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6.2: Introducción a la diversidad procariota - Biología

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Qué aprenderá a hacer: discutir la diversidad de células procariotas

En el pasado reciente, los científicos agruparon los seres vivos en cinco reinos (animales, plantas, hongos, protistas y procariotas) basándose en varios criterios, como la ausencia o presencia de un núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana, la ausencia o presencia de paredes celulares, multicelularidad, etc. El dominio Bacteria comprende todos los organismos del reino Bacteria, el dominio Archaea comprende el resto de los procariotas y el dominio Eukarya comprende todos los eucariotas, incluidos los organismos de los reinos Animalia, Plantae, Fungi y Protista.

Dos de los tres dominios, bacterias y arqueas, son procariotas. Los procariotas fueron los primeros habitantes de la Tierra, apareciendo hace 3.5 a 3.8 mil millones de años. Estos organismos son abundantes y ubicuos; es decir, están presentes en todas partes. Además de habitar ambientes moderados, se encuentran en condiciones extremas: desde manantiales hirviendo hasta ambientes permanentemente congelados en la Antártida; desde ambientes salados como el Mar Muerto hasta ambientes sometidos a tremendas presiones, como las profundidades del océano; y desde áreas sin oxígeno, como una planta de gestión de desechos, hasta regiones contaminadas radiactivamente, como Chernobyl. Los procariotas residen en el sistema digestivo humano y en la piel, son responsables de ciertas enfermedades y desempeñan un papel importante en la preparación de muchos alimentos.


Introducción

Ciertos procariotas pueden vivir en ambientes extremos como la piscina Morning Glory, una fuente termal en el Parque Nacional Yellowstone. El color azul vivo de la primavera proviene de los procariotas que prosperan en sus aguas muy calientes. (crédito: modificación del trabajo de Jon Sullivan)

En el pasado reciente, los científicos agruparon los seres vivos en cinco reinos (animales, plantas, hongos, protistas y procariotas) basándose en varios criterios, como la ausencia o presencia de un núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana, la ausencia o presencia de paredes celulares, multicelularidad, etc. A finales del siglo XX, el trabajo pionero de Carl Woese y otros comparó secuencias de ARN ribosómico de subunidades pequeñas (ARNr SSU), lo que resultó en una forma más fundamental de agrupar organismos en la Tierra. Con base en las diferencias en la estructura de las membranas celulares y en el ARNr, Woese y sus colegas propusieron que toda la vida en la Tierra evolucionó a lo largo de tres linajes, llamados dominios. El dominio Bacteria comprende todos los organismos del reino Bacteria, el dominio Archaea comprende el resto de los procariotas y el dominio Eukarya comprende todos los eucariotas, incluidos los organismos de los reinos Animalia, Plantae, Fungi y Protista.

Dos de los tres dominios, bacterias y arqueas, son procariotas. Los procariotas fueron los primeros habitantes de la Tierra, apareciendo hace 3.5 a 3.8 mil millones de años. Estos organismos son abundantes y ubicuos, es decir, están presentes en todas partes. Además de habitar ambientes moderados, se encuentran en condiciones extremas: desde manantiales hirviendo hasta ambientes permanentemente congelados en la Antártida desde ambientes salados como el Mar Muerto hasta ambientes bajo tremenda presión, como las profundidades del océano y de áreas sin oxígeno, como como planta de gestión de residuos, a regiones contaminadas radiactivamente, como Chernobyl. Los procariotas residen en el sistema digestivo humano y en la piel, son responsables de ciertas enfermedades y desempeñan un papel importante en la preparación de muchos alimentos.


Introducción

Ciertos procariotas pueden vivir en ambientes extremos como la piscina Morning Glory, una fuente termal en el Parque Nacional Yellowstone. El color azul vivo de la primavera proviene de los procariotas que prosperan en sus aguas muy calientes. (crédito: modificación del trabajo de Jon Sullivan)

En el pasado reciente, los científicos agruparon los seres vivos en cinco reinos (animales, plantas, hongos, protistas y procariotas) basándose en varios criterios, como la ausencia o presencia de un núcleo y otros orgánulos unidos a la membrana, la ausencia o presencia de paredes celulares, multicelularidad, etc. A finales del siglo XX, el trabajo pionero de Carl Woese y otros comparó secuencias de ARN ribosómico de subunidades pequeñas (ARNr SSU), lo que resultó en una forma más fundamental de agrupar organismos en la Tierra. Con base en las diferencias en la estructura de las membranas celulares y en el ARNr, Woese y sus colegas propusieron que toda la vida en la Tierra evolucionó a lo largo de tres linajes, llamados dominios. El dominio Bacteria comprende todos los organismos del reino Bacteria, el dominio Archaea comprende el resto de los procariotas y el dominio Eukarya comprende todos los eucariotas, incluidos los organismos de los reinos Animalia, Plantae, Fungi y Protista.

Dos de los tres dominios, bacterias y arqueas, son procariotas. Los procariotas fueron los primeros habitantes de la Tierra, apareciendo hace 3.5 a 3.8 mil millones de años. Estos organismos son abundantes y ubicuos, es decir, están presentes en todas partes. Además de habitar ambientes moderados, se encuentran en condiciones extremas: desde manantiales hirviendo hasta ambientes permanentemente congelados en la Antártida desde ambientes salados como el Mar Muerto hasta ambientes bajo tremenda presión, como las profundidades del océano y de áreas sin oxígeno, como como planta de gestión de residuos, a regiones contaminadas radiactivamente, como Chernobyl. Los procariotas residen en el sistema digestivo humano y en la piel, son responsables de ciertas enfermedades y desempeñan un papel importante en la preparación de muchos alimentos.


Capítulo 6 Introducción

Figura 6.1 Los protistas van desde el microscópico, unicelular (a) Acanthocystis turfacea y el (b) ciliado Tetrahymena thermophila, ambos visualizados aquí usando microscopía óptica, hasta los enormes kelps multicelulares (c) (Chromalveolata) que se extienden por cientos de pies en "bosques" submarinos. (crédito a: modificación del trabajo de Yuiuji Tsukii crédito b: modificación del trabajo de Richard Robinson, Public Library of Science crédito c: modificación del trabajo de Kip Evans, datos de barra de escala de la NOAA de Matt Russell)

Los seres humanos han estado familiarizados con los organismos macroscópicos (organismos lo suficientemente grandes como para verlos a simple vista) desde antes de que existiera una historia escrita, y es probable que la mayoría de las culturas distinguieran entre animales y plantas terrestres, y muy probablemente incluyeron los hongos macroscópicos como plantas. Por lo tanto, se convirtió en un desafío interesante lidiar con el mundo de los microorganismos una vez que se desarrollaron los microscopios hace unos siglos. Se utilizaron muchos esquemas de nombres diferentes durante los últimos dos siglos, pero se ha convertido en la práctica más común para referirse a los eucariotas que no son plantas terrestres, animales u hongos como protistas.

Este nombre fue sugerido por primera vez por Ernst Haeckel a finales del siglo XIX. Se ha aplicado en muchos contextos y se ha utilizado formalmente para representar un taxón a nivel de reino llamado Protista. Sin embargo, muchos sistemáticos modernos (biólogos que estudian las relaciones entre organismos) están comenzando a alejarse de la idea de rangos formales como reino y filo. En cambio, están nombrando taxones como grupos de organismos que se cree que incluyen a todos los descendientes de un último ancestro común (grupo monofilético). Durante las últimas dos décadas, el campo de la genética molecular ha demostrado que algunos protistas están más relacionados con animales, plantas u hongos que con otros protistas. Por lo tanto, al no incluir animales, plantas y hongos, el reino Protista es un grupo parafilético, o uno que no incluye a todos los descendientes de su antepasado común. Por esta razón, los linajes protistas clasificados originalmente en el reino Protista continúan siendo examinados y debatidos. Mientras tanto, el término "protista" todavía se usa informalmente para describir a este grupo tremendamente diverso de eucariotas.

La mayoría de los protistas son organismos microscópicos y unicelulares que abundan en el suelo, el agua dulce, los ambientes salobres y marinos. También son comunes en el tracto digestivo de los animales y en los tejidos vasculares de las plantas. Otros invaden las células de otros protistas, animales y plantas. No todos los protistas son microscópicos. Algunos tienen células macroscópicas enormes, como los plasmodios (amebas gigantes) de los mohos limosos mixomicetos o el alga verde marina Caulerpa, que pueden tener células individuales que pueden tener varios metros de tamaño. Algunos protistas son multicelulares, como las algas rojas, verdes y marrones. Es entre los protistas donde se encuentra la gran cantidad de formas en que los organismos pueden crecer.


Contenido

En su definición más completa, la bioquímica puede verse como un estudio de los componentes y la composición de los seres vivos y cómo se unen para convertirse en vida. En este sentido, la historia de la bioquímica puede, por tanto, remontarse a los antiguos griegos. [10] Sin embargo, la bioquímica como disciplina científica específica comenzó en algún momento del siglo XIX, o un poco antes, dependiendo de en qué aspecto de la bioquímica se esté enfocando. Algunos argumentaron que el comienzo de la bioquímica pudo haber sido el descubrimiento de la primera enzima, diastasa (ahora llamada amilasa), en 1833 por Anselme Payen, [11] mientras que otros consideraron la primera demostración de Eduard Buchner de un complejo proceso bioquímico de fermentación alcohólica en células. extractos libres en 1897 para ser el nacimiento de la bioquímica. [12] [13] [14] Algunos también podrían señalar como su comienzo el influyente trabajo de 1842 de Justus von Liebig, Química animal, o química orgánica en sus aplicaciones a la fisiología y patología., que presentó una teoría química del metabolismo, [10] o incluso estudios anteriores al siglo XVIII sobre fermentación y respiración de Antoine Lavoisier. [15] [16] Muchos otros pioneros en el campo que ayudaron a descubrir las capas de complejidad de la bioquímica han sido proclamados fundadores de la bioquímica moderna. Emil Fischer, que estudió la química de las proteínas, [17] y F. Gowland Hopkins, que estudió las enzimas y la naturaleza dinámica de la bioquímica, representan dos ejemplos de los primeros bioquímicos. [18]

El término "bioquímica" en sí mismo se deriva de una combinación de biología y química. En 1877, Felix Hoppe-Seyler usó el término (bioquímica en alemán) como sinónimo de química fisiológica en el prólogo del primer número de Zeitschrift für Physiologische Chemie (Revista de Química Fisiológica) donde defendió la creación de institutos dedicados a este campo de estudio. [19] [20] Sin embargo, a menudo se cita al químico alemán Carl Neuberg por haber acuñado la palabra en 1903, [21] [22] [23] mientras que algunos se lo atribuyen a Franz Hofmeister. [24]

Alguna vez se creyó generalmente que la vida y sus materiales tenían alguna propiedad o sustancia esencial (a menudo referida como el "principio vital") distinta de cualquier encontrada en la materia no viva, y se pensaba que solo los seres vivos podían producir las moléculas de vida. [26] En 1828, Friedrich Wöhler publicó un artículo sobre su síntesis fortuita de urea a partir de cianato de potasio y sulfato de amonio, algunos lo consideraron un derrocamiento directo del vitalismo y el establecimiento de la química orgánica. [27] [28] Sin embargo, la síntesis de Wöhler ha provocado controversia ya que algunos rechazan la muerte del vitalismo en sus manos. [29] Desde entonces, la bioquímica ha avanzado, especialmente desde mediados del siglo XX, con el desarrollo de nuevas técnicas como cromatografía, difracción de rayos X, interferometría de polarización dual, espectroscopia de RMN, marcaje radioisotópico, microscopía electrónica y simulaciones de dinámica molecular. Estas técnicas permitieron el descubrimiento y análisis detallado de muchas moléculas y vías metabólicas de la célula, como la glucólisis y el ciclo de Krebs (ciclo del ácido cítrico), y llevaron a una comprensión de la bioquímica a nivel molecular.

Otro acontecimiento histórico significativo en bioquímica es el descubrimiento del gen y su papel en la transferencia de información en la célula. En la década de 1950, James D. Watson, Francis Crick, Rosalind Franklin y Maurice Wilkins fueron fundamentales para resolver la estructura del ADN y sugerir su relación con la transferencia genética de información. [30] En 1958, George Beadle y Edward Tatum recibieron el Premio Nobel por su trabajo en hongos que demuestra que un gen produce una enzima. [31] En 1988, Colin Pitchfork fue la primera persona condenada por asesinato con evidencia de ADN, lo que llevó al crecimiento de la ciencia forense. [32] Más recientemente, Andrew Z. Fire y Craig C. Mello recibieron el Premio Nobel de 2006 por descubrir el papel de la interferencia de ARN (ARNi) en el silenciamiento de la expresión génica. [33]

Alrededor de dos docenas de elementos químicos son esenciales para varios tipos de vida biológica. La mayoría de los elementos raros de la Tierra no son necesarios para la vida (las excepciones son el selenio y el yodo), [34] mientras que algunos de los más comunes (aluminio y titanio) no se utilizan. La mayoría de los organismos comparten necesidades de elementos, pero existen algunas diferencias entre plantas y animales. Por ejemplo, las algas del océano usan bromo, pero las plantas y los animales terrestres parecen no necesitarlo. Todos los animales necesitan sodio, pero algunas plantas no. Las plantas necesitan boro y silicio, pero los animales pueden no (o pueden necesitar cantidades ultra pequeñas).

Solo seis elementos (carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, calcio y fósforo) constituyen casi el 99% de la masa de células vivas, incluidas las del cuerpo humano (consulte la composición del cuerpo humano para obtener una lista completa). Además de los seis elementos principales que componen la mayor parte del cuerpo humano, los seres humanos requieren cantidades más pequeñas de posiblemente 18 más. [35]

Las 4 clases principales de moléculas en bioquímica (a menudo llamadas biomoléculas) son carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos. [36] Muchas moléculas biológicas son polímeros: en esta terminología, los monómeros son macromoléculas relativamente pequeñas que se unen entre sí para crear grandes macromoléculas conocidas como polímeros. Cuando los monómeros se unen para sintetizar un polímero biológico, se someten a un proceso llamado síntesis por deshidratación. Las diferentes macromoléculas se pueden ensamblar en complejos más grandes, a menudo necesarios para la actividad biológica.

Carbohidratos Editar

Dos de las funciones principales de los carbohidratos son el almacenamiento de energía y la estructuración. Uno de los azúcares comunes conocidos como glucosa son los carbohidratos, pero no todos los carbohidratos son azúcares. Hay más carbohidratos en la Tierra que cualquier otro tipo conocido de biomolécula; se utilizan para almacenar energía e información genética, además de desempeñar un papel importante en las interacciones y comunicaciones de célula a célula.

El tipo más simple de carbohidrato es un monosacárido, que entre otras propiedades contiene carbono, hidrógeno y oxígeno, principalmente en una proporción de 1: 2: 1 (fórmula generalizada CnorteH2norteOnorte, dónde norte es al menos 3). Glucosa (C6H12O6) es uno de los carbohidratos más importantes, otros incluyen fructosa (C6H12O6), el azúcar comúnmente asociado con el sabor dulce de las frutas, [37] [a] y la desoxirribosa (C5H10O4), un componente del ADN. Un monosacárido puede cambiar entre una forma acíclica (cadena abierta) y una forma cíclica. La forma de cadena abierta se puede convertir en un anillo de átomos de carbono puenteados por un átomo de oxígeno creado a partir del grupo carbonilo de un extremo y el grupo hidroxilo del otro. La molécula cíclica tiene un grupo hemiacetal o hemicetal, dependiendo de si la forma lineal era una aldosa o una cetosa. [38]

En estas formas cíclicas, el anillo suele tener 5 o 6 átomos. Estas formas se denominan furanosas y piranosas, respectivamente, por analogía con el furano y el pirano, los compuestos más simples con el mismo anillo carbono-oxígeno (aunque carecen de los dobles enlaces carbono-carbono de estas dos moléculas). Por ejemplo, la aldohexosa glucosa puede formar un enlace hemiacetal entre el hidroxilo en el carbono 1 y el oxígeno en el carbono 4, produciendo una molécula con un anillo de 5 miembros, llamada glucofuranosa. La misma reacción puede tener lugar entre los carbonos 1 y 5 para formar una molécula con un anillo de 6 miembros, llamado glucopiranosa. Las formas cíclicas con un anillo de 7 átomos llamadas heptosis son raras.

Dos monosacáridos se pueden unir mediante un enlace glicosídico o éter en un disacárido a través de una reacción de deshidratación durante la cual se libera una molécula de agua. La reacción inversa en la que el enlace glicosídico de un disacárido se rompe en dos monosacáridos se denomina hidrólisis. El disacárido más conocido es la sacarosa o azúcar común, que consiste en una molécula de glucosa y una molécula de fructosa unidas. Otro disacárido importante es la lactosa que se encuentra en la leche, que consta de una molécula de glucosa y una molécula de galactosa. La lactosa puede ser hidrolizada por la lactasa y la deficiencia de esta enzima da como resultado intolerancia a la lactosa.

Cuando se unen unos pocos (alrededor de tres a seis) monosacáridos, se denomina oligosacárido (oligo- que significa "pocos"). Estas moléculas tienden a usarse como marcadores y señales, además de tener otros usos. [39] Muchos monosacáridos unidos forman un polisacárido. Pueden unirse en una cadena lineal larga o pueden estar ramificados. Dos de los polisacáridos más comunes son la celulosa y el glucógeno, ambos compuestos por monómeros de glucosa repetidos. Celulosa es un componente estructural importante de las paredes celulares de la planta y glucógeno se utiliza como forma de almacenamiento de energía en animales.

El azúcar se puede caracterizar por tener extremos reductores o no reductores. Un extremo reductor de un carbohidrato es un átomo de carbono que puede estar en equilibrio con la forma de aldehído de cadena abierta (aldosa) o ceto (cetosa). Si la unión de monómeros tiene lugar en dicho átomo de carbono, el grupo hidroxi libre de la forma piranosa o furanosa se intercambia con una cadena lateral OH de otro azúcar, produciendo un acetal completo. Esto evita la apertura de la cadena a la forma aldehído o ceto y hace que el residuo modificado no sea reductor. La lactosa contiene un extremo reductor en su resto de glucosa, mientras que el resto de galactosa forma un acetal completo con el grupo C4-OH de la glucosa. La sacarosa no tiene un extremo reductor debido a la formación completa de acetal entre el carbono aldehído de la glucosa (C1) y el carbono ceto de la fructosa (C2).

Lípidos Editar

Lípidos comprenden una amplia gama de moléculas y, hasta cierto punto, es un conjunto de compuestos de origen biológico relativamente insolubles en agua o apolares, que incluyen ceras, ácidos grasos, fosfolípidos derivados de ácidos grasos, esfingolípidos, glicolípidos y terpenoides (p. ej., retinoides y esteroides) . Algunos lípidos son moléculas alifáticas lineales de cadena abierta, mientras que otros tienen estructuras de anillo. Algunos son aromáticos (con un [anillo] cíclico y una estructura [plana] plana) mientras que otros no lo son. Algunos son flexibles, mientras que otros son rígidos.

Los lípidos suelen estar hechos de una molécula de glicerol combinada con otras moléculas. En los triglicéridos, el grupo principal de lípidos a granel, hay una molécula de glicerol y tres ácidos grasos. Los ácidos grasos se consideran el monómero en ese caso y pueden estar saturados (sin dobles enlaces en la cadena de carbono) o insaturados (uno o más dobles enlaces en la cadena de carbono).

La mayoría de los lípidos tienen algún carácter polar además de ser en gran parte apolares. En general, la mayor parte de su estructura es no polar o hidrófoba ("teme al agua"), lo que significa que no interactúa bien con disolventes polares como el agua. Otra parte de su estructura es polar o hidrófila ("amante del agua") y tenderá a asociarse con disolventes polares como el agua. Esto las convierte en moléculas anfifílicas (que tienen porciones hidrofóbicas e hidrofílicas). En el caso del colesterol, el grupo polar es un mero –OH (hidroxilo o alcohol). En el caso de los fosfolípidos, los grupos polares son considerablemente más grandes y más polares, como se describe a continuación.

Los lípidos son una parte integral de nuestra dieta diaria. La mayoría de los aceites y productos lácteos que utilizamos para cocinar y comer, como mantequilla, queso, ghee, etc., están compuestos de grasas. Los aceites vegetales son ricos en varios ácidos grasos poliinsaturados (PUFA). Los alimentos que contienen lípidos se someten a digestión dentro del cuerpo y se descomponen en ácidos grasos y glicerol, que son los productos finales de degradación de grasas y lípidos. Los lípidos, especialmente los fosfolípidos, también se utilizan en diversos productos farmacéuticos, ya sea como cosolubilizantes (por ejemplo, en infusiones parenterales) o como componentes portadores de fármacos (por ejemplo, en un liposoma o transferoma).

Proteínas Editar

Las proteínas son moléculas muy grandes (macrobiopolímeros) hechas de monómeros llamados aminoácidos. Un aminoácido consta de un átomo de carbono alfa unido a un grupo amino, –NH2, un grupo de ácido carboxílico, –COOH (aunque existen como –NH3 + y –COO - en condiciones fisiológicas), un átomo de hidrógeno simple y una cadena lateral comúnmente denominada "–R". La cadena lateral "R" es diferente para cada aminoácido de los cuales hay 20 estándar. Es este grupo "R" el que hace que cada aminoácido sea diferente, y las propiedades de las cadenas laterales influyen en gran medida en la conformación tridimensional general de una proteína. Algunos aminoácidos tienen funciones por sí mismos o en una forma modificada, por ejemplo, el glutamato funciona como un neurotransmisor importante. Los aminoácidos se pueden unir mediante un enlace peptídico. En esta síntesis de deshidratación, se elimina una molécula de agua y el enlace peptídico conecta el nitrógeno del grupo amino de un aminoácido con el carbono del grupo ácido carboxílico del otro. La molécula resultante se llama dipéptido, y los tramos cortos de aminoácidos (por lo general, menos de treinta) se denominan péptidos o polipéptidos. Los tramos más largos merecen el título proteinas. Como ejemplo, la importante proteína albúmina del suero sanguíneo contiene 585 residuos de aminoácidos. [42]

Las proteínas pueden tener roles estructurales y / o funcionales. Por ejemplo, los movimientos de las proteínas actina y miosina son, en última instancia, responsables de la contracción del músculo esquelético. Una propiedad que tienen muchas proteínas es que se unen específicamente a una determinada molécula o clase de moléculas; pueden ser extremadamente selectivo en lo que se unen. Los anticuerpos son un ejemplo de proteínas que se unen a un tipo específico de molécula. Los anticuerpos están compuestos de cadenas ligeras y pesadas. Dos cadenas pesadas estarían unidas a dos cadenas ligeras a través de enlaces disulfuro entre sus aminoácidos. Los anticuerpos son específicos a través de la variación basada en diferencias en el dominio N-terminal. [43]

El ensayo inmunoabsorbente ligado a enzimas (ELISA), que utiliza anticuerpos, es una de las pruebas más sensibles que utiliza la medicina moderna para detectar diversas biomoléculas. Sin embargo, probablemente las proteínas más importantes son las enzimas. Prácticamente todas las reacciones en una célula viva requieren una enzima para reducir la energía de activación de la reacción. [12] Estas moléculas reconocen moléculas reactivas específicas llamadas sustratos luego catalizan la reacción entre ellos. Al reducir la energía de activación, la enzima acelera esa reacción a una velocidad de 10 11 o más [12]. Una reacción que normalmente tardaría más de 3.000 años en completarse espontáneamente podría tardar menos de un segundo con una enzima. La enzima en sí no se agota en el proceso y es libre de catalizar la misma reacción con un nuevo conjunto de sustratos. Utilizando varios modificadores, se puede regular la actividad de la enzima, lo que permite el control de la bioquímica de la célula en su conjunto. [12]

La estructura de las proteínas se describe tradicionalmente en una jerarquía de cuatro niveles. La estructura primaria de una proteína consiste en su secuencia lineal de aminoácidos, por ejemplo, "alanina-glicina-triptófano-serina-glutamato-asparagina-glicina-lisina-…". La estructura secundaria se ocupa de la morfología local (siendo la morfología el estudio de la estructura). Algunas combinaciones de aminoácidos tenderán a enrollarse en una espiral llamada α-hélice o en una hoja llamada β-lámina, algunas α-hélices se pueden ver en el esquema de hemoglobina anterior. La estructura terciaria es la forma tridimensional completa de la proteína. Esta forma está determinada por la secuencia de aminoácidos. De hecho, un solo cambio puede cambiar toda la estructura. La cadena alfa de la hemoglobina contiene 146 residuos de aminoácidos. La sustitución del residuo de glutamato en la posición 6 por un residuo de valina cambia tanto el comportamiento de la hemoglobina que da como resultado la anemia de células falciformes. Finalmente, la estructura cuaternaria se ocupa de la estructura de una proteína con múltiples subunidades de péptidos, como la hemoglobina con sus cuatro subunidades. No todas las proteínas tienen más de una subunidad. [44]

Las proteínas ingeridas generalmente se descomponen en aminoácidos individuales o dipéptidos en el intestino delgado y luego se absorben. Luego se pueden unir para formar nuevas proteínas. Los productos intermedios de la glucólisis, el ciclo del ácido cítrico y la vía de la pentosa fosfato se pueden utilizar para formar los veinte aminoácidos, y la mayoría de las bacterias y plantas poseen todas las enzimas necesarias para sintetizarlos. Los humanos y otros mamíferos, sin embargo, solo pueden sintetizar la mitad de ellos. No pueden sintetizar isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano y valina. Debido a que deben ingerirse, estos son los aminoácidos esenciales. Los mamíferos poseen las enzimas para sintetizar alanina, asparagina, aspartato, cisteína, glutamato, glutamina, glicina, prolina, serina y tirosina, los aminoácidos no esenciales. Si bien pueden sintetizar arginina e histidina, no pueden producirla en cantidades suficientes para animales jóvenes en crecimiento, por lo que a menudo se consideran aminoácidos esenciales.

Si el grupo amino se elimina de un aminoácido, deja un esqueleto de carbono llamado α-cetoácido. Las enzimas llamadas transaminasas pueden transferir fácilmente el grupo amino de un aminoácido (lo que lo convierte en un α-cetoácido) a otro α-cetoácido (lo que lo convierte en un aminoácido). Esto es importante en la biosíntesis de aminoácidos, ya que para muchas de las rutas, los intermedios de otras rutas bioquímicas se convierten en el esqueleto de α-cetoácido y luego se agrega un grupo amino, a menudo mediante transaminación. A continuación, los aminoácidos pueden unirse para formar una proteína.

Se utiliza un proceso similar para descomponer las proteínas. Primero se hidroliza en los aminoácidos que lo componen. El amoníaco libre (NH3), que existe como ión amonio (NH4 +) en la sangre, es tóxico para las formas de vida. Por tanto, debe existir un método adecuado para excretarlo. Se han desarrollado diferentes tácticas en diferentes animales, dependiendo de las necesidades de los animales. Los organismos unicelulares simplemente liberan el amoníaco al medio ambiente. Del mismo modo, los peces óseos pueden liberar el amoníaco en el agua, donde se diluye rápidamente. En general, los mamíferos convierten el amoníaco en urea a través del ciclo de la urea.

Para determinar si dos proteínas están relacionadas, o en otras palabras, para decidir si son homólogas o no, los científicos utilizan métodos de comparación de secuencias. Los métodos como los alineamientos de secuencias y los alineamientos estructurales son herramientas poderosas que ayudan a los científicos a identificar homologías entre moléculas relacionadas. La relevancia de encontrar homologías entre proteínas va más allá de formar un patrón evolutivo de familias de proteínas. Al descubrir qué tan similares son dos secuencias de proteínas, adquirimos conocimiento sobre su estructura y, por lo tanto, su función.

Ácidos nucleicos Editar

Los ácidos nucleicos, llamados así por su prevalencia en los núcleos celulares, es el nombre genérico de la familia de los biopolímeros. Son macromoléculas bioquímicas complejas de alto peso molecular que pueden transmitir información genética a todas las células vivas y virus. [2] Los monómeros se denominan nucleótidos y cada uno consta de tres componentes: una base heterocíclica nitrogenada (ya sea una purina o una pirimidina), un azúcar pentosa y un grupo fosfato. [45]

Los ácidos nucleicos más comunes son el ácido desoxirribonucleico (ADN) y el ácido ribonucleico (ARN). El grupo fosfato y el azúcar de cada nucleótido se unen entre sí para formar la columna vertebral del ácido nucleico, mientras que la secuencia de bases nitrogenadas almacena la información. Las bases nitrogenadas más comunes son adenina, citosina, guanina, timina y uracilo. Las bases nitrogenadas de cada hebra de un ácido nucleico formarán enlaces de hidrógeno con algunas otras bases nitrogenadas en una hebra complementaria de ácido nucleico (similar a una cremallera). La adenina se une a la timina y el uracilo, la timina se une solo a la adenina, y la citosina y la guanina solo pueden unirse entre sí. La adenina y la timina y la adenina y el uracilo contienen dos enlaces de hidrógeno, mientras que los enlaces de hidrógeno formados entre la citosina y la guanina son tres.

Aparte del material genético de la célula, los ácidos nucleicos a menudo desempeñan un papel como segundos mensajeros, además de formar la molécula base del trifosfato de adenosina (ATP), la principal molécula portadora de energía que se encuentra en todos los organismos vivos. Además, las posibles bases nitrogenadas en los dos ácidos nucleicos son diferentes: la adenina, la citosina y la guanina se encuentran tanto en el ARN como en el ADN, mientras que la timina solo se encuentra en el ADN y el uracilo en el ARN.

Los carbohidratos como fuente de energía Editar

La glucosa es una fuente de energía en la mayoría de las formas de vida. Por ejemplo, los polisacáridos se descomponen en sus monómeros mediante enzimas (la glucógeno fosforilasa elimina los residuos de glucosa del glucógeno, un polisacárido). Los disacáridos como lactosa o sacarosa se escinden en sus monosacáridos de dos componentes.


Introducción a las arqueas

El dominio Archaea no fue reconocido como un dominio importante de la vida hasta hace muy poco. Hasta el siglo XX, la mayoría de los biólogos consideraban que todos los seres vivos podían clasificarse como plantas o animales. Pero en las décadas de 1950 y 1960, la mayoría de los biólogos se dieron cuenta de que este sistema no podía adaptarse a los hongos, protistas y bacterias. En la década de 1970, un sistema de Cinco Reinos llegó a ser aceptado como el modelo por el cual todos los seres vivos podrían clasificarse. En un nivel más fundamental, se hizo una distinción entre los procariota bacterias y los cuatro eucariota reinos (plantas, animales, hongos y protistas). La distinción reconoce los rasgos comunes que comparten los organismos eucariotas, como núcleos, citoesqueletos y membranas internas.

La comunidad científica se sorprendió comprensiblemente a fines de la década de 1970 por el descubrimiento de un grupo completamente nuevo de organismos: las Archaea. El Dr. Carl Woese y sus colegas de la Universidad de Illinois estaban estudiando las relaciones entre los procariotas usando secuencias de ADN y encontraron que había dos grupos claramente diferentes. Aquellas "bacterias" que vivían a altas temperaturas o producían metano se agrupaban como un grupo muy alejado de las bacterias habituales y los eucariotas. Debido a esta gran diferencia en la composición genética, Woese propuso que la vida se dividiera en tres dominios: Eucariotas, Eubacterias y Arqueobacterias. Más tarde decidió que el término Archaebacteria era un nombre inapropiado y lo acortó a Archaea. The three domains are shown in the illustration above at right, which illustrates also that each group is very different from the others.

Further work has revealed additional surprises, which you can read about on the other pages of this exhibit. It is true that most archaeans don't look that different from bacteria under the microscope, and that the extreme conditions under which many species live has made them difficult to culture, so their unique place among living organisms long went unrecognized. However, biochemically and genetically, they are as different from bacteria as you are. Although many books and articles still refer to them as "Archaebacteria", that term has been abandoned because they aren't bacteria -- they're Archaea.

Archaeans include inhabitants of some of the most extreme environments on the planet. Some live near rift vents in the deep sea at temperatures well over 100 degrees Centigrade. Others live in hot springs (such as the ones pictured above), or in extremely alkaline or acid waters. They have been found thriving inside the digestive tracts of cows, termites, and marine life where they produce methane. They live in the anoxic muds of marshes and at the bottom of the ocean, and even thrive in petroleum deposits deep underground.

Some archaeans can survive the dessicating effects of extremely saline waters. One salt-loving group of archaea includes Halobacterium, a well-studied archaean. The light-sensitive pigment bacteriorhodopsin da Halobacterium its color and provides it with chemical energy. Bacteriorhodopsin has a lovely purple color and it pumps protons to the outside of the membrane. When these protons flow back, they are used in the synthesis of ATP, which is the energy source of the cell. This protein is chemically very similar to the light-detecting pigment rodopsina, found in the vertebrate retina.

Archaeans may be the only organisms that can live in extreme habitats such as thermal vents or hypersaline water. They may be extremely abundant in environments that are hostile to all other life forms. However, archaeans are not restricted to extreme environments new research is showing that archaeans are also quite abundant in the plankton of the open sea. Much is still to be learned about these microbes, but it is clear that the Archaea is a remarkably diverse and successful clade of organisms.


Cyanophyceae: Characteristics, Occurrence and Classification

In this article we will discuss about:- 1. Introduction to Cyanophyceae 2. Characteristics of Cyanophyceae 3. Occurrence 4. Thallus Organisation 5. Reproduction 6. Origin 7. Affinities 8. Economic Importance.

Introduction to Cyanophyceae:

It is a primitive group of algae, consists of 150 genera and about 2,500 species. In India, the division is represented by 98 genera and about 833 species. Members of the class Myxophyceae (Cyanophyceae) are commonly known as blue green algae. The name blue green algae is given because of the presence of a domi­nant pigment c-phycocyanin, the blue green pigment.

In addition, other pigments like chloro­phyll a (green), c-phycoerythrin (red), β-carotene and different xanthophylls are also present. The members of this class are the simplest living autotrophic prokaryotes.

They have the following important charac­teristics:

una. Nucleus is of prokaryotic nature i.e., devoid of nuclear membrane and nucle­olus,

B. Absence of well-organised cell orga­nelles, and

C. Pigments are distributed throughout the chromoplasm (the outer part of proto­plasm).

Depending on the above prokaryotic cha­racteristics many microbiologists consider the members of Cyanophyceae as bacteria. Based on prokaryotic cell structure like bacteria, Christensen (1962) placed both Cyanophyta and bacteria under a common phylum Prokaryota. Cyanophyta or blue green algae have also been named as cyanobacteria.

Important Characteristics of Cyanophyceae:

The important characteristics of the division are as follows:

1. The individual cells are prokaryotic in nature. The nucleus is incipient type and they lack membrane bound organelles.

2. Both vegetative and reproductive cells are non-flagellate.

3. Cell wall is made up of microfibrils and is differentiated into four (4) layers. The cell wall composed of mucopeptide, along with carbohydrates, amino acids and fatty acids.

4. Locomotion is generally absent, but when occurs, it is of gliding or jerky type.

5. The principal pigments are chlorophylls a (green), c-phycocyanin (blue) and c-phyco- erythrin (red). In addition, other pigments like β-carotene and different xanthophylls like myxoxanthin and myxoxanthophyll are also present.

6. Membrane bound chromatophore are absent. Pigments are found embedded in thylakoids.

7. The reserve foods are cyanophycean starch and cyanophycean granules (protein).

8. Many filamentous members possess specia­lized cells of disputed function (supposed to be the centre of N2 fixation) known as heterocysts.

9. Reproduction takes place by vegetative and asexual methods. Vegetative reproduction takes place by cell division, fragmentation etc. Asexual reproduction takes place by endospores, exospores, akinetes, nannospores etc.

10. Sexual reproduction is completely absent. Genetic recombination is reported in 2 cases.

Occurrence of Cyanophyceae:

Members of Cyanophyceae are available in different habitats. Most of the species are fresh water (e.g., Oscillatoria, Rivularia), a few are marine (e.g., Trichodesmium, Darmocarpa), and some species of Oscillatoria and Nostoc are grown on terrestrial habitat.

Species of some members like Anabaena grow as endophytes in thallus of Anthoceros (Bryophyta) and in leaves of Azolla (Pteridophyta) and Nostoc in the root of Cycas (Gymnosperm).

Species of Nostoc, Scytonema, Gloeocapsa, and Chroococcus grow symbiotically with different fungi and form lichen. Some members like Nostoc, Anabaena etc. can fix atmospheric nitrogen and increase soil fertility.

Thallus Organisation in Cyanophyceae:

Plants of this group show much variation in their thallus organisation.

The thallus may be of unicellular or colonial forms:

In unicellular form, the cells may be oval or spherical. Common members are Gloeocapsa (Fig. 3.23A), Chroococcus and Synechococcus.

In most of the members the cells after division remain attached by their cell wall or remain together in a common gelatinous matrix, called a colony.

The colonies may be of two types:

una. Non-Filamentous Type:

The cells of this type divide either alternately or in three planes, thereby they form spherical (Gomphosphaera, Coelosphaerum), cubical (Eucapsis alpine, Fig. 3.23C), squarish (Merismopedia) or irregular (Microcystis, Fig. 3.23B) colony.

By the repeated cell division in one plane, single row of cells are formed, known as trichome. e.g., Oscillatoria (Fig. 3.23D), Spirulina, Arthosporia etc. The trichome when covered by mucilaginous sheath is called a filament. The filament may contain single trichome (Oscillatoria, Lyngbya) or several trichomes (Hydrocoleus, Microcoleus, Fig. 3.23E).

The trichomes may be unbranched (Oscillatoria, Lyngbya), branched (Mastigocladus limilosus, Fig. 3.23J) and falsely branched (Scytonema, Fig. 3.23K and Tolypothrix).

Reproduction in Cyanophyceae:

The blue green algae (Cyanophyceae) reproduce by both vegetative and asexual means. Sexual reproduc­tion is absent.

The vegetative reproduction performs through fission (Synechococcus), fragmentation (Oscillatoria, Cylindrospermum muscicola), hormogonia formation (Oscillatoria, Nostoc), hormospores (Westiella lanosa), planococci and Palmelloid stage.

During asexual reproduction various types of asexual spores are formed. These are akinetes (Anabaena sphaerica, Gloeotrichia natans, Calothrix fusca), endospores (Dermocarpa), exospores (Chamaesiphon) and nannocyte (Microcystis) (Fig. 3.27).

Gaidukov phenomenon or complementary chromatic adaptation:

The efficiency to change the pigment com­position, to absorb maximum light for photosyn­thesis, with the variation of the incident light is called complementary chromatic adaptation.

Many members of Cyanophyceae have the capacity to change their colour in relation to the wave length of incident light. Due to variation of the wavelength of incident light they can change their pigment composition.

It may appear blue green in yellow light, green in red light and reddish in green light. Gaidukov (1903) first invented the phenomenon and according to his name it is also known as Gaidukov phenomenon.

Origin of Cyanophyceae:

This group is considered to be the most primitive because of the presence of some important features.

una. Presence of unorganised nucleus,

B. Absence of chromatophores,

C. Absence of flagella, and

D. Lack of sexual reproduction.

They are found in all habitats where life is possible and distributed throughout the world. Fossil records indicate that they have originated in early Pre-Cambrian period. But their ancestry is not known. Absence of flagella and the prokaryotic nature of cells lead to believe that possibly they have originated from unicellular aflagellate cells.

Presence of most of the mem­bers in terrestrial habitat leads to believe by most of the investigators that the Cyanophyceae have originated from terrestrial members.

Affinities of Cyanophyceae:

The members of Cyanophyceae show some relationship with both bacteria and Rhodo­phyceae.

Similarities of Cyanophyceae with Bacteria:

1. Cell structure is prokaryotic in both the group, having unorganised nucleus and devoid of membrane bound organelle.

2. The capsule of bacteria (if present) and mucilaginous sheath of blue green algal cells are made up of fine fibrils.

3. Cell wall composed of mucopeptide (murein).

4. Oscillatoria (blue green alga) shows simi­larity with Beggiatoa (sulphur bacterium), both in shape and movement.

5. Both are sensitive to antibiotics.

6. Both the groups show similarity in many metabolic processes like nitrogen and sulphur metabolism.

7. Absence of sexual reproduction.

8. Genetic recombination has been reported in Anacystis nidulans, a member of Cyano­phyceae, showing similarity with bacteria.

Similarities of Cyanophyceae with Rhodophyceae (Red Algae):

1. Both the groups resemble in the absence of motile cells.

2. The Cyanophycean pigments, c-phycocyanin (blue) and c-phycoerythrin (red) are chemically similar to the Rhodophycean pigment r-phycocyanin and r-phycoerythrin.

3. Stignema and some other members of Cyanophyceae have pit connections, and show relationship by having similar struc­tures as found in the members of Rhodophyceae.

Economic Importance of Cyanophyceae:

The Cyanophycean members show both beneficial and harmful activities.

Beneficial Activities:

1. Nostoc commune is boiled and used as soup in China.

2. Few species of Nostoc, Anabaena, Scyto­nema form a thick substratum over the soil resulting a reclamation of land.

3. About twenty two (22) filamentous members of Cyanophyceae like Nostoc, Anabaena, Aulosira, Anabinopsis, Calothrix, Scytonema etc. can fix atmospheric nitrogen and form nitrogenous compounds. These compounds are further absorbed by the plant for their metabolic activity and increase yield.

All the above members have heterocyst. But certain non-heterocystous members like Plectonema boryanum are able to fix atmospheric nitrogen in anaerobic condition.

Harmful Activities:

1. Some members of Cyanophyceae cause damage of building plasters, stones etc. It can be avoided by spraying CuSO4 and sodium arcenate.

2. Some members like Microcystis, Anabaena, form water blooms and can grow well in O2 deficient water. Continuous respiration by submerged plants and animals during night time (when photosynthesis does not take place) causes the depletion of O2 to almost zero level. At that condition mortality of both animals and other submerged plants takes place due to suffocation.

3. Blue green algae contaminate the water of reservoirs. They develop a foul odour in water and make it unhygienic for human being and cause several diseases.

Different diseases like gastric troubles may appear by drinking the water contaminated with Microcystis and Anabaena.


Variation & overproduction

To understand how natural selection leads to evolution it is important to know about variation and overproduction of offspring. These two concepts are the key to understanding evolution. In this activity students see examples of variation in different populations, make links with the genetics topic and consider the nature of overproduction of offspring in sexual reproduction.Mutation, meiosis and sexual reproduction.

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Ver el vídeo: Células Procariotas y Eucariotas. Fácil y Rápido. BIOLOGÍA (Julio 2022).


Comentarios:

  1. Huu

    En mi opinión, no tienes razón. Puedo probarlo. Escríbeme en PM, lo manejaremos.

  2. Nolyn

    Abrazo a la gente

  3. Armon

    tienes toda la razón



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