CURSO TEORICO-PR

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CURSO TEORICO-PRÁCTICOBIOLOGÍA SINTÉTICA

• Tema 1.
• BIOLOGÍA DE
• PROCARIONTES Y EUCARIONTES

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Hace unos 3.7 mil millones de años, aparecieron
sobre la Tierra los primeros seres vivos que eran
microorganismos unicelulares primitivos y los
datos de registros fósiles indican que eran
células del tipo Procarionte, estos organismos
(bacterias) alcanzaron pleno éxito en su
desarrollo y reproducción gracias a su notable
poder de adaptación hace unos 3.5 mil millones de
años., Posteriormente surgieron células más
especializadas llamadas Eucariontes aprox. hace
unos 1.5 mil millones de años. Registros fósiles
de esta época muestran un abrupto incremento en
el tamaño y las formas celulares.
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Cuando surgieron las primeras células
Procarionte estas se encontraban en ambientes
ricos en nutrientes y las reacciones metabólicas
eran poco necesarias. A medida que estos recursos
se agotaron, los organismos que habían
desarrollado sistemas enzimáticos para fabricar
moléculas orgánicas a partir de átomos como el
hidrógeno, carbono y el nitrógeno en procesos,
tales como, la fotosíntesis, fermentación y
fijación de nitrógeno atmosférico en las
proteínas, presentaron una mayor capacidad para
adaptarse y ventaja respecto de las otras células
produciendo aumento en sus poblaciones, esto ha
sido observado en registros de microfósiles
encontrados en rocas del pre-Cámbrico
estromatolitos. Los registros indican que este
Procarionte era del tipo de las cianobacterias,
que son microorganismo fotosintéticos.
Estas células recurren a la energía de la luz
solar para extraer de las moléculas de agua el
hidrógeno para la construcción de moléculas más
complejas, dejando libre como sub-producto el
oxígeno molecular.
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• Propiedades de los seres vivos
• La vida puede definirse según 7 propiedades
  básicas de los seres vivos, que nos
• permiten diferenciarlos del resto de la materia
  inorgánica
• Se componen de células
• Crecen y se desarrollan
• Regulan sus procesos metabólicos y de desarrollo
• Presentan movimiento
• Reaccionan a estímulos
• Se reproducen
• Las poblaciones evolucionan y se adaptan al
  ambiente
• Los virus, un caso especial
• Los virus cumplen con tres de estas
  características, pero no tienen metabolismo. Sin
  embargo, si consideramos que la característica
  básica de un ser vivo es la evolución biológica,
  también los virus podrían considerarse seres
  vivos.

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La teoría celular establece que todos los seres
vivos están formados por células, que son las
unidades básicas de vida, y que cada célula
proviene de otra célula. Las células
procariontas no poseen núcleos u órganos dentro
de las membranas. Las especies en los dominios
archaea y eubacterias , poseen células
procariotas. Las células eucariontas tienen un
núcleo y órganos cubiertos por membranas. Cada
órgano tiene una función específica. Todas las
especies en el dominio de las eucariontas
(protistas, hongos, plantas, y animales) tienen
eucariotas. Los protozoarios individuales son
pequeños y tienen una sola célula, mientras que
una planta o animal tiene trillones de células.
Criaturas complejas como los seres humanos,
tienen células particulares que están destinadas
a funciones específicas como las de llevar
oxígeno a lo largo del cuerpo, digestión de los
alimentos o formación de los huesos.
Célula Eucarionta
Célula Procarionta
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Célula Procarionta
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Célula Eucarionta
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• Eubacteria
• Arqueobacteria
• Eucarionte

  Figura Arbol Filogenético las ramas del árbol
muestran descendencia común, pero, su longitud no
indica el paso del tiempo.
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• Los seres vivientes se dividen en tres grandes
  grupos, de acuerdo a su parecido genético.
• Estos tres grupos (DOMINIOS) son
• Archaea bacterias muy primitivas.
• Eubacterias bacterias más avanzadas.
• Eucariota todo tipo de vida con células
  eukaryóticas, incluyendo plantas y animales

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- La evidencia presentada por la biología
molecular sugiere que los primitivos procariotas
se separaron en dos grupos muy temprano en el
desarrollo de la vida en la tierra, los
descendientes de estas dos líneas son las
Eubacterias y las Arqueobacterias
 DOMINIOS BACTERIA ARCHEA EUKARYA
Células  procariotas procariotas eucariotas
Núcleo con no no SI
Membranas lipídicas enlazados por ester, no ramificados enlaces eter, ramificado enlazados por éster,no ramificados
organelas no no SI
ribosomas 70S 70S 80S
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EUBACTERIAS
y permiten desarrollar importantes progresos en
la investigación, concretamente en fisiología
celular y en genética
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PHYLUM PROTEOBACTERIA
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(No Transcript)
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Principales características de Archaea

• Morfológicamente similares a Eubacteria.
• Ausencia de peptidoglicanos.
• Cromosoma circular.
• Presencia de operones.
• Trascripción y traducción unidas.
• Complejo RNA polimerasa.

Operon grupo de genes cuya expresión está
controlada por un operador sencillo.
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• Proteínas parecidas a histonas, nucleosomas.
• TATA elementos promotores (sitio de unión de la
  RNA polimerasa).
• Intrones en genes (regiones no codificantes).
• Múltiple subunidad de RNA polimerasa (12
  subunidades vs. 5 en Eubacteria).

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• Colonizan ambientes extremos.
• Lípidos unidos con enlaces éter.

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• Diversos grupos en ambientes hipersalinos
• Muy alto requerimiento por sal
• Por lo menos 1.5M (9) NaCl
• Muchas spp 2-4M (12-23) NaCl
• Todas pueden crecer a 5.5M (32) NaCl
• Hábitat ambientes de alta salinidad.
• Estanques solares de evaporación de sal
• Ambientes artificiales (superficies con sales
  pesadas).
• Alimentos con altas concentraciones de sal
  (salchichas, pescado y carne)

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• Ambientes hipersalinos
• En áreas cálidas y secas.
• Lagos salados naturales
• Gran lago salado (Utah).
• Agua de mar concentrada (10 x)
• Na Cl- predominante
• Mar Muerto
• Mg predominante, bajo en Na
• Lagos Soda
• Altos niveles de CO3-
• pH 10-12
• Ca2 Mg2 virtualmente absentes
• Lagos salados Dunaliella
• Lagos alcalinos de altura
• Bacterias Purpuras anaerobias fotosintéticas.

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• Muchas Euryarcheota producen CH4
• Diversidad y fisiología de metanogenas
• AnO2 obligadas, estrictas anóxicas
• Mayoría mesofílicas, extremofilas (altas y bajas
  T, sal)
• Química de la pared celular
• Methanobacterium pseudopeptidoglicanos
• Methanosarcina (d) metanocondriotina
• Methanocaldococcus proteínas
• Methanoplanus glicoproteínas
• Methanospirillum (c) Capa de azufre

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• Termofilica acidofilica extrema
• La más acidofilica de los procariontes
• Picrophilus crece a pH lt 0!

Thermoplasma sp
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• Thermoplasma
• Quimiorganotrofos, 55C. pH 2, Fac O2
• Respiración Sulfuro (aero/ana)
• Sin pared celular
• T. volcanicum campos de azufre, alta movilidad
  con múltiples flagelos
• Membrana con material parecido a
  lipopolisacaridos (estable a condiciones ácidas y
  calientes)
• Lípidos tetraeter (Man Glu unidades)
• glicoproteína, no esterol
• Genoma pequeño, DNA enrollado por proteínas
  básicas (homologas a histonas en eukaryotes)

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• Ambos extremos de Temperatura agua hirviendo y
  congelada
• La mayoría cultivadas hipertermofilas gt 80C
• Fuentes geotermales con S0 o H2S
• Sulfataras 100C, pH 5-8 o ? 1
• H2S y S0 oxidación ? ácido sulfúrico
• Ventilas Hidrotermales, optimagt 100C

Sulfatara, Yellowstone rico en H2
Manantial hirviendo a pH neutro
Manantial caliente rico en Sulfuro, Hábitat de
Sulfolobus
Manantial geotérmico rico en fierro Hábitat de
Sulfolobus
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• Hábitats fríos de Crenarchaeota
• Muestra de una comunidad con fluorescencia de
  r-RNA
• Agua marina de amplia distribución (aguas frías
  bajo la capa superficial de hielo, Antártica)
• Planctónica 104/ml
• Lípidos unidos por enlaces eter
• Metabolismo
• Hipertermofilas AnO2 Obl.
• Quimioorganothofas o Quimiolitotrofas
• Respiración O2 y AnO2
• Donador de e- H2, aceptor de e- S0, NO3-
  (Quimiolitotrofas en condiciones anóxicas)
• Oxidación S0 o Fe2 aeróbicamente o
• Fe2 AnO2 con NO3- como aceptor de e-
• La mayoría de las termofilicas fototróficas
  crecen a 70C

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EVOLUCIÓN DE LA VIDA A ALTAS TEMPERATURAS
Sensibilidad de las biomoleculas al calor

• La estabilidad de proteínas y DNA en
  hipertermofilas es critica
• Proteínas termoestables
• Altos núcleos hidrofobicos
• Los pliegues afectan a heatR
• Cambios sutiles en la secuencia de a. á. gt
  estable a la temperatura
• Proteínas chaperon funcionan para retrazar
  parcialmente la desnaturalización de proteínas
  (en Pyridictium thermosomes)

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Estabilidad de biomoleculas al calor

• Estabilidad del DNA
• Hipertermofilas metanogenas contiene en el
  citoplasma grandes cantidades de
• K cíclico 2,3-difosfoglicerato
• Todas las hipertermofilas
• Única reversa DNA girasa gt enrolla positivamente
  al DNA estable al calor
• Pequeñas proteínas que ligan al DNA
• Sulfolobus Sac7d - incrementa la temperatura de
  fusión del DNA hasta 40C
• Histonas Archaea empaquetan y compactan el DNA
  en estructura parecidas a nucleosomas
• Estabilidad de lípidos
• Dibifitanil tetraeter en membrana
• Monocapas de lípidos

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DNAácido desoxiribonucleico
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El DNA (ácido desoxiribonucleico) es un ácido
nucleico formado por nucleótidos. Estos están
constituidos por una azúcar desoxiribosa de cinco
carbones en el cual se fija un fosfáto
esterificado en la posición 5 del anillo de
azucar y en el sitio 1 se fija una base
nitrogenada. Existen dos tipos de bases, las
pirimidinas más pequeñas y las purinas de mayor
tamaño (Karp, 1998). Las pirimidinas tienen un
anillo de seis lados (Citocina y Timina) y las
purinas poseen anillos de cinco y seis fusionados
(Adenina y Guanina), a las bases se les llama
generalmente por sus letras iniciales A, G, C y T
(Lewin, 1993).
Fosfato
Azucar
Base nitrogenada
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(No Transcript)
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La estructura del DNA está representada por una
doble hélice, cuya caracterización básica fue
deducida por James Watson y Francis Crick en
1953. Watson y Crick propusieron que en la doble
hélice las cadenas polinucleótidas, no están
unidas por enlaces covalentes, sino asociadas por
medio de puentes de hidrógeno formados entre las
bases nitrogenadas (Fig. 1.1.3).
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Las cadenas polinucleótidas se encuentran en
sentidos opuestos (antiparalelos), esta cadena va
en sentido 5-3, mientras su cadena
complementaria va en sentido 3-5. El armazón
azúcar-fosfáto está en el exterior y tiene carga
negativa debido a los grupos fosfato y las bases
están en el interior, las cuales presentan una
estructura plana, formando parejas
perpendiculares al eje de la hélice, conformando
una escalera en espiral y las bases constituyen
los escalones dando una estabilidad termodinámica
de la doble hélice de dos maneras La energía se
libera a) Por los puentes de hidrógeno formados
entre las bases de cada par, b) Por el
apilamiento hidrofóbico de bases. Cada par de
bases tienen un giro de 36 alrededor del eje
de la hélice con respecto al par de bases
siguiente. Aproximadamente 10 pares de bases
completan una vuelta de 360. El giro de las dos
cadenas, una alrededor de la otra forma una doble
hélice con un surco menor ( 12 Å) y un surco
mayor alrededor de 22 Å. La doble hélice es
dextrógira (gira en el sentido de las manecillas
del reloj) Fig. 1.1.4 (Lewin, 1993).
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Los genes son secuencias específicas dentro de la
doble hélice del DNA y perduran como secuencias
de ácido nucleico pero funcionan expresándose en
forma de proteínas. Los procesos responsables de
la herencia de la información genética y de su
conversión de una a otra forma son tres
Duplicación, Transcripción y Traducción.