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Origen de la vida

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by

Arturo Alcantara

on 30 March 2016

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Transcript of Origen de la vida

Origen y evolución temprana de la vida
Átomos
Nucleosístesis
Precámbrico
Origen del sistema solar
¿Quien es CHON?
Introducción
¿?
¿Es constante el número de átomos en el universo?
Azúcares
Ácidos grasos
Aminoácidos
Nucléotidos
DNA
RNA
Proteínas y membranas
¿Han existido siempre los átomos?
Las moléculas elementales para la vida
Macromoléculas
Vida
Átomos
«a» (no) y «tomo» (divisible) "no divisible"
Dalton (1808)
Thomson (1904)

La materia está formada por partículas muy pequeñas llamadas átomos, que son indivisibles y no se pueden destruir.

Los átomos de un mismo elemento son iguales entre sí, tienen su propio peso y cualidades propias. Los átomos de los diferentes elementos tienen pesos diferentes.

Los átomos permanecen sin división, aún cuando se combinen en las reacciones químicas.

Los átomos, al combinarse para formar compuestos guardan relaciones simples.

Los átomos de elementos diferentes se pueden combinar en proporciones distintas y formar más de un compuesto.

Los compuestos químicos se forman al unirse átomos de dos o más elementos distintos.
El átomo está compuesto por electrones de carga negativa en un átomo positivo

Los electrones se distribuyen uniformemente alrededor del átomo
El átomo se compone de una parte positiva y una negativa,

La parte positiva se concentra en un núcleo, el cual también contiene virtualmente toda la masa del átomo,

Los electrones (carga negativa) orbitan al núcleo en órbitas circulares o elípticas con un espacio vacío entre ellos

Predice la existencia del neutrón
Rutherford (1911)
Cada órbita tiene una energía asociada. La más externa es la de mayor energía.

Los electrones no radian energía (luz) mientras permanezcan en órbitas estables.

Los electrones pueden saltar de una a otra órbita.

Si lo hace desde una de menor energía a una de mayor energía absorbe un cuanto de energía

Si pasa de una de mayor a una de menor, pierde energía en forma de radiación (luz).
Bohr (1913)
Se abandona la concepción de los electrones como esferas diminutas con carga que giran en torno al núcleo, que es una extrapolación de la experiencia a nivel macroscópico hacia las diminutas dimensiones del átomo.

Describe a los electrones como una función de onda,

Representa la probabilidad de presencia en una región delimitada del espacio. Esta zona de probabilidad se conoce como orbital.
Modelo atómico de Schrödinger (1926)
¿Han existido siempre los átomos?

Los átomos son eternos, indivisibles, homogéneos, incompresibles e invisibles.

Los átomos se diferencian solo en forma y tamaño, pero no por cualidades internas.

Las propiedades de la materia varían según el agrupamiento de los átomos.
Nucleosíntesis primordial
Duró solo unos 3 minutos
75% de H-1, un 25% de He-4 y un 0.01% de Deuterio trazas de Litio y Berilo y nada de otros elementos
Conjunto de reacciones nucleares que tienen lugar en las estrellas durante el proceso de evolución estelar anterior a la explosión de supernova
Nucleosíntesis estelar
Comenzó como una nebulosa en rotación compuesta por hidrógeno y helio surgidos en el Big Bang y elementos más pesados producidos por supernovas, en forma de rocas y polvo.

A medida que la nebulosa empezó a incrementar su rotación, se aplanó formando un disco protoplanetario hace unos 4.600 Millones de años

La mayor parte de la masa se acumuló en su centro y empezó a calentarse, aumentó su velocidad de giro y gravedad, originándose una enorme energía cinética en el centro.
El centro del disco aumentó su temperatura y comenzó la fusión nuclear: de hidrógeno a helio
El supereón Precámbrico, una división informal de la escala temporal geológica, es la primera y más larga etapa de la Historia de la Tierra

Engloba los eones Hadeico, Arcaico y Proterozoico

Este supereón comenzó cuando se formó la Tierra

Hace aproximadamente 4,567 millones de años y terminó hace 545 millones de años

Dio paso al Eón Fanerozoico
Hadeico
Formación de la corteza terrestre
Formación de la luna
Atmósfera primordial: hidrógeno, helio, Vapor de agua, metano y amoniaco
Segunda atmósfera: Dióxido de Carbono y Nitrógeno liberados por el vulcanismo
Océanos llenos con agua de impactos de cometas y meteoritos. Buena parte del CO2 se disuelve en los océanos
Arcaico
Evolución de la corteza terrestre, tectónica de placas (movimiento de placas) y una estructura interna terrestre similar a la que conocemos hoy en día
Las temperaturas parecen haber estado cerca de los niveles modernos, con agua líquida presente y una atmósfera anóxica
Comienza hace 4,000 millones de años
Aparición de las primeras formas de vida, los primeros registros fósiles son de cianobacterias
Origen de la vida
Alexander Ivanovich Oparin (1922)
Teniendo en cuenta el descubrimiento del metano en la atmósfera de Júpiter, Oparin propuso que la Tierra debió haber tenido una atmósfera fuertemente reductora compuesta por metano, amoniaco, hidrógeno y vapor de agua.
Supuso también que las moléculas de aminoácidos, con el estímulo del calor, se podrían combinar mediante enlaces peptídicos.
Agregados de moléculas mantenidas unidas por fuerzas electrostáticas que es propenso a la autosíntesis. Muchas macromoléculas incluyendo nucleoproteínas quedaron incluidas en coacervados
Los rayos ultravioleta y la actividad eléctrica en la atmósfera podrían catalizar reacciones químicas entre los compuestos y esas reacciones darían origen a aminoácidos, los principales constituyentes de las proteínas, y otras moléculas orgánicas, que formarían una "sopa primordial" en los océanos.
Experimento de Miller-Urey (1953)
A pesar de que Oparin sentó las bases del estudio científico del origen químico de la vida, fueron Stanley Miller y Harold Clayton Urey fueron quienes realizaron los experimentos claves para soportar la hipótesis de la "sopa primordial"
Formación de aminoácidos (glicina principalmente), azúcares y lípidos.
No se encontraron ácidos nucleicos
El bioquímico Catalán Joan Oró descubrió que se podía sintetizar Adenina a partir de una solución acuosa de Ácido cianhídrico y amoniaco.
Experimentos posteriores demostraron que las otras bases nucleotídicas presentes en el DNA y RNA también podían ser sintetizadas de manera abiótica
Proterozoico
Mundo de RNA
22 aminoácidos y 5 aminas
No importa cuales hayan sido las condiciones de la atmósfera primitiva, los compuestos orgánicos primordiales pudieron haber sido sintetizados en la nube protoplanetaria
Walker (1977)

El metano se habría oxidado rápidamente a CO2 por los radicales OH producidos a partir de la fotólisis del vapor agua
McElroy (1977)

Marte y Venus tienen más de un 95% de CO2, se podría esperar lo mismo para la Tierra
Rubey (1951, 1955)

Los gases volcánicos están dominados por el CO2, en lugar de CH 4. La atmósfera primitiva era parecida a la actual, pero carecía de oxigeno libre
Atmósfera menos reductora
Hipótesis:

El RNA fue la primera forma de vida, desarrollando posteriormente una membrana celular
Se sabe que el RNA puede tener propiedades enzimáticas, y al mismo tiempo posee la capacidad de almacenar información como el DNA.
El RNA tiene la capacidad de formar estructuras secundarias al plegarse sobre si mismo como las proteínas
Las ribozimas son moléculas de RNA que tienen la capacidad de actuar como catalizadores, es decir, de acelerar reacciones químicas específicas. Al igual que las enzimas proteicas, poseen un centro activo que se une específicamente a un sustrato y facilita su conversión en un producto.
Limitaciones
El RNA es muy inestable y no puede almacenar grandes cantidades de información, además tiene una alta tasa de mutación que pude ser perjudicial para la vida primitiva

El uracilo difícilmente es sintetizado en condiciones prebióticas
Panspermia
La vida es frecuente en el universo y es transportada por cometas y asteroides
Algunos seres vivos extremófilos pueden sobrevivir al impacto y a las condiciones del espacio y ser transportados de un planeta a otro
Las colisiones de cometas y asteroides sobre un planeta con vida pueden expulsar grandes cantidades de material fuera de su orbita
Tardígrados: soportan temperaturas cercanas al 0 absoluto (-273 °C) y hasta 150 °C.
Y hasta 1,000 veces más radiación que otros animales
Liquen capaz de fotosintetizar en las condiciones de la superficie de Marte
Sin agua y el vacío del espacio
Generación espontánea
Meteorito ALH84001
La vida se origina continuamente a partir de la descomposición de la materia orgánica
Francesco Redi (1668)
Spallanzani
Louis Pasteur (1864)
Todo ser vivo procede de otro ser vivo anterior
El último Eón del Precámbrico

Se extiende desde hace 2,500 Ma hasta hace 542 Ma

Dio paso al fanerozoico
Las cianobacterias originadas en el Eón Arcaico alcanzan su máxima abundancia y diversidad
La Gran Oxidación o Catástrofe del oxígeno
Estructuras estratificadas de formas diversas llamadas estromatolitos formados por la captura y fijación de partículas carbonatadas
La gran proliferación de las cianobacterias, capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica propició un gran aumento del Oxígeno en la atmósfera
La emisión de O2 al medio provocó un efecto devastador sobre la biodiversidad de la época, ya que el oxígeno era tóxico para los organismos anaerobios presentes
El metano fue oxidado a CO2 provocando una disminución del efecto invernadero
Glaciación Huroniana

(Tierra bola de nieve)
Aparición de los primeros eucariontes
Endosimbiosis
Ciliados
Foraminíferos
Chrysophyta, Rhodophyta, Chlorophyta
Primeros pluricelulares en el periodo Ediacárico
Spriggina
Lynn Margulis
Explosión del Cámbrico
érez
uárez
Chon Pérez Suárez
Son realmente las partículas elementales
Protón
Neutrón
Fusión nuclear
Ribozimas (Kruger et al. 1982; Guerrier-Takada et al. 1983)
Posible evidencia
Potencial de supervivencia
(vida primitiva)
Arturo Alcántara Rodríguez
Por cierto...
¿De que tamaño es una estrella?
Y hace 13,700 Millones de años...
Gracias por su atención!
La materia inanimada contiene "Pneuma" (aire , aliento, espíritu, alma)
Supernovas
Hades, Dios del inframundo
Las criaturas creadas estaban en función de las proporciones de este pneuma y los 4 elementos
Aristóteles (384 - 322 AC)
Anaximandro (610 - 546 AC)
Anaximenes (585 -528 AC)
Vs
Needham
1769
http://prezi.com/g95dtk6aa5gw/origen-de-la-vida/
Meteorito Murchison (1969)
Amino acids 17-60
Aliphatic hydrocarbons >35
Aromatic hydrocarbons 3319
Fullerenes >100
Carboxylic acids >300
Hydrocarboxylic acids 15
Purines and pyrimidines 1.3
Alcohols 11
Sulphonic acids 68
Phosphonic acids 2
"... we could conceive in some warm little pond with all sorts of ammonia & phosphoric salts,—light, heat, electricity, that a protein compound was chemically formed, ready to undergo still more complex changes, at the present day such matter would be instantly devoured, or absorbed, which would not have been the case before living creatures were formed."
“The Molecular Biologist’s Dream” (Joyce and Orgel 1993)

One might imagine that all of the components of RNAwere available in some prebiotic pool, and that these components could have assembled into replicating, evolving polynucleotides without the prior existence of any evolved macromolecules.

Woese 1967; Crick 1968; Orgel 1968
Walter Gilbert
1986
El RNA como molécula auto-replicante
Almacenar, transmitir, duplicar información y catalizar reacciones químicas
"RNA World"
Abiotic Synthesis of Polynucleotides


Iones como catalizadores

Pb 2+
Nonenzymatic Replication of RNA
(Ferris et al. 1996)
Arcillas como medio de soporte para la polimerización de RNA
RNA Replicasa
Biosíntesis de nucleótidos catalizada por ribozimas
Unrau & Bartel (1998)
My dear Hooker...
Sir Joseph Dalton Hooker
1, Feb, 1871
¿Cómo se origina la vida?
!Quién necesita de una atmósfera altamente reductora!
Acreción
ppm
Región espacio energética de manifestación probabilística electrónica o
REEMPE
Es el modelo cosmológico predominante para los períodos conocidos más antiguos del Universo y su posterior evolución a gran escala.

Afirma que el universo estaba en un estado de muy alta densidad (singularidad) que luego se expandió y continúa en expansión en la actualidad.

Mediciones modernas datan este momento aproximadamente a 13.8 mil millones de años atrás, que sería por tanto la edad del universo.



Después de la expansión inicial, el universo se enfrió lo suficiente para permitir la formación de las partículas subatómicas y más tarde átomos.
Teoría del Big bang
Teoría del Big bang
Nubes de gas
Nebulosa de absorción
Nebulosa de emisión
Hádico, o Hadeano
"Lavada" por el viento solar

Impactos de meteoritos
Las partículas de polvo y el resto del disco protoplanetario empezaran a segmentarse en anillos.

Los fragmentos más grandes colisionaron con otros, conformando otros de mayor tamaño que al final formarían los protoplanetas.
Cuerpos celestes constituidos por hielo, polvo y rocas que orbitan alrededor del Sol siguiendo, normalmente siguiendoórbitas elípticas de gran excentricidad
Cometas
El sueco Karl von Linneo (1707-1778), primer clasificador moderno de animales y plantas, Su obra "Sistema de la Naturaleza" enuncia geniales reglas de clasificación de seres vivos que, en su mayoría, siguen siendo usadas. Su labor científica fue enorme y de gran calidad.

"¡Oh Jehová! ¡Qué grandes son tus obras! ¡Qué sabiamente las hiciste! ¡Qué llena está la tierra de tu presencia!" (Salmo 104,24)

Creencia que sostiene que las especies actualmente existentes han permanecido básicamente invariables desde la Creación. Las especies serían, por tanto, inmutables, tal y como fueron creadas.
Fijismo
"Por tanto, debo inferir de analogía que probablemente todos los seres orgánicos que han vivido en esta tierra handescendido de alguna forma primordial,en la que la vida tuvo su primer aliento"

Abreviatura del nombre eninglésLast Universal CommonAncestor (Último AncestroUniversal Común). Se ha propuestoque de este organismo provienen todas las células vivas del planeta.

LUCA
Son considerados los protobiontes que dieron lugar a la vida anterior al RNA
Coacervados
Proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado.
Estrellas en formación
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