Evolución bioquímica

Transcripción

1 Evolución bioquímica ETAPAS 1. Producción de moléculas claves para la vida 2. Transición Bioquímica prebiótica sistemas autorreplicativos 3. Transición uso E lumínica E química 4. Procesos de adaptación Experimento de Urey Miller (años 50s) Atmósfera prebiótica (muy reductora) 1

2 Productos de la síntesis en condiciones prebióticas aminoácidos Productos de la síntesis en condiciones prebióticas derivados del ácido cianhídrico Base nitrogenada (constituyente de nucleótidos) 2

3 Evolución bioquímica ETAPAS 1. Producción de moléculas claves para la vida 2. Transición Bioquímica prebiótica sistemas autorreplicativos 3. Transición uso E lumínica E química 4. Procesos de adaptación Principios básicos, comunes a los sistemas en evolución 1- Replicación Si la velocidad de producción de una molécula autoreplicada es baja respecto a la degradación vida media corta. Aparecen Ribozimas (descubiertas por Cech-Altman 80 ) 2- Competición Moléculas compiten por precursores químicos 3- Evolución por selección natural Condiciones ambientales inducen Presión selectiva 4- Variación Mutación génica El grupo CH 3 en la timina (que no está en el uracilo) otorga mayor estabilidad al ADN respecto al ARN; La falta de OH en C2 hace al ADN más estable a la hidrólisis catalizada por bases) 3

4 1- REPLICACION Ribozima (Cech y Altman) REPLICACION, COMPETICIÓN, SELECCIÓN NATURAL Experimento de Spiegelman (1967) Demuestra los principios de la evolución en un tubo de ensayo Genoma (RNA) del bacteriófago Qβ + enzima Replicasa Qβ + precursores PRESIÓN SELECTIVA: Se disminuye el tiempo de replicación de 20 a 5 min Después de 75 generaciones: a) se pierden RNA de una hebra de 3300 bases b) se acumulan moléculas de 550 bases. 4

5 Principios básicos, comunes a los sistemas en evolución 1- Replicación Si la velocidad de producción de una molécula autoreplicada es baja respecto a la degradación vida media corta. Aparecen Ribozimas (descubiertas por Cech-Altman 80 ) 2- Competición Moléculas compiten por precursores químicos 3- Evolución por selección natural Condiciones ambientales inducen Presión selectiva 4- Variación Mutación génica El grupo CH 3 en la timina (que no está en el uracilo) otorga mayor estabilidad al ADN respecto al ARN; La falta de OH en C2 hace al ADN más estable a la hidrólisis catalizada por bases) ESTRUCTURA QUÍMICA DE ÁCIDOS NUCLEICOS BASES DNA RNA 5

6 El DNA es una forma más estable de almacenamiento de la información genética Falta de OH en 2 lo hace menos susceptible que el RNA a la hidrólisis. 6

7 Mecanismos de la evolución A) Mutación (deleción o sustitución) de una base B) Duplicación de una secuencia. 7

8 Aminoácidos pueden ser precursores de purinas y pirimidinas (precursores de ác.nucleicos). 8

9 Síntesis de cadenas polipéptídicas dirigidas por un molde de RNA (se establece relación entre el mundo del RNA y el de las proteínas) 9

10 10

11 RNA de transferencia Los 20 (o más) trna (de transferencia (trnas) evolucionaron a partir de un ancestro común. (duplicación?... luego c/copia evoluciona independientemente) Flujo de información 11

12 Secuencia y plegamiento (información unidimensional a tridimensional) El autoplegamiento de las proteinas implica la evolución desde el mundo unidimensional de la información de la secuencia al mundo tridimensional de la función biológica. Evolución bioquímica ETAPAS 1. Producción de moléculas claves para la vida 2. Transición Bioquímica prebiótica sistemas autorreplicativos 3. Transición uso E lumínica E química 4. Procesos de adaptación 12

13 ATP: divisa energética de los seres vivos El ATP puede sintetizarse a partir de hidrólisis de moléculas orgánicas (posible mecanismo primitivo?) 13

14 Glicólisis evolucionó como proceso para la generación de ATP en los organismos actuales MOLÉCULAS ANFIPÁTICAS Fosfatidil etanolamina 14

15 Las células se formaron cuando los ácidos nucleicos se rodearon de membranas AUTOAGREGACIÓN DE MOLÉCULAS ANFIPÁTICAS 15

16 Estructura del agua Formación de puentes de hidrógeno 16

17 Hidratación, Deshidratación, autoensamblado El efecto hidrofóbico Ensamble desplegado Plegamiento (también está presente el efecto hidrofóbico) Ensamble plegado 17

18 Aparecen membranas, compartimientos, gradientes Efecto osmótico puede conducir a la lisis de la membrana p/prevenirlo: mecanismos de transporte de agua y generación de gradientes de iones Evolución por duplicación génica Acuaporinas: pertenecen a la familia de proteínas integrales de membrana (PIM). Esta familia agrupa a más de 200 miembros. Su evolución arranca de la duplicación de un gen originario, que supuso la aparición de dos proteínas con funciones diferenciadas: los canales de agua y los canales de glicerol y urea. Luego, ambos tipos de canales se diversificaron mediante duplicaciones génicas en animales y plantas. 18

19 ARBOL DE LAS RELACIONES DE PARENTESCO DE LAS ACUAPORINAS: canales de agua (verde), canales de glicerol y urea (azul) y Nodulinas (AQP en los nódulos simbióticos de las raíces de Leguminosas) (rojo). Los puntos en las ramificacionesindican la significación estadística. Bombas de iones controlan gradientes y la integridad de la membrana pueden utilizarse para generar ATP 19

20 Fotosíntesis Evolución bioquímica ETAPAS 1. Producción de moléculas claves para la vida 2. Transición Bioquímica prebiótica sistemas autorreplicativos 3. Transición uso E lumínica E química 4. Procesos de adaptación 20

21 Células responden a cambios ambientales Mensajeros secundarios 21

22 Estructuras filamentosas y motores moleculares permiten movimientos celulares e intracelulares Dictyostelium discoideum Organismo unicelular agregado celular diferenciación organismo pluricelular 22

23 Mecanismo de señalización es inducido por inanición Caenhohabditis elecans (C.elegans) nemátodo 23

24 C.elegans se desarrolla a partir de una única célula El destino de cada célula hija se conoce Las células indicadas con rojo, sufre muerte por apoptosis. Diagrama cronológico para la evolución bioquimica Unidad bioquímica permite estudiar biología, por ejemplo, humana mediante otros organismos. 24

25 Clasificación de organismos en dominios bioquímicos (arbol de la vida construido a partir de secuencia de nucleótidos en el ADN de organismos) Ancestro común En la diversidad Biológica subyace la unidad bioquímica (similitudes a nivel molecular; núcleo de procesos bioquímicos esenciales) Dilucidación del genoma humano Fue un éxito tecnológico (aplicación de secuenciar ADN). técnicas de alta capacidad para El éxito científico fue dilucida el código genético. 25