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    Semana 7 Laboratorio BCM

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    Victoria Ninahuman Peñaloza
    La teoría endosimbiótica indica que las mitocondrias se originaron a partir de la incorporación de una bacteria procariota aerobia dentro de una célula eucariota primitiva, que con el tiempo evolucionó hasta convertirse en un orgánulo celular. Esta teoría se basa en evidencias como las similitudes entre las mitocondrias y las bacterias en tamaño, ADN, ribosomas y capacidad de replicación independiente, así como en la pérdida de genes mitocondriales que ahora se expresan en el núcleo celular

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    La teoría endosimbiótica indica que las mitocondrias se originaron a partir de la incorporación de una bacteria procariota aerobia dentro de una célula eucariota primitiva, que con el tiempo evolucionó hasta convertirse en un orgánulo celular. Esta teoría se basa en evidencias como las similitudes entre las mitocondrias y las bacterias en tamaño, ADN, ribosomas y capacidad de replicación independiente, así como en la pérdida de genes mitocondriales que ahora se expresan en el núcleo celular

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    La teoría endosimbiótica indica que las mitocondrias se originaron a partir de la incorporación de una bacteria procariota aerobia dentro de una célula eucariota primitiva, que con el tiempo evolucionó hasta convertirse en un orgánulo celular. Esta teoría se basa en evidencias como las similitudes entre las mitocondrias y las bacterias en tamaño, ADN, ribosomas y capacidad de replicación independiente, así como en la pérdida de genes mitocondriales que ahora se expresan en el núcleo celular

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    CUESTIONARIO

    1. ¿Qué indica la teoría endosimbiótica respecto al origen de las


    mitocondrias?

    Se cree que todos los organismos han evolucionado a partir de un tipo celular que
    apareció hace unos 3500 millones de años denominado LUCA (en inglés, Last
    Universal Common Ancestor). Esta célula debió ser sencilla, supuestamente
    semejante a los procariotas actuales. Sin embargo, la complejidad celular de
    algunas de estas primeras células aumentó, dando lugar a la aparición de las
    células eucariotas. Todas las células eucariotas actuales se cree que proceden de
    una de estas células iniciales, a la que se denomina LECA (en inglés, Last
    Eukaryotic Common Ancestor). Las células eucariotas actuales tienen
    compartimentos membranosos internos como el núcleo y diversos orgánulos como
    retículo endoplasmático, aparato de Golgi, endosomas, mitocondrias, cloroplastos,
    etcétera, además del citoesqueleto. Los primeros restos fósiles apuntan a que las
    células eucariotas estaban ya presentes hace unos 1500 millones de años, pero se
    cree que aparecieron mucho antes.

    ❖ Definición

    Mereschokovsky (1905, 1910) fue el primero en proponer que los cloroplastos son
    los descendientes de una célula procariota incorporada por una eucariota. A este
    proceso le llamó simbiogénesis, que derivó en el término endosimbiosis.
    Posteriormente se incluyeron a las mitocondrias también como resultado de un
    proceso de simbiogénesis. Así, tanto mitocondrias como cloroplastos constituyeron
    en el pasado formas libres de células primitivas procariotas. Estas células fueron
    incorporadas por otras células, evolucionaron y cambiaron con el tiempo, llegado
    hasta nuestros días transformadas en orgánulos celulares. Hoy en día se acepta
    que tanto mitocondrias como cloroplastos se originaron por endosimbiosis. Algunos
    autores han postulado que los peroxisomas, los cilios y los flagelos también se
    formaron por procesos de endosimbiosis, aunque hay poco soporte experimental.
    ❖ Evidencias

    La teoría de la endosimbiosis se basa en algunas semejanzas entre las bacterias


    actuales con las mitocondrias y los cloroplastos: ambos orgánulos tienen unas
    dimensiones parecidas a las bacterias, poseen hebras circulares de ADN en su
    interior y sus ribosomas son 70S, similares a los de las bacterias. Además, son
    capaces de replicarse de forma independiente en el interior celular. La doble
    membrana que presentan ya la tendrían cuando pasaron al interior de otra célula.
    En el caso de los cloroplastos se perdió la cubierta de peptidoglicano, pero las dos
    membranas también las poseía el ancestro. Mitocondrias y cloroplastos fueron
    inicialmente bacterias libres que se incorporaron o se internaron en otras células
    mayores (una arquea y una eucariota, respectivamente) y que llegaron a tal grado
    de dependencia que terminaron por perder su autonomía. Los antepasados de las
    mitocondrias podrían ser los antepasados de las alfa-proteobacterias actuales y los
    de los cloroplastos los antepasados de las cianobacterias actuales.

    Los cloroplastos y las mitocondrias son muy diferentes a las cianobacterias y a las
    bacterias aerobias actuales. Por ejemplo, las cianobacterias actuales tienen unos
    3000 genes, mientras que los cloroplastos actuales sólo poseen unos 100 o 200
    genes. La pérdida de genes hace que los que quedan sólo codifican para un 10 %
    de sus proteínas. Esto es porque muchos de los genes cloroplastidiales han pasado
    al núcleo, el cuál se encarga de sintetizar muchos de los componentes que el
    cloroplasto necesita. Esto es un paso bastante complicado porque tales genes
    tienen que expresarse en un ambiente totalmente diferente y además, sus
    productos, las proteínas, deben viajar por el citosol, entrar en el cloroplasto y
    realizar su función en compartimentos concretos dentro del cloroplasto. La gran
    ventaja es que el núcleo celular coordina el funcionamiento y división de los
    cloroplastos. Un fenómeno similar ha ocurrido con las mitocondrias.

    Se ha sugerido que la adquisición de la mitocondria como suministradora de mucha


    energía permitió aumentar la complejidad estructural de la célula eucariota. Algunos
    autores han propuesto que la principal propiedad que aportaron inicialmente los
    ancestros de las mitocondrias fue calor, lo que permitió a las células vivir en
    ambientes más fríos. La producción de ATP como principal elemento beneficioso
    para la célula llegó mucho más tarde durante la evolución. Las procariotas
    termófilas, que pueden vivir a temperaturas por encima de los 80ºC, son
    fundamentalmente arqueas. Se supone que las arqueas iniciales habrían vivido en
    esos ambientes que debieron ser muy frecuentes en aquellos tiempos en la
    superficie de la Tierra; luego podrían haber conquistado zonas más frías gracias a la
    capacidad de los ancestros de las mitocondrias de convertir el gradiente de protones
    generado en su membrana interna en calor, en vez de en ATP.

    ❖ Proceso

    La teoría de la endosimbiosis postula


    una primera fusión de procariotas. Hoy se
    favorece la idea de que fue entre una arquea
    y una bacteria. Esto se produjo
    probablemente tras un periodo de
    colaboración metabólica entre ambas
    células, es decir, hubo una simbiosis (no
    endosimbiosis todavía) previa a la
    incorporación de la bacteria en la arquea.
    Posteriormente a la incorporación, la célula
    desarrolló todo un sistema de orgánulos
    membranosos y un citoesqueleto, y la
    bacteria se convirtió en la mitocondria con el
    paso del tiempo. Así, tendríamos una célula
    similar a las eucariotas actuales.
    Posteriormente, hubo una segunda
    colonización de estas células eucariotas por
    parte de procariotas con clorofila,
    probablemente similares a las cianobacteras
    actuales, que con el tiempo se transformaron en los cloroplastos, resultando en las células
    fotosintéticas como las de los vegetales, que poseen tanto mitocondrias como cloroplastos.
    Es decir, se habrían producido dos endosimbiosis en serie, por lo que algunos autores
    hablan de la célula eucariota vegetal como una comunidad microbiana bien organizada.
    En la actualidad se conocen "comunidades celulares" todavía más complejas. Una
    endosimbiosis primaria (no confundir con la primera endosimbiosis) resulta de la asociación
    de una célula libre con otra célula, una de ellas termina dentro de la otra, lo que a la larga
    supone una gran alteración del ADN de la célula
    asimilada y del hospedador. Ambas células se
    han adaptado y evolucionado para mantener la
    endosimbiosis. Se conocen tres endosimbiosis
    primarias. Las más extendidas y que más impacto
    produjeron son la que dio lugar a las mitocondrias
    y la que dio lugar a los cloroplastos. Hay una
    tercera, que es una alfa cianobacteria que se
    incorporó en un eucariota unicelular denominado
    Paulinella chromatophora. Los descendientes de
    las tres endosimbiosis primarias tienen menos
    genes que una bacteria común y guardan los
    imprescindibles para su ciclo dentro del hospedador. Una endosimbiosis secundaria (no
    confundir con la segunda endosimbiosis) ocurrió cuando una célula eucariota con
    mitocondrias y cloroplastos se "zampó" a otra célula eucariota que ya contenía cloroplastos
    y mitocondrias. Con el tiempo la célula incorporada pasó a ser endosimbionte. La célula
    "ingerida" perdió el núcleo, o se atrofió, y sus cloroplastos pasaron a trabajar para la célula
    hospedadora y a depender de ella. Actualmente, se conocen tres sucesos independientes
    de endosimbiosis secundaria. La endosimbiosis terciaria ocurrió cuando una célula
    eucariota incorporó a otra eucariota que era resultado de una endosimbiosis secundaria. De
    todos estos casos hay ejemplos en la naturaleza.

    Hoy en día se conocen muchos ejemplos de bacterias, pero ninguno de arqueas,


    que se localizan en células eucariotas a modo de simbiontes, incluso de bacterias
    dentro de arqueas, aunque no han llegado al grado de integración que observamos
    en mitocondrias y cloroplastos. Son diferentes caminos que se han explorado
    durante la evolución en la cooperación entre distintos tipos celulares. Cualquiera
    que sea el tipo, los simbiontes son capaces de proveer moléculas que el
    hospedador necesita. Por ejemplo, muchos invertebrados tienen bacterias que son
    intracelulares, las cuales llevan a cabo su ciclo de vida y pueden pasar a través de
    los gametos a su descendencia. Son simbiontes obligados que realizan su ciclo en
    el interior de las células del hospedador y se transmiten a la descendencia. Se han
    adaptado de tal manera que son inocuas para el hospedador, a veces son
    beneficiosas y otras necesarias. En realidad son infecciones que no producen daños
    importantes a los hospedadores, aunque usen la misma maquinaria que las
    bacterias patógenas para su reproducción. También hay endosimbiontes entre
    eucariotas. Por ejemplo, el paramecio Bursaria alberga en su interior una serie de algas
    del tipo Chlorella. Este protozoo busca siempre lugares bien iluminados gracias a su gran
    movilidad. El alga aprovecha esta alta intensidad de luz para realizar la fotosíntesis y de los
    productos resultantes se aprovecha el paramecio. Existen otros muchos ejemplos. Algunos
    simbiontes se denominan secundarios y no son permanentes, producen invasiones
    horizontales, es decir saltan entre individuos, su ADN no es tan grande como el de las
    bacterias libres, ni tan pequeño como el de otros simbiontes más integrados.

    2. ¿En qué etapa ocurre específicamente los procesos de descarboxilación


    en la matriz mitocondrial?

    3. ¿Por qué las mitocondrias fijan el Verde de Janus?

    4. ¿Qué función cumplen los plastidios en las células vegetales?

    5. ¿Cuáles son las etapas de la fotosíntesis?


    Bibliografía

    ❖ Audesirk G. Byers B. Biología la Vida en la Tierra. 9na ed. España:


    PearsonEducación; 2013.
    ❖ Estructuras de las Células Vegetales [en línea [Consulta: 21de febrero de
    2017]]. Disponible en web:
    http://www.ck12.org/book/CK-12-Conceptos-Biolog%C3%ADa/section/2.10/
    ❖ Dacks JB, Field MC. 2007.Evolution of the eukaryotic membrane-trafficking
    system: origin, tempo and mode. Journal of cell science. 120:2977-2985.
    ❖ De Duve C. 1996. El origen de las células eucariotas. Investigación y Ciencia.
    Junio:18-26.
    ❖ McFadden GI. 2001. Chloroplast origin and integration. Plant Physiol.
    125:50-53.
    ❖ Poole AM, Penny D. 2006. Evaluating hypotheses for the origin of eukaryotes.
    BioEssays. 29:74-84.
    ❖ Simpson AGB, Roger AJ. 2002. Eucaryotic evolution. Getting to the root of
    the problem. Curr Biol. 12:R691-R693.

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