TEMA 2. ORIGEN DE LA VIDA (2016)

Apunte Español
Universidad Universidad Autónoma de Barcelona (UAB)
Grado Biología - 3º curso
Asignatura Evolución
Año del apunte 2016
Páginas 10
Fecha de subida 14/04/2016
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APUNTES REALIZADOS CON EL MATERIAL VISTO EN CLASE Y COMPLEMENTADO CON BIBLIOGRAFIA

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EVOLUCIÓ Tania Mesa González 3º CURS BIOLOGIA UAB TEMA 2: ORÍGEN DE LA VIDA - La Tierra se formó hace 4500 millones de años.
- Hace 4,2 biliones de años se formó la hidrosfera - Entre los 4,2 i los 4 biliones de años se dio la química prebiótica.
- Hace 4 biliones de años apareció la primera molécula de pre-RNA - Hace 3.8 biliones de años apareció el primer RNA.
- Hace 3.6 biliones de años se creó la primera molécula de DNA y proteína  se dio el primer antecesor común = LUCA (Last Universal Common Ancestor)  LUCA  es el hipotético organismo del cual descienden todos los existentes. Antes que LUCA no se conoce nada cierto, como mucho hay suposiciones, ya que no hay registros fósiles.
 No obstante estas especulaciones tienen cierta base sólida.
Las trazas fósiles que indican que pudo haber vida en la Tierra se remontan a hace 3600 millones de años.
EXPERIMENTO DE MILLER: El experimento demuestra que se pueden formar moléculas orgánicas a partir de moléculas inorgánicas sin la actuación de individuos, es decir de forma abiótica.
- Uso una atmosfera reductora.
- Vio que se podían formar azúcares y aminoácidos a partir de los compuestos de la atmosfera.
- Ejemplo: fumarolas hidrotermales donde la temperatura es extrema y aún así la vida es capaz de proliferar.
ORÍGEN DE LA VIDA: Desde un punto de vista conceptual la vida se origina a partir de un ancestro común.
- No se sabe si se ha dado en otros planetas y, si existe, si ha surgido de la misma manera.
En 2004 diversos autores definieron el ser vivo como un sistema autónomo con capacidad de evolución “open-ended” que tienen unas características determinadas: a) Membrana semipermeable b) Aparato energético = metabolismo  da la energía necesaria para hacer sustancias y mantener el sistema funcionando.
 Mediante un conjunto de monedas de energía ATP.
c) Macromoléculas independientes funcionales que actúan como moléculas catalíticas o que sirven como soporte informático (registros).
 Son importante para que se dé un desacoplo entre el genotipo y el fenotipo.
Las partes necesarias para que un superorganismo (supersistema) evolucione son tres: Des de un punto de vista químico: a) Metabolismo b) Membrana (límite) c) Plantilla (moléculas informativas) - La combinación entre 2 de ellos es un sistema infravivo, solo cuando se unen los 3 se forma un sistema vivo.
ESCUELAS DEL ORIGEN DE LA VIDA: 1. Enfoque de la genética o replicación  Richard Dawkins  Dice que primero se da la genética, que en algún momento se formó por accidente una molécula notable. Esta molécula, pese a no ser muy compleja o la más grande, tenía el carácter replicador, capaz de hacer copias de sí misma.
 El problema que suponía esta teoría es el contemplas que las síntesis de nucleótidos es compleja.
2. Origen el metabolismo  Stuart Kauffman  dice que primero se da el metabolismo antes que la genética. Primero se tiene que dar un metabolismo primordial. La vida es una propiedad natural de sistemas químicos complejos que son capaces de automantenerse.
 Cuando el número de moléculas químicas pasa un cierto umbral se puede formar un metabolismo autocatalítico.
Los sistemas moleculares en principio se pueden formar (reproducir y evolucionar) sin tener un genoma de plantilla.
 Concepto de herencia en un concepto primitivo  es una correlación entre progenitores i descendientes.
 Des de que se dio la teoría de la evolución de Darwin, el descubrimiento de la herencia por “átomos” de Mendel y la teoría de los átomos de la herencia y la teoría de Weisman del germoplasma, no se consolida ninguna otra manera de que un organismo evolucione sin la presencia de un genoma.
 Lo que Kauffman defendía  Esta correlación (entre generaciones) puede existir sin que haya una molécula hereditaria, es decir que la variación y la herencia se pueden dar por el propio sistema de reproducción del genoma.
Principios de la evolución de Darwin dada por la selección natural: - En una población las diferencias en la morfología, fisiologías y comportamientos depende de la variación fenotípica.
- Los diferentes fenotipos tienen diferentes tasas de supervivencia y reproducción en diferentes ambientes, debido a una aptitud- eficacia biológica diferencial.
- Existe una correlación entre padres y descendientes en cada una de las nuevas generaciones, por tanto sabemos que la eficacia biológica es hereditable.
- Estos principios presentan generalizaciones  No existe ningún mecanismo particular sobre que indique que la herencia sea específica, pero si sabemos que existe una correlación de la eficiencia biológica entre padres e hijos.
- Además se postula que la selección natural necesita la herencia y la reproducción para actuar  debe haber un orden de la autocatálisis.
AUTOCATÁLISIS: Es la capacidad que tiene una molécula de replicarse.
- La pueden realizar toda molécula o conjunto de moléculas que puedan catalizar sus productos a partir de componentes disponibles del ambiente.
 - Los componentes con esta capacidad son llamados catalizadores.
En la autocatálisis es importante respecto al crecimiento exponencial, en lugar de un crecimiento lineal.
- Ejemplo: Un ejemplo de autocatálisis es la replicación del DNA Darwin  propuso que un replicador es cualquier cosa en el universo de las cuales se hacen las copias.
- Siguiendo esta definición, cualquier entidad autocatalítica puede ser un replicador, independientemente de si puede evolucionar o no. Creando entonces dos tipos de replicadores: a) No replicadores de la información b) Replicadores de la información.
- No obstante solo los replicadores de la información poseen las tres características necesarias para evolucionar.
CLASIFICACIÓN DE LOS REPLICADORES: Para una capacidad evolutiva limitada requerimos replicadores con parte informativa: Sets autocatalíticos sin genotipo – Fenotipo de asignación: Modelo de Gard  Autocatálisis gradual de dominio de réplica.
- Afirma que la composición de los genomas, se dio a causa de que la información prebiótica se transfirió en condiciones no covalentes de catálisis.
- Defiende un mundo de lípidos en que se cree que la membrana es lo primero que se forma.
Sets autocatalíticos de polímeros  defiende un metabolismo primitivo sin genética.
- Por tanto defiende que lo primero que se dio fue el metabolismo.
MODELO DE GARD: Propone un posible modelo de una genética sin genes.
- Se supone que el ambiente hay un número de lípidos distintos que van creciendo y se van incorporando, para ir formando estructuras más complejas.
- Pueden haber glóbulos de diferentes composiciones.
 Los monómeros se juntan y forman un glóbulo que se disgrega en 2  se hace en diferentes tasas.
- Entre los lípidos de estas estructuras se da una transmisión de información por composición.
- Alfombra correlacional  lo que más abunda en el sistema es el glóbulo A.
- Como todo modelo de genética y de evolución ha de presentar variación fenotípica, que se resuelve con la existencia de diferentes tasas de crecimiento y expresión entre glóbulos, es decir, se da una correlación composicional.
Postulados del modelo de Gard: - Los comportamientos esperados pueden ser una demostración de la selección natural de las poblaciones de moléculas, sin aparato génico.
 - El problema de este análisis es que se hizo sin haber una correlación.
En el modelo clásico, basado en la secuencia, la matriz de mutación tiene una estructura definida en un espacio de secuencia en el sentido de que, para cualquier tasa de mutación u <1 los mutantes de un error son más frecuentes que los mutantes de dos errores y así sucesivamente.
 Esta estructura (se pierde en el modelo de Gard) es fundamental para la evolución, es decir es importante para poder establecer la filogenia.
EXEPERIMENTOS DE LA EVOLUCIÓN: El modelo de Gard carece de capacidad de evolución  sus efectos son menores y más cuantitativos que no cualitativos.
- La dinámica está dominada por la matriz beta.
 Las grandes escalas se pueden construir mediante los resultados de las simulaciones de pequeñas escalas.
 - Las composiciones solo pueden modificarse en aquellos casi-compartimentos predefinidos.
Si la tasa de error es tan grande que la selección natural no es posible.
 Si la mutación es muy elevada, la selección no puede mantener la información de una forma estable.
- Existe un umbral de error, el cual la selección no puede superar.
- La selección natural requiere de una herencia fidelista.
MUNDO RNA: - Muchos autores que defienden que lo que primero que se dio fue la genética  creen en un mundo RNA.
- En los años 70 se dio a conocer la teoría de Woese  quedó reforzada posteriormente con el descubrimiento de las ribozimas.
- El mundo RNA es una buena idea porque:  No tienes que resolver el problema del origen de la vida y del código genético, ya que con la aparición inicial del RNA, estas preguntas quedan resueltas, ya que aparecerían a la vez.
 Los flujos de información se dan de las genes a las enzimas y retrocede.
Paradoja de Eigen (1971): - Defiende que existe una relación entre la tasa de mutación y el contenido del DNA.
- Lo importante es el error fenotípico no el genotípico  ya que lo que interesa es como afecta a la secuencia.
- Muchas secuencias primarias pueden dar estructuras secundarias, ya que hay muchos más fenotipos que genotipos  diferentes secuencias secundarias pueden dar la misma estructura secundaria.
- Las moléculas de RNA pueden soportar más errores que lo que Eigen propuso  lo calculó mediante la experimentación con ribozimas.
- Las moléculas pueden aguantar cambios sin que se vea alterada su función.
 La tasa de error fenotípico es más alta que la tasa de error genotípico.
- Estudió que el riborganismo más simple como mínimo necesita 2 ribozimas.
- Las funciones principales del RNA: 1. Sintetizar compuestos de membrana  se está intentando estudiar en laboratorios.
2. Encargarse de la replicación.
- Frente a la pregunta: ¿Cuál es el número de genes indispensables para tener una célula?.
 Se ha estudiado que como mínimo se requieren mínimo 202 genes de los cuales el 50% de estos genes están involucrado en el metabolismo de los ácidos nucleicos.
 Finalmente se ha visto que un riborganismo por tanto solo es un 10% más pequeño que lo que se requiere mínimamente para una célula, por lo que concluimos que la paradoja no es tan difícil de resolver.
- En la paradoja se estipula que la replicación temprana es muy propensa a errores:  Sabemos que el umbral de error establece un límite de tamaño del genoma  se sabe que este genoma no puede ser menor a 100 nucleótidos.
- Esta paradoja no sirve para explicar cando se dan varios genes a la vez.
- En ella se ve que los genes no vinculados competirán entre sí.
- Se llega a dar un colapso del genoma.
Estructura secundaria del RNA: - Hay más estructura que forma este RNA a parte de la porción que corresponde directamente a la secuencia.
- Esta estructura puede sufrir cambios que son neutrales, y que por tanto estarán silenciados, ya que no se mostrarán.
- Establece que el umbral de error fenotípico es menor que el umbral de error genotípico:  Se cree que esto se da a causa de que así se puede almacenar más información.
- La replicación es bastante fidedigna  la fidelidad de copia no es muy elevada.
- En la estructura del RNA son importantes los espacios entre secuencias.
 Estos espacios son importantes porque la selección natural actúa muchas veces sobre estos espacios entre secuencias.
 El espacio proteico o amonoacídico es infinito, y de este solo se conoce una parte muy pequeña.
- La estructura secundaria del RNA influye directamente a las características fenotípicas.
Espacio de secuencias: - En la estructura del RNA son importantes los espacios entre secuencias.
 Estos espacios son importantes porque la selección natural actúa muchas veces sobre estos espacios entre secuencias.
 El espacio proteico o amonoacídico es infinito, y de este solo se conoce una parte muy pequeña.
La evolución viaja en el espacio de secuencias mediante las diferentes conexiones que existen.
Cuando este viaja, no se pierde la función y se le denomina network.
Un nucleótido se encuentra conectado a cualquier secuencia similar, pero que solo defiere en un nucleótido: - Ejemplo  ATTG  AATG - Este hecho crea una red donde las secuencias están conectadas entre ellas, distanciadas en un punto si solo varia un nucleótido, de dos puntos se cambian dos nucleótidos, etc.
 Por tanto contra más lejos estén la una de la otra más variaran.
Estas secuencias son las que contienen la historia de la evolución y de la distancia que se establece entre ellas.
- Ejemplo  una molécula de hemoglobina presenta una zona de puntos en la red donde un cambio de nucleótidos en su secuencia no afecta a su función. Estos puntos funcionales pueden estar unidos o separados en diferentes zonas de la red, pero entre estas zonas separadas hay secuencias de hemoglobinas no funcionales.
- Uno puede viajar por espacio de secuencias si las secuencias mediante las que viaje no tienen funcionalidad, ya que si presentan funcionalidad, es mucho más complicado poder hacerlo.
La contingencia historia es que la selección natural escoge lo que hay en ese momento. Que en ese momento funcione no quiere decir que en ese momento sea el mejor organismo del mundo, pero en ese momento es funcional que es lo que nos interesa.
Es importante porque se observa que esto tiene relación con la robustez del fenotipo es decir: - Si tenemos una secuencia de DNA  normalmente las secuencias naturales son mucho más robustas que las secuencias artificiales que tengan la misma funcionalidad.
 La selección no solo favorece las secuencias más funcionales, si no aquellas que además son más robustas.
- Si hay dos secuencias igualmente funcionales, pero una es más robusta que otra, es decir que la más robusta puede soportar más cambios porque está más conectada a sus vecinos.
 Los virus de RNA o de DNA naturales presentan secuencias más robustas que los diseñados artificialmente, porque nosotros diseñamos lo funcional, no la robustez.
- Los organismos vivos son robustos, por tanto es una característica de los seres vivos que permite ser menos susceptibles a los cambios en sus secuencias de DNA.
OBSERVACIONES GENERALES DE LAS RIBOZIMAS: 1. La estructura es importante, los pares de bases individuales no lo son 2. La estructura puede variar ligeramente 3. Hay sitios críticos 4. El paisaje es multiplicativo ( puede haber una ligera sinergia ) CONCLUSIÓN: Nos proponemos definir los seres vivos universalmente como sistemas autónomos con capacidad de evolución abierta, y afirmar que todos estos sistemas deben tener: a) Un límite activo semi- permeable ( membrana) b) Un aparato de transducción de energía ( conjunto de monedas de energía ) c) Al menos, dos tipos de componentes macromoleculares funcionalmente interdependientes ( catalizadores y registros).
 Este último es necesario para articular un ' fenotipo – genotipo’ desacoplados.
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