2.1) La evolución de las células.

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Secuencia Didáctica 2: Estructura y función celular (1ª parte)
• La evolución de las células
• Diferencias entre células procariontes y eucariontes
2.1) La evolución de las células.
La aparición del primer organismo vivo sobre la Tierra suele asociarse al nacimiento de la primera célula.
Si bien existen muchas hipótesis que especulan cómo ocurrió, usualmente se describe que el proceso se
inició gracias a la transformación de moléculas inorgánicas en orgánicas bajo unas condiciones
ambientales adecuadas; tras esto, dichas biomoléculas se asociaron dando lugar a entes complejos
capaces de autorreplicarse. Existen posibles evidencias fósiles de estructuras celulares en rocas datadas
en torno a 4 o 3,5 miles de millones de años (giga-años o Ga.).
La evolución celular se produjo en estrecha relación con la evolución de la atmósfera y de los océanos.
Los registros fósiles, los estudios comparativos del metabolismo y la bioquímica de los organismos
actuales han permitido establecer una secuencia de la evolución de las células, que es sólo una
aproximación de lo que pudo haber sucedido. Al parecer, la vida empezó hace más de 3 000 millones, de
años, la transición hacia una atmósfera rica en oxígeno ocurrió hace 2000 millones y las células
eucariontes aparecieron hace unos 1 500 millones de años.
Los primeros seres vivos que surgieron en la Tierra, hace aproximadamente unos 3 500 millones de
años, fueron microorganismos unicelulares primitivos, procariontes. Sólo existieron células procariontes
durante un periodo de más de 2000 millones de años. Hasta hace 1 500 millones de años surgieron células
más especializadas, las eucariontes.
Cuando surgieron las primeras células procariontes vivían en ambientes ricos en nutrimentos, y las
reacciones metabólicas eran poco necesarias. A medida que esos ambientes se agotaron, surgieron las
procariontes de tipo de las cianobacterias, que son microorganismos fotosintetizadores; los cuales
utilizaron la energía solar para extraer de las moléculas de agua el hidrógeno con el cual construyeron
moléculas más complejas, y así liberaron el oxígeno molecular, que originó hace unos 2000 millones de
años, cambios paulatinos en la atmósfera. El oxígeno atmosférico se incrementó y hace 1500 millones de
años se produjo la estabilización de esas moléculas. Los organismos empezaron a utilizar el oxígeno, lo
cual originó el aumento de la capacidad metabólica, y esto propició que las células aumentaran su
tamaño.
Después de las células procariontes autotróficas surgieron las células eucariontes. Existen varias
teorías que explican la evolución de las células eucariontes; por ejemplo; la teoría de la endosimbiosis, la
teoría del plegamiento de la membrana plasmática y la teoría mixta.
TEORIA DEL PLEGAMIENTO DE MEMBRANA
Esta teoría sostiene que las células eucariontes se formaron a partir de un antecesor arqueobacterial,
mediante la compartición de distintas funciones, producto de los repliegues de las membranas
plasmáticas, es decir, mediante la invaginación.Además, se cree que este mismo proceso fue el que
originó a la membrana nuclear.
La mutación genética de las células procariontes es el factor fundamental de esta teoría, para explicar la
formación de un complejo sistema de membranas, el cual, por invaginación de la membrana plasmática,
habría dado origen a diversos orgánulos con membrana, como el retículo endoplasmático, el complejo de
Golgi y los lisosomas; sin embargo, no aclara cómo se formaron las mitocondrias y los cloroplastos, que
presentan doble membrana.
Esta teoría también propone que el mismo proceso originó la membrana nuclear, principal característica
de las células eucariontes. Sin embargo, es poco aceptada, porque no se han encontrado restos fósiles de
la célula intermedia entre procariontes y eucariontes.
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TEORIA DE LA ENDOSIMBIOSIS
Lynn Margulis propuso la teoría de la endosimbiosis en su libro Origin of EukaryoticCells, publicado en
1970. En él planteó que las células eucariontes fueron precedidas por procariontes que luego se asociaron
simbióticamente.
La teoría de la endosimbiosis explica que la urcariota pudo englobar a otras células procariontes,
estableciéndose una relación endosimbionte. La célula pequeña que se quedó dentro del otro organismo,
era capaz de realizar una respiración aeróbica de manera más eficiente y se convirtió, después de muchas
generaciones, en una mitocondria. Igualmente se pudo haber llevado a cabo la fusión de una célula
grande que se alimentaba de materia orgánica, con una célula más pequeña que efectuaba fotosíntesis.
Posteriormente, la célula más grande se especializó en adquirir materiales inorgánicos y la pequeña se
convirtió en un cloroplasto. Así nacieron las primeras células vegetales. Las pruebas que Lynn Margulis ha
encontrado para dar soporte a su teoría se basan en las similitudes entre mitocondrias y cloroplastos con
las bacterias actuales: poseen el mismo tamaño, tienen su propio ADN en forma de cadena circular y
tienen sus propios ribosomas parecidos a los de las bacterias.
Las células eucariontes incluyen todas las células de plantas y animales. Se distinguen de las células
procariontes por su estructura compleja; contienen compartimientos limitados por membranas en donde
se cumple una actividad metabólica específica y lo más importante en ellas, es la existencia de un núcleo
que es un compartimiento limitado por una membrana donde reside el ADN.
Las dos teorías presentadas no se excluyen cuando se explica la evolución de las células eucariontes. Es
posible que los orgánulos que no contienen ADN se hayan formado por plegamiento de la membrana,
mientras que los orgánulos que contienen ADN se formaron por endosimbiosis.
Esos pliegues aumentaron la superficie de absorción del alimento y originaron la formación de sáculos
intracelulares; así, la digestión se efectuó dentro de la célula que, en estas condiciones, pudo introducir
macromoléculas y digerirlas en su interior. Por otra parte, la incorporación de procariontes como
huéspedes permanentes en el interior del protoeucariontes, facilitó la supervivencia de ambos tipos de
células.
TEORÍA MIXTA
Propone una unión entre las teorías anteriores. Sostiene que es posible que los organelos que no
contienen ADN se hayan formado por el plegamiento membranoso, mientras que los organelos que
contienen ADN se formaron a partir de endosimbiosis.
La estructura común a todas las células comprende la membrana plasmática, el citoplasma y el material
genético o ADN.
1) Membrana plasmática: constituida por una bicapa lipídica en la que están englobadas ciertas
proteínas. Los lípidos hacen de barrera aislante entre el medio acuoso interno y el medio acuoso
externo.
2) El citoplasma: abarca el medio líquido, o citosol, y el morfoplasma (nombre que recibe una serie
de estructuras denominadas orgánulos celulares).
3) El material genético: constituido por una o varias moléculas de ADN. Según esté o no rodeado por
una membrana, formando el núcleo, se diferencian dos tipos de células: las procariotas (sin
núcleo) y las eucariotas (con núcleo).
4) El núcleo: mantiene protegido al material genético y permite que las funciones de transcripción y
traducción se produzcan de modo independiente en el espacio y en el tiempo.
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DIFERENCIAS ENTRE CÉLULAS PROCARIOTA Y EUCARIOTA.
CÉLULAS PROCARIOTAS
Las células procariotas son estructuralmente más simples que las eucariotas. Conformaron los primeros
organismos del tipo unicelular que aparecieron sobre la tierra, hace unos 3.500 millones de años, las
procariotas (que comprenden las células de arqueas y bacterias)
Tienen el material genético concentrado en la región central del citoplasma, pero sin una membrana
protectora que defina un núcleo.
No tiene orgánulos –a excepción de ribosomas- ni estructuras especializadas.
Como no poseen mitocondrias, los procariotas obtienen energía del medio mediante reacciones de
glucólisis en los mesosomas o en el citosol.
Están representados por los organismos del dominio Bacteria (bacterias y algas cianofíceas) y por los
organismos pertenecientes al Dominio Archaea (extremófilos).
Generalmente son células pequeñas (1-10μ.) Todos son microorganismos (bacterias y cianobacterias).
Tienen ADN circular en el citoplasma.
Su división celular es por fisión binaria. Ausencia de centriolo y huso mitótico.
Sexualidad generalmente ausente.
Ausencia de movilidad intracelular.
Algunos son anaerobios y otros aerobios.
No disponen de mitocondrias, por lo tanto las enzimas que oxidan las moléculas orgánicas están ligadas a
la membrana celular.
En las que disponen de flagelos, éstos son simples formados de proteína flagelina.
Pared celular de carbohidratos y péptidos.
Las que realizan fotosíntesis no disponen de cloroplastos, por lo tanto la clorofila y las enzimas que
participan en este proceso se localizan en el citoplasma.
Los procariotas se clasifican, según Carl Woese, en arqueas y bacterias
Arqueas:
Poseen un diámetro celular comprendido entre 0,1 y 15 μm, aunque las formas filamentosas pueden ser
mayores por agregación de células.
Presentan multitud de formas distintas: incluso las hay descritas cuadradas y planas.
Algunas arqueas tienen flagelos y son móviles.
No tienen membranas internas que delimiten orgánulos, presentan ribosomas, pero a diferencia de los
encontrados en las bacterias que son sensibles a ciertos agentes antimicrobianos, los de las arqueas, más
cercanos a los eucariotas, no lo son.
Las células de las arqueas carecen de núcleo, y presentan un sólo cromosoma circular.
Sus genomas son de pequeño tamaño, sobre 2-4 millones de pares de bases.
Pueden reproducirse por fisión binaria o múltiple, fragmentación o gemación.
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Bacterias
Las bacterias son organismos relativamente sencillos, de dimensiones muy reducidas, de apenas unas
micras en la mayoría de los casos.
Carecen de un núcleo delimitado por una membrana, aunque presentan un nucleoide, una estructura que
contiene una gran molécula generalmente circular de ADN.
Carecen de núcleo celular y demás orgánulos delimitados por membranas biológicas.
En el citoplasma se pueden apreciar plásmidos, pequeñas moléculas circulares de ADN que coexisten con
el nucleoide y que contienen genes: son comúnmente usados por las bacterias en la parasexualidad
(reproducción sexual bacteriana), también contiene ribosomas y diversos tipos de gránulos.
En algunos casos, puede haber estructuras compuestas por membranas, generalmente relacionadas con la
fotosíntesis
Poseen una membrana celular compuesta de lípidos, en forma de una bicapa y sobre ella se encuentra
una cubierta en la que existe un polisacárido complejo.
Entre las formaciones destacan los flagelos y los pili (estructuras de adherencia).
La mayoría de las bacterias disponen de un único cromosoma circular y suelen poseer elementos
genéticos adicionales, como distintos tipos de plásmidos.
Su reproducción, binaria y muy eficiente en el tiempo, permite la rápida expansión de sus poblaciones,
generándose un gran número de células que son virtualmente clones, esto es, idénticas entre sí.
CÉLULAS EUCARIOTAS
Las eucariotas (divididas tradicionalmente en animales y vegetales, si bien se incluyen además hongos y
protistas, que también tienen células con propiedades características).
Son más complejas que las procariotas y surgieron a partir de estas por el fenómeno de Endosimbiosis,
hace unos 1.000 millones de años.
Tienen mayor tamaño y su organización es más compleja, con presencia de orgánulos que le permiten una
notable especialización en sus funciones.
El ADN está contenido en un núcleo con doble membrana atravesado por poros.
Las células eucariotas están presentes en los organismos pertenecientes al Dominio Eukarya (Protistas,
Hongos, Plantas y Animales).
Generalmente son células grandes (10-100μ). Algunos son microorganismos, pero la mayoría son
pluricelulares (protistas, hongos, vegetales y animales).
El ADN se encuentra en cromosomas dentro de un núcleo delimitado por una membrana
División celular por mitosis. Presencia de centriolo y huso mitótico.
Sexualidad generalmente presente, con la producción de gametos tanto en el macho como en la hembra.
Presencia de movilidad intracelular
En pluricelulares el desarrollo es a partir de un cigoto que es una célula diploide.
Respiración.Son aerobias. Las enzimas que oxidan a las moléculas orgánicas están en las mitocondrias,
donde se degrada la glucosa a través del ciclo de Krebs durante la respiración celular.
Presentan cilios y flagelos.
Pared celular celulosa o quitina. Las que realizan fotosíntesis disponen de cloroplastos donde
"empaquetan" la clorofila y las enzimas.
Presentan una estructura básica relativamente estable caracterizada por la presencia de distintos tipos
de orgánulos intracitoplasmáticos especializados, entre los cuales destaca el núcleo, que alberga el
material genético. Especialmente en los organismos pluricelulares, las células pueden alcanzar un alto
grado de especialización.
Las células animales:
No tiene pared celular (membrana celulósica).
Presentan diversas formas de acuerdo con su función.
No tiene plastos
Puede tener vacuolas pero no son muy grandes.
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Presenta centriolos que son agregados de microtúbulos cilíndricos que forman los cilios y los flagelos y
facilitan la división celular
Las células vegetales:
Presentan una pared celular compuesta principalmente de celulosa)
Disponen de plastos como cloroplastos (orgánulo capaz de realizar la fotosíntesis), cromoplastos
(orgánulos que acumulan pigmentos) o leucoplastos (orgánulos que acumulan el almidón fabricado en la
fotosíntesis)
Poseen vacuolas de gran tamaño que acumulan sustancias de reserva o de desecho producidas por las
células.
Cuentan también con plasmodesmos, que son conexiones citoplasmáticas que permiten la circulación
directa de las sustancias del citoplasma de una célula a otra, con continuidad de sus membranas
plasmáticas.
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