerol por enlace éter
◼ No tiene pared celular
◼ Crecimiento inhibido por citocalasina B 
(citoesqueleto?)
◼ Proteína Hta unida fuertemente al ADN 
a semejanza de las histonas
◼ Material genético con estructuras como
nucleosomas: 4 moléculas de Hta unidas a 40
pares de bases del ADN
COMPARACIÓN DE LOS TRES DOMINIOS DE LA VIDA
CARACTERÍSTICA BACTERIA ARCHAEA EUKARYA
Envoltura nuclear Ausente Ausente Presente
Compartimentación Ausente Ausente Presente
Peptidoglucano en la 
pared celular
Presente Ausente Ausente
Lípidos de membrana
Hidrocarburos no 
ramificados
Hidrocarburos
algunos 
ramificados
Hidrocarburos no 
ramificados
RNA polymerasa Una clase Varias clases Varias clases
Aminoácido iniciador en la 
síntesis de proteínas formil-metionina metionina metionina
Intrones Ausentes
Presentes en 
algunos genes
Presentes
Especificidad de 
antibióticos
Crecimiento 
inhibido por
estreptomicina 
y cloranfenicol
No inhibido por
estos 
antibióticos
No inhibido por
estos 
antibióticos
VISIÓN DE LA DÉCADA DE LOS AÑOS 80 SOBRE LA EVOLUCIÓN
CELULAR
◼ Las células surgieron muy temprano en la historia de la Tierra
◼ Las células vivas divergieron muy temprano en tres linajes: 
archaebacteria, eubacteria y urkaryota (línea nuclear-
citoplasmática)
◼ Los eucariotes surgieron por repetidas fusiones de por lo menos 
dos de esos linajes
◼ Ford-Doolittle, W. (1980); Woese, C.R. (1981)
VISIÓ
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◼ El origen polifilético de las líneas celulares propuesto 
por Woese y otros ha sido cuestionado en los años 90
◼ La comparación de los ARN ribosomales 16S ha sido 
criticada como evidencia
◼ Se propone la comparación de ARN ribosomales 5S 
como metodología de mayor validez
◼ Se han propuesto nuevos modelos para el árbol de la
vida
ÁRBOL DE LA VIDA SEGÚN HORI (2003) CON BASE EN EL ARN 
RIBOSOMAL 5S
TEORÍA 
ENDOSI
MBIÓTIC
A SOBRE 
EL 
ORIGEN 
DE 
ORGANE
LOS 
EUCARIÓ
TICOS 
(Lynn
Margulis)
Lynn Margulis
POSIBLE ORIGEN EVOLUTIVO DE LA 
COMPARTIMENTACIÓN Y DE LAS 
MITOCONDRIAS Y CLOROPLASTOS
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◼ El ARN ribosomal 16S de los cloroplastos muestra gran 
afinidad con el ARN ribosomal 16S de cianobacterias
◼ Los ARN ribosomales mitocondriales son de 
naturaleza procariótica
◼ Los ribosomas de mitocondrias y cloroplastos son 
inhibidos por los mismos antibióticos que inhiben la 
síntesis proteica en ribosomas bacterianos
◼ Los ADN de mitocondrias y cloroplastos no están 
unidos a histonas, como los bacterianos
ALGUNOS ORGANISMOS PARECIERAN SER LOS ESLABONES ENTRE LOS 
ANCESTROS SIN COMPARTIMENTACIÓN Y ORGANELOS Y LOS ORGANISMOS 
EUCARIÓTICOS ACTUALES
◼ La bacteria con núcleo
Gemmata obscuriglobus
◼ La cianobacteria con
clorofila b Prochloron 
didemni
◼ El cianelo del biciliado 
nadador Cyanophora 
paradoxa
G. obscuriglobus P. didemni
C. paradoxa
¿El último ancestro común de los eucariotes (LECA) podría haber 
surgido de la fusión de archeobacterias y eubacterias ancestrales 
junto con sus virus?
Si el citoplasma de LECA provino de 
archeobacterias explicaría las 
similitudes de las células eucarióticas 
en los sistemas informacionales, 
incluyendo la síntesis de proteínas, 
con las archeobacterias.
Las fusiones con eubacterias 
explicarían las similitudes de rutas 
metabólicas fundamentales entre 
procariotes y eucariotes (tranferencia 
horizontal de genes, HGT)
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El descubrimiento de los 
mimivirus ha suscitado la 
posibilidad de que virus 
gigantes hayan contribuido a 
la formación del núcleo
eucariótico
Jean-Michel Claverie and Chantal Abergel, Trends in Genetics 26 (2010) 431–437
“Las células, por su pequeño tamaño,
sólo pueden observarse con la ayuda de
un microscopio”.
Descubrimiento de la célula
Robert Hooke (Londres 1655) 
(Royal Society of London)
Primeros Microscopios Ópticos 
(XVI)
✓Las plantas estaban hechas de
células.
Matthias Schleiden
Alemania 1838
Theodor Schwann
Alemania 1839
✓ las células de plantas y animales son 
estructuras similares.
Rudolf Virchow 
Alemania 1855
✓ Las células sólo pueden originarse
pordivisión de una célula
preexistente.
La TeoríaCelular
“Identifica la unidad básica de todo organismovivo”
➢Todos los organismos están compuestos de una o 
más células.
➢La célula es la unidad estructural de la vida.
➢Las células sólo pueden originarse por división de 
una célula preexistente.
1. La célula ES LA UNIDAD ESTRUCTURAL de la materia viva, y una célula puede ser
suficiente para constituir un organismo.
2. La célula ES LA UNIDAD FISIOLÓGICA DE LA VIDA. Las funciones vitales de los
organismos ocurren dentro de las células, o en su entorno inmediato,
controladas por sustancias que ellas secretan.
3. Cada célula ES UN SISTEMA ABIERTO, que intercambia materia y energía con su
medio.
4. Cada célula contiene toda la información hereditaria necesaria para el control de
su propio ciclo y del desarrollo y el funcionamiento de un organismo de su
especie, así como para la transmisión de esa información a la siguiente
generación celular. Así que la célula también ES LA UNIDAD GENÉTICA.
Principios del Concepto Moderno dela Teoría 
Celular
LACÉLULA
Características Generales
✓ Es la unidad estructural y funcional más pequeña
de los organismos.
✓ Pueden ser aisladas y cultivadas en el laboratorio
crecimiento in vitro (células HeLa (Henrietta 
Lacks_George Gey_1950).
✓ Poseen una alta complejidad y organización.
✓ Realizar reacciones químicas (metabolismo 
celular).
✓ Obtienen y utilizar energía.
✓ Están construidas de acuerdo conun programa
genético.
✓ Son capaces de reproducirse.
✓ Responden a estímulos externos e internos de 
naturaleza física, química o biológica.
✓ Se autorregulan.
Dos Clases de Células 
FundamentalmenteDiferentes
Se diferencian por su tamaño y tipos de estructuras internas u organelos
Procariotes
(Bacterias)
Eucariotes
(Protistas, Hongos, C. Vegetales y C. Animales)
Las propiedades que comparten reflejan que las células eucariotas casi con
certeza evolucionaron a partir de ancestros procariotas.
CELULASEUCARIOTAS
• Mayor tamaño (diámetro de 10 a 100 μm).
• Contiene una serie de organelas con un conjunto característico de 
biomoléculas y se especializan en funciones específicas.
•
• La mayoría de los organelas son componentes del sistema 
endomembranoso, un conjunto de membranas internas interconectadas 
que dividen la célula en compartimentos funcionales (retículo 
endoplásmico, el aparato de Golgi, el núcleo y los lisosomas). Se encarga 
del transporte moléculas a través de las células, y hacia adentro y fuera de 
éstas.
• Poseen varios componentes sin membranas (ribosomas y el citoesqueleto).
• Cada tipo celular posee sus propias características estructurales y
propiedades funcionales propias
MEMBRANA PLASMÁTICA
1. Compartamentalización
2.Andamiaje para actividades 
bioquímicas.
3.Provisión de una barrera con 
permeabilidad selectiva.
4. Transporte de solutos.
5. Respuesta a señales externas.
6. Interacción celular.
Generalidades:
• Ensamblaje en forma de bicapa de lípidos y proteínas unidos por enlaces no 
covalentes.
• Impide el desplazamiento aleatorio de materiales hidrosolubles hacia
dentro y fuera de la célula.
• Su composición específica contribuye con las actividades especializadas de 
cada tipo de membrana, organismo y tipo celular.
RETICULOENDOPLASMICO
✓Sistema de túbulos, vesículas y sacos
membranosos interconectados.
✓Constituye más de la mitad de las membranas 
totales de una célula.
✓Encierran un espacio interno denominado luz
del RE, también denominado cisternas.
✓Existen dos formas de retículo endoplásmico: 
RE rugoso (RER) y RE liso (REL).
APARATO DEGOLGI
(Complejo deGolgi)
• Está formado por vesículas membranosas en 
forma de saco, grandes y aplanadas (cisternas).
• Participa en el empaquetamiento y en la 
distribución de productos celulares hacia los 
compartimentos internos y externos.
• Tiene dos caras. La cara de formación (cis), y la 
cara de maduración (trans).
• Las cisternas de Golgi se muevan desde su 
posición en la cara cis hasta la cara trans al 
tiempo que transportan y modifican su carga 
(proteínas y lípidos recién sintetizados).
NUCLEO
• Consiste en un nucleoplasma amorfo rodeado por membrana, la 
envoltura nuclear.
• El nucleoplasma contiene la cromatina.
• Existen sitios funcionales dispersos en el núcleo:
• Nucléolo: Lugar de síntesis del rRNA y del ensamblaje de ribosomas.
• Cuerpos de Cajal: Sitios de procesamiento de mRNA.
• Manchas nucleares: Sitios de almacenamiento de componentes de la 
transcripción.
La membrana nuclear separa del citoplasma
las reacciones de duplicación y transcripción
del DNA.
Está formada por dos membranas que se 
fusionan en estructuras denominadas 
poros nucleares.
El espacio entre las membranas, el espacio 
perinuclear, es continuo con la luz del RER al 
igual que la membrana nuclear externa. La 
membrana interna contiene proteínas 
integrales exclusivas del núcleo.
Los poros nucleares son estructuras grandes y 
complejas a través de las cuales pasan la 
mayoría de las moléculas que entra y sale del 
núcleo. Están compuestos por proteínas 
llamadas nucleoporinas.
ORGANELAS VESICULARES
• Sacos membranosos 
esferoidales pequeños que 
contienen materiales 
producidos en el RE y en el 
aparato de Golgi o materiales 
introducidos en la célula por 
endocitosis, o ambas cosas.
• Algunas vesículas participan
en la exocitosis, en la cual la
célula secreta materiales.
Lisosomas
son vesículas que contienen enzimas 
digestivas (hidrolasas ácidas ) que catalizan 
la degradación lípidos en ácidos grasos, 
polisacáridos en azúcares y proteínas en 
aminoácidos libres a un pH acido.
La elevada concentración de protones en estos 
organelos es generada por una bomba de 
protones en la membrana lisosómica.
La función de los lisosomas es degradar 
desechos presentes en la célula mediante un 
proceso llamado autofagia, y participar en la 
vía endocítica mediada por receptores.
Las sustancias extracelulares pueden entrar en 
la célula por un proceso denominado 
endocitosis mediada por receptor, en el cual 
moléculas receptoras de la membrana 
plasmática se unen a moléculas especificas.
Las regiones de la membrana plasmática, 
donde se encuentran estos receptores, se 
invaginan de manera progresiva para formar 
vesículas cerradas que luego se fusiona con 
un, precursor de los lisosomas (endosoma 
precoz) el cual sigue un proceso de 
maduración aumentando la concentración de 
protones y enzimas.
MITOCONDRIAS
• Son los organelos donde ocurre el metabolismo aerobio, el mecanismo mediante el cual 
se captura la energía de los enlaces químicos de las moléculas de alimento y se utiliza 
para impulsar la síntesis dependiente del oxígeno del trifosfato de adenosina (ATP), la 
molécula de almacenamiento de energía de las células.
• Participa adicionalmente en el metabolismo de los aminoácidos, de lípidos y del hierro y
en la homeostasis del calcio.
• Son reguladoras de la apoptosis, proceso de muerte celular programada.
• Son organelos dinámicos que se dividen
(fisión), ramifican y fusionan (fusión) de
manera continua para formar redes.
• Ocupan 15 a 20% del volumen celular.
• Contienen más de mil proteínas diferentes.
• La mitocondria posee dos membranas: La 
membrana mitocondrial interna y la 
membrana mitocondrial externa.
• Las membranas mitocondriales dividen al 
organelo en dos compartimientos acuosos, 
la matriz y el espacio intermembranal rico 
en numerosas enzimas que participan en el 
metabolismo de los nucleótidos.
• La matriz mitocondrial contiene enzimas, 
ribosomas y varias moléculas de DNA 
circular (sistema genético mitocondrial).
CITOESQUELETO
• red de soporte formada por fibras, filamentos y proteínas.
• Entre los componentes del citoesqueleto se incluyen los microtúbulos, los
microfilamentos y las fibras intermediarias.
• Permiten:
• La morfológia celular.
• El movimiento celular a gran y mediana escala.
• La Transducción de señales.
Microtúbulos (con un diámetro de 25 nm), están formados por dímeros de la proteína tubulina, son los
constituyentes más grandes del citoesqueleto. Se asocian con proteinas motoras cinesina y dineina que
se mueven a lo largo de los microtubulos permitiendo el desplazamiento de vesiculas u organelos, en el
interior celular.
Microfilamentos son fibras pequeñas (de 5 a 7 nm de diámetro) formadas por
polímeros de la proteína actina. Permiten la contracción muscular y el desplazamiento ameboide.
Filamentos intermedios (de 8 a 12 nm de diametro) son polimeros flexibles, fuertes y estables. Le
proporcionan a las células un soporte mecánico.
RIBOSOMAS
• Se encuentran en citoplasma y
asociados a retículo endoplásmico 
(REL).
• Son complejos de RNA (rRNA) y 
proteínas, con un diámetro de 20 
nm, cuya función es catalizar la 
biosíntesis de proteínas.
• Contienen dos subunidades de 
tamaño desigual que se juntan 
cuando se inicia la síntesis de 
proteínas.