5.- La Aparición de las Células Complejas (eucariotas)

Transcripción

1 5.- La Aparición de las Células Complejas (eucariotas) Mertxe de Renobales Scheifler Colaboradora Académica Honorífica Dpto. Bioquímica y Biología Molecular Facultad de Farmacia Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unib. 1 Aulas de la Tercera Edad Curso

2 La Aparición de las Células Complejas introducción: dónde estamos en el curso de la evolución? células sencillas y complejas evolución de las células complejas endosimbiosis las mitocondrias clave de la complejidad bibliografía 2

3 Introducción grandes hitos en la evolución de las especies aparición de la Vida en la Tierra (tema 1) o las primeras células (hace unos millones de años) LUCA (hace unos millones de años) 3 aparición del Oxígeno en la atmósfera fotosíntesis (tema 4) o hace millones de años o cianobacterias o cambió la faz de la Tierra

4 Introducción grandes hitos en la evolución de las especies (cont.) aparición de las células complejas, organización interna avanzada o hace unos millones de años aparición de los organismos multicelulares o plantas, animales, hongos o hace unos millones de años (final del Pre- Cámbrico) aparición del ser humano 4

5 Introducción la aparición del oxígeno y de las células complejas permitieron la aparición de la vida macroscópica que conocemos o algas: aparecieron hace unos millones de años (en el mar) o vida en tierra: plantas, hongos, animales (incluido el ser humano) 5

6 desaparición de los dinosaurios Género homo Historia de la Vida en la Tierra Plantas terrestres peces Primeros mamíferos Primeros dinosaurios 6 Formación Tierra Primer trilobites Primeros insectos Aparecen las primeras algas células complejas Homo sapiens 8 min: -Formación de la Luna Algunas bacterias producen oxígeno El oxígeno empieza a acumularse en la atmósfera Gran bombardeo tardío LUCA: último antepasado común universal HACE 4500 m.a. - se formó la tierra ma - meteoritos 3800 ma primeros indicios de vida en algunas rocas antiguas 3500 ma se acepta la presencia de bacterias 3000 ma - LUCA HACE 2800 ma fotosíntesis 2500 ma el oxígeno aparece en la atmósfera 1000 ma aparecen las primeras algas 530 ma trilobites 400 ma insectos

7 Introducción árbol genealógico (filogenético) estándar de los seres vivos LUCA 1er ser vivo LECA 7

8 Introducción hasta hace entre 2000 y 1500 millones de años bacterias y arqueas colonizaron todos los nichos posibles en la Tierra a -13ºC en el hielo de la Antártida pero siguieron siendo bacterias y arqueas. 8

9 Células Sencillas y Células Complejas célula bacteriana (sencilla) tema 1 poca organización interior, sin compartimentos sin núcleo diferenciado procariota (karyon: núcleo) 9

10 Células Sencillas y Células Complejas células procariotas (hoy día) pequeño tamaño: 2-3 micras (µm) formas sencillas: esferas o barras pocos genes (genoma pequeño): o genoma circular o los genes están unos a continuación de otros o se multiplican rápidamente (entre 20 minutos y 1 hora por generación) 10 comparten genes por transferencia génica lateral entre bacterias no relacionadas.

11 Células Sencillas y Células Complejas célula compleja (no vegetal) hoy día organización interna con compartimentos: o *núcleo: puesto de control o *mitocondrias o Golgi o retículo endoplásmico o citoesqueleto o etc 11 eucariota: núcleo verdadero

12 Células Sencillas y Células Complejas células eucariotas (además de lo anterior): 1000 y veces (en algunos casos hasta veces) mayor volumen que las procariotas cromosomas rectos, varios (emparejados) o genes separados en trocitos (capítulos con páginas en blanco) o genes recubiertos de proteínas compartimentos intracelulares: orgánulos con funciones específicas y mecanismos de transporte intracelular. citoesqueleto: microfibrillas de actina y microtúbulos de tubulina reproducción sexual fagocitosis (en células libres, independientes; en nuestro organismo: las del sistema inmune) 12

13 Células Sencillas y Células Complejas células vegetales (eucariotas) hoy día *cloroplastos o fotosíntesis otros plastos vacuolas reproducción sexual o en algunos casos vegetativa pared celular rígida o no fagocitosis 13

14 Células Sencillas y Células Complejas células sencillas procariotas bacterias y arqueas únicos seres vivos durante los primeros millones de años células complejas eucariotas unicelulares componentes de organismos pluricelulares o animales, plantas, hongos, protistas ser humano: constituido por unos 40 billones de células (10 13 ) Bianconi et al., Ann Human Biol 40(6):463-71,

15 Evolución de las Células Complejas????? evolución de las células eucariotas con su compleja organización interior es actualmente un agujero negro de la biología no se conocen organismos intermedios hoy por hoy 15 EV Koonin, BMC Biology (2015) 13:84, DOI: /s ; TJG Ettema, Nature 531, 3940, 2016

16 Evolución de las Células Complejas las mitocondrias tienen su propio genoma tamaño pequeño como las bacterias Lynn Margulis ( ) catedrática de biología Univ. de Massachussets (Amherst) miembro Academia Nac. Ciencias USA medalla Darwin-Wallace medalla Nacional de Ciencias USA etc, etc, 16 teoría de la endosimbiosis (1966) o para explicar el origen de las mitocondrias

17 Evolución de las Células Complejas teoría de la endosimbiosis 2 Célula vegetal 1 Último antepasado eucariota común (LECA) Célula eucariota animal, de hongos y otros no fotosintéticos 17

18 Evolución de las Células Complejas qué se sabe hoy de todo esto? procariota ancestral 1 arquea, NO bacteria o análisis de genomas de bacterias y arqueas muy primitivas actuales: comparación con eucariotas actua. huellas del pasado remoto genes relacionados con la utilización y transmisión de la información genética eucariota arcaica 2 18 arquea que ya tenía núcleo Spang y cols. Nature 521, , 2015 o se especula cómo pudo adquirir la membrana nuclear

19 Evolución de las Células Complejas eucariota arcaica 2 (cont.) ya tenía algunos genes bacterianos (célula quimérica) o origen desconocido Ettema, Nature 531,39-40, 2016; Pittis & Gabaldón, Nature 531, descubrimiento de un grupo de arqueas actuales muy primitivas: Lokiarchaeota EV Koonin, BMC Biology, 13:84, 2015; RB Pedersen et al. Nature Communications, 23 Nov

20 Evolución de las Células Complejas Lokiarchaeota (cont). 20 genes muy similares a los de las actuales células complejas: o componentes de los sistemas de procesado de información genética o componentes del esqueleto intracelular con actina (podría fagocitar????) o componentes de los sistemas de la membrana EV Koonin, BMC Biology (2015) 13:84 posible pariente próximo de las actuales células complejas o no se han aislado todavía genes caracterizados por metagenómica

21 Evolución de las Células Complejas la eucariota arcaica 2 fagocitó una bacteria capaz de respirar oxígeno la bacteria no fue digerida por el arquea que la fagocitó y se convirtió en un endosimbionte o mitocondrias Ku y cols, Nature 524, , 2015 LECA: último antepasado eucariota común principales características de las células complejas actuales evolucionó 1 única vez 21

22 Evolución de las Células Complejas características de LECA (todas las de las células complejas actuales diapos 11 y 12): células con núcleo membranas internas y compartimentalización reproducción sexual esqueleto intracelular dinámico la evolución desde una arquea hasta LECA fue probablemente muy rápida 22 oportunidad de cambio debida a circunstancias muy especiales: adquisición de un endosimbionte selección natural Lane, La Cuestión Vital: por qué la vida es como es? Ariel, 2015, pg

23 Evolución de las Células Complejas LECA adquirió otro endosimbionte (más adelante) cianobacteria cloroplastos Ku y cols, Nature 524, , 2015 o células de todos los organismos fotosintéticos el origen bacteriano de las mitocondrias y los cloroplastos por endosimbiosis se considera probado Archibald, Nature 524, , 2015; Ku y cols, Nature 524, , compararon más de 950,000 genes de diferentes procedentes de 55 eucariotas muy diferentes con más de 6 millones de genes procariotas.

24 Las Mitocondrias Clave de la Complejidad todas las mitocondrias de todos los organismos eucariotas tienen unos pocos genes producción de energía o respirando oxígeno se mantienen y se replican en las mitocondrias o las mitocondrias se replican en el interior de la célula por qué? el resto de sus genes originales (aprox. el 99%) o en el núcleo de la célula compleja 24

25 Las Mitocondrias Clave de la Complejidad las células complejas (eucariotas) animales, hongos, y unicelulares no fotosintéticas o 2 genomas nuclear (base arquea, con muchos genes bacterianos) mitocondrial (bacteriano; pocos genes) organismos fotosintéticos o 3 genomas nuclear y mitocondrial: como los anteriores cloroplastos necesidad absoluta de coordinación 25

26 Las Mitocondrias Clave de la Complejidad origen quimérico de las células complejas Antepasado común de plantas y algas Antepasado común de animales y hongos LECA hace unos millones de años LUCA: hace 3000 millones de años 26 N Lane, La Cuestión Vital - Por qué la vida es como es?, Ariel 2015, pg 22.

27 Las Mitocondrias Clave de la Complejidad el nuevo árbol filogenético de los seres vivos sería así: Eucariotas Bacterias Arqueas LECA LUCA 27 N Lane, La Cuestión Vital - Por qué la vida es como es?, Ariel 2015, pg. 196

28 Las Mitocondrias Clave de la Complejidad los genes de las mitocondrias 28 esenciales para controlar el buen funcionamiento del sistema de producción de energía o respiración celular o energía suficiente: aumento de genes, nuevas funciones, complejidad y multicelularidad control sobre el terreno o intensidad de campo del sistema: unos 30 millones de voltios/metro, como un relámpago!! o si una de las proteínas del sistema de respiración celular no funciona bien muerte celular programada o regulación ajustada de la demanda y producción de energía

29 Evolución de las Células Complejas resumen de la relación endosimbiótica de los organismos complejos LECA 29 LUCA

30 Evolución de las Células Complejas puntos importantes fusión de una arquea con una bacteria endosimbiosis o bacteria mitocondria (LECA) o evolucionó 1 sola vez adquisición de una cianobacteria (simbionte) o algas y plantas 30 mitocondrias: pasan el 99% de sus genes al núcleo de la célula o mantienen unos pocos genes en todos los organismos eucariotas o son la clave de la complejidad

31 Bibliografía N Lane. Los 10 grandes inventos de la evolución. 2ª ed. Ariel, 2009 PH Raven et al., Biology of Plants, 6º ed. Freeman, 1999, Capítulo 7. N.Lane. La cuestión vital - por qué la vida es como es?. Ariel, videos interesantes sobre Lynn Margulis y la endosimbiosis 31 Lynn Margulis en Google. Seleccionar videos detail&mid=e289cbf87c12c023b11be289cbf87c12c023b11b&form=vrdgar detail&mid=bee0f4c4ba8de049c1c9bee0f4c4ba8de049c1c9&form=vrdga R ail&mid=1f78575a397d3990bda01f78575a397d3990bda0&rvsmid=986675c C &fsscr=0&FORM=VDQVAP detail&mid=986675c c &form=vrdgar