Principales características distintivas de los eucariotas.

genoma eucariota La estructura es mucho más compleja que la de los procariotas. El aparato genético de una célula eucariota se separa en la forma. Nucleo celular, dentro del cual se encuentran los principales portadores de la herencia, los cromosomas. El número de cromosomas es específico de cada especie y varía de dos (lombriz intestinal de caballo) a mil ( plantas inferiores). La cantidad de ADN en las células eucariotas es mucho mayor que la de las bacterias. Se estima utilizando el valor C: la cantidad de ADN por número haploide de cromosomas, es decir, al genoma. fluctúa diferentes tipos de 10 4 a 10 11 y muchas veces no se correlaciona con el nivel de organización de la especie. lo mas valores grandes Los valores de C que exceden el contenido de ADN en el genoma humano son característicos de algunos peces, anfibios de cola y liliáceas.

Uno de características el genoma eucariota es Conexión estructural y funcional del ADN con proteínas.. Se debe a las peculiaridades del proceso de transferencia de información genética y a la función reguladora de las proteínas. La información se transfiere de una célula a otra en el proceso. proceso complejo División celular (mitosis o meiosis). Para su distribución completa y precisa entre las células hijas, el proceso de duplicación de la cantidad de ADN ocurre en la interfase, y al comienzo de la división (profase) ocurre el proceso de condensación de los cromosomas en la interfase. Como resultado, los cromosomas adquieren la apariencia de cuerpos compactos y densos. La compactación de los cromosomas elimina el riesgo de que se enreden durante la divergencia a diferentes polos en la anafase. Estas transformaciones estructurales de los cromosomas involucran proteínas nucleares, las histonas, que realizan el superenrollamiento del ADN. Las histonas también actúan como reguladores de la actividad matricial de los cromosomas en interfase, porque la conexión de la histona con una parte funcional del cromosoma la transforma en heterocromática, es decir, estado altamente enrollado y por lo tanto inactivo.

La presencia de proteínas en los cromosomas eucariotas, cuyo número se duplica sincrónicamente con la duplicación del ADN, prolonga el proceso de replicación cromosómica.

Un rasgo característico del genoma eucariota es redundancia de ADN, cuya cantidad supera con creces la necesaria para codificar la estructura de todas las proteínas celulares. Una razón de la redundancia es la presencia de secuencias de nucleótidos repetidas. Su existencia se estableció por primera vez a finales de los años 60. Siglo XX Los investigadores estadounidenses R. Brittain y D. Davidson al estudiar la cinética de renaturalización del ADN (reunión de hebras individuales). Ahora se ha establecido que el ADN eucariótico contiene dos tipos de repeticiones: pb que se repiten moderadamente. y pb altamente repetitivo. Las repeticiones moderadas ocurren en decenas y cientos de copias; el tamaño promedio son ≈ 300-400 pb. Pueden ser directos o invertidos (palíndromos). Entre las repeticiones hay secciones de ADN que no se repiten. Pb muy repetitivo Son fragmentos cortos de ADN (decenas de pb), que están representados por un gran número de copias (hasta 106). En algunos casos, la composición básica de estas repeticiones difiere de la del genoma en su conjunto, por lo que las repeticiones pueden formar una fracción separada con una cierta densidad flotante. Esta fracción se llama ADN satélite. Nunca se transcribe, por eso también se le llama “silencioso”. Se ha establecido que el ADN satélite se localiza en regiones heterocromáticas de los cromosomas: en los telómeros, cerca del centrómero, en el nucleolo. Se cree que cumple una función reguladora, asegurando transformaciones estructurales de los cromosomas durante el proceso de transferencia de información genética de una célula a otra.

La redundancia de ADN en el genoma eucariota también se debe en gran medida al hecho de que contiene muchas secuencias de nucleótidos que no codifican la estructura de las proteínas. Algunos de ellos forman parte de genes, como los intrones, las inserciones. Además, existen las llamadas secuencias señal que no se transcriben, sino que sólo sirven para unirse a proteínas reguladoras. Estos incluyen promotores, regiones que controlan la espiralización de los cromosomas; sitios de unión de los cromosomas al huso, etc.

Sólo unos pocos genes están presentes en una única copia en el genoma eucariota. La mayor parte de ellos están representados diferentes numeros copias Genes idénticos ubicados cerca forman grupos. La existencia de grupos indica el importante papel de las duplicaciones de genes en la evolución de los genomas. Ejemplo de grupos: genes de proteínas de eritrocitos - globinas. La hemoglobina es un tetrámero que consta de 4 cadenas polipeptídicas: 2α y 2β. Cada tipo de circuito está codificado por genes organizados en un grupo. En los seres humanos, el grupo α se encuentra en el cromosoma 11 y el grupo β se encuentra en el cromosoma 16. El grupo β ocupa una región de ADN de 50 mil pb. e incluye cinco genes funcionalmente activos y un pseudogén. Pseudogenes- estos son genes relictos que no funcionan y que se produjeron como resultado de cambios mutacionales de genes que alguna vez estuvieron activos. No se expresan. Los genes dentro de un grupo están separados entre sí. espaciadores- inserciones no transcritas, que a veces pueden contener regiones regulatorias.

La principal diferencia entre genes eucariotas y genes procarióticos. es que la mayoría de ellos tienen una estructura discontinua y constan de regiones codificantes - exones e inserciones sin codificación - intrones. La longitud de los exones es de 100 a 600 pb, y la longitud de los intrones es de varias decenas a muchos miles de pb. Los intrones pueden representar hasta el 75% de la longitud del gen. La estructura discontinua de los genes crea la base para un control más preciso de su trabajo.

Como resultado de la transcripción de genes discontinuos, se forma un producto primario: el pro-ARNm, que es una copia completa del gen y contiene secciones correspondientes tanto a exones como a intrones. El proceso de transcripción implica tres diferentes tipos ARN polimerasas que leen diferentes genes. RNAP-I lee genes que codifican la estructura diferentes formas ARNr (5,8S, 18S, 28S). RNAP-II transcribe genes que codifican la estructura de proteínas y algunos snRNA. Finalmente, RNAP-III lee los genes del ARNr 5S, el ARN de transferencia y el ARNsn. Participa en el inicio del proceso de transcripción. complejo proteico, que consta de un número variable de factores de transcripción de proteínas. En los mamíferos, contiene de 12 a 14 polipéptidos con masa total a 600 kDa. En la regulación de la intensidad de la transcripción participan regiones reguladoras específicas: potenciadores Y silenciadores. Los primeros mejoran, los segundos debilitan el proceso de transcripción. Pueden estar a miles de pb de distancia del promotor. Las proteínas reguladoras se sintetizan bajo su control. Durante la transcripción, el promotor y el potenciador (o silenciador) se acercan debido a cambios estructurales en el ADN y las proteínas reguladoras interactúan con los factores de transcripción o la ARN polimerasa.

Para que el pro-ARNm desempeñe el papel de plantilla para la síntesis de proteínas, debe pasar por un período de maduración (procesamiento). El evento principal de este período es la eliminación de secciones correspondientes a los intrones del pro-ARNm y la unión de los exones restantes en una sola cadena. El proceso de “unir” exones se llama empalme. Los ARN nucleares pequeños (ARNsn) y las proteínas desempeñan un papel importante en el empalme. El proceso procede de manera similar en todos los eucariotas. Las moléculas de ARNn interactúan de forma complementaria tanto con el pro-ARNm como entre sí. Aseguran la eliminación de intrones y mantienen los exones cerca unos de otros.

El proceso de empalme puede ser de naturaleza alternativa, es decir La unión de exones se puede realizar en diferentes combinaciones. Muchos genes contienen una docena o más de exones, por lo que el número de variantes maduras de ARNm = 2 norte, Dónde norte— número de exones. El empalme alternativo hace que el sistema de registro de información sea económico, ya que se puede leer información de un gen para sintetizar diferentes proteínas. Además, crea la oportunidad de regular el flujo de información dependiendo de la necesidad de la célula de uno u otro. producto proteico. El empalme alternativo se utiliza, en particular, en la síntesis de inmunoglobulinas, factores de transcripción y otras proteínas.

La maduración completa del ARNm implica la modificación de ambos extremos: la adición de una estructura de tapa en el extremo de 5" y la adición de una cadena de poliadenilo en el extremo de 3". La estructura de tapa se forma uniendo el extremo de 5" de un nucleótido de guanina a la base terminal del ARNm.

Mecanismo de traducción en los eucariotas no es fundamentalmente diferente de los procariotas. Sin embargo, en esta etapa de la síntesis de proteínas interviene un número significativamente mayor de factores de traducción de proteínas que en las bacterias.

Al caracterizar la estructura del genoma de los eucariotas, es imposible no mencionar las secciones terminales especializadas de los cromosomas: los telómeros. El ADN telomérico consta de bloques cortos de nucleótidos repetidos repetidamente. Por primera vez se estudió el ADN telomérico en protozoos unicelulares.

Consta de bloques de 6 a 8 pares de nucleótidos. En una cadena es un bloque TTGGGG (cadena rica en G), en la otra es AACCCC (cadena rica en C). En los seres humanos, esta secuencia se diferencia en una base TTAGGGG; en las plantas existe un bloque universal TTTAGGG. La longitud del ADN telomérico en humanos oscila entre 2 y 20 mil pb. El ADN telomérico nunca se transcribe y forma parte del ADN satélite. La enzima telomerasa interactúa con las regiones teloméricas de los cromosomas, lo que elimina el daño que se produce en ellas. El proceso de envejecimiento celular está asociado al acortamiento de los telómeros como consecuencia de la pérdida de secciones terminales provocada por una disminución de la actividad de esta enzima.

Una diferencia significativa en el funcionamiento del genoma eucariota en comparación con el procariótico es la naturaleza multinivel de la regulación de la acción genética. En los procariotas, solo es posible un tipo de regulación: a nivel de transcripción mediante el sistema de operones. En eucariotas, debido a la estructura discontinua de los genes, este tipo de regulación se complementa con regulación postranscripcional (empalme, modificación) y regulación a nivel de traducción (ambigüedad de traducción). Además, la presencia de histonas en los cromosomas permite el control grupal sobre la acción de los genes utilizando el mecanismo de transformaciones estructurales del ADN: la transferencia de secciones cromosómicas de un estado activo (eucromático) a uno inactivo (heterocromático). Estas transformaciones afectan a veces a cromosomas enteros e incluso a todo el genoma. Un ejemplo del nivel de regulación cromosómica es la formación de cromatina sexual (cuerpos de Barr) en células humanas y de mamíferos femeninos. Se trata de un gran gránulo de cromatina, que representa uno de los dos cromosomas X, máximamente condensado y, por tanto, inactivo. Un ejemplo de inactivación de todo el genoma es el proceso de espermiogénesis en animales, durante el cual todos los cromosomas de los espermatozoides quedan cubiertos por condensación, lo que los vuelve inactivos. Este es un mecanismo de protección de las células germinales en caso de daño a su ADN (por ejemplo, debido a la irradiación). Las mutaciones que surgen en ellos, si no son letales, sólo pueden aparecer cuando se restablece la actividad funcional. genoma masculino durante la diferenciación del embrión. Sin embargo, la naturaleza recesiva de la mayoría de las mutaciones las hace retroceder. posible manifestación, al menos hasta la próxima generación (antes de la transición a un estado homocigoto) o lo excluye por completo.

Eucariotas, es un dominio (superreino) de organismos vivos cuyas células contienen núcleos. Todos los organismos, excepto las bacterias y las arqueas, son nucleares (los virus y viroides tampoco son eucariotas, pero no todos los biólogos los consideran organismos vivos).

Animales, plantas, hongos, así como grupos de organismos bajo nombre común Los protistas son todos organismos eucariotas. Pueden ser unicelulares o pluricelulares, pero todos tienen plan General estructura celular. Se cree que todos estos organismos tan disímiles tienen origen común, por lo tanto, se considera que el grupo nuclear es el taxón monofilético de mayor rango. Según las hipótesis más comunes, los eucariotas aparecieron hace entre 1.500 y 2.000 millones de años.

- El aparato genético de todos los eucariotas está ubicado en el núcleo y está protegido por una envoltura nuclear (pero no en todos los casos: el glóbulo rojo no tiene ningún núcleo).

ADN eucariota lineal

EN ciclo vital En los eucariotas suele haber dos fases nucleares (haplofase y diplofase). La primera fase se caracteriza por un conjunto haploide (único) de cromosomas, luego, fusionándose, dos células haploides(o dos núcleos) forman una célula diploide (núcleo) que contiene un conjunto doble (diploide) de cromosomas.

Disponibilidad células eucariotas compartimentos (retículo endoplásmico, aparato de Golgi, lisosomas) que tienen su propio aparato genético, se reproducen por división y están rodeados por una membrana. Estos orgánulos son las mitocondrias y los plastidios. En su estructura y actividad vital son sorprendentemente similares a las bacterias.

La presencia de fagocitosis en eucariotas.

Tiene una pared celular

Dos formas de división celular: mitosis y meiosis. La transcripción y la traducción están separadas espacialmente.

Fin del trabajo -

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Relaciones entre estructura y función en las células de microorganismos procarióticos y eucariotas.

Célula eucariota (verdadera nuclear) es complejo unidad estructural en plantas, animales multicelulares, protozoos, hongos y todos los grupos que habitualmente se clasifican como algas (excepto cianobacterias).

Célula procariota(prenuclear) es una unidad estructural menos compleja de bacterias, cianobacterias y actinomicetos.

célula bacteriana rodeado pared celular. El citoplasma está abundantemente saturado de ribosomas. La molécula de ADN suele estar situada en el centro de la célula. Citoplasma célula eucariota rodeado membrana citoplasmática(CPM), incluye mitocondrias, vacuolas, retículo endoplasmático rugoso con ribosomas, retículo endoplasmático liso, gránulos de almacenamiento y el núcleo.

Para célula eucariota caracterizado por la presencia de muchos sistemas en su interior membranas elementales diferente en estructura y topología de la membrana plasmática. Sirven para aislar una serie de componentes funcionales de la célula eucariota en áreas especializadas y parcialmente cerradas que intercambian sustancias principalmente a través del transporte de membrana.

Gracias al desarrollo de la biología molecular, se ha hecho evidente que las diferencias estructurales entre las células eucariotas y procarióticas reflejan diferencias importantes en los mecanismos para llevar a cabo una serie de funciones celulares vitales. Hablamos, en primer lugar, de la transferencia y manifestación de información genética, del metabolismo energético y del mecanismo de absorción y liberación de sustancias por parte de la célula.

1. Tamaño de los microorganismos.

Las dimensiones lineales de los microorganismos están en promedio en el rango de 0,5 a 3 micrones, pero tienen sus propios gigantes y enanos: por ejemplo células bacteria filamentosa Beggiatoa alba Tienen un diámetro de hasta 500 micras. Los procariotas más pequeños conocidos son los micoplasmas, su diámetro celular es de 0,1 a 0,15 micrones.

En los microorganismos, debido a su pequeño tamaño, la relación entre la superficie celular y su volumen es muy grande, lo que crea condiciones favorables para el intercambio activo con ambiente externo. La actividad metabólica de los microorganismos por unidad de biomasa es mucho mayor que la de las células eucariotas más grandes.

Una de las características más importantes de los microorganismos es la alta plasticidad de su metabolismo, lo que facilita su adaptación a las condiciones ambientales cambiantes. Esta propiedad también está asociada con el pequeño tamaño de las células. Las células de los microorganismos no pueden contener. un gran número de moléculas de proteínas. Por lo tanto, las enzimas que no son necesarias en estas condiciones de existencia no pueden mantenerse en reserva en las células de los microorganismos. Se sintetizan sólo cuando se obtienen las condiciones apropiadas. nutritivo(sustrato) aparece en el medio ambiente. Estas enzimas se llaman inducible, pueden ser hasta el 10% proteina total contenida en la célula en un momento dado. Así, los microorganismos se caracterizan por una mayor diversidad de sistemas enzimáticos y más métodos móviles regulación del metabolismo que para los macroorganismos.

Otra consecuencia de la alta plasticidad del metabolismo de los microorganismos es, según la definición de V. I. Vernadsky, su “ubicuidad en todas partes”. Se pueden encontrar en regiones árticas, en fuentes termales, en capas altas de la atmósfera, en minas con alto contenido de sulfuro de hidrógeno, etc., lo que los diferencia de casi todos los eucariotas.

Estructuras de membrana de procariotas y eucariotas.

Los solutos de moléculas pequeñas penetran célula eucariota a través de su membrana superficial. Las moléculas y partículas más grandes penetran endocitosis. Trabajo vacuola contráctil muchos protozoos que no tienen paredes celulares - una de las variedades exocitosis, que sirve como mecanismo activo de osmorregulación. Procariotas no tienen orgánulos que realicen la función de una vacuola contráctil y, por lo tanto, no pueden mantener activamente el equilibrio osmótico en un ambiente hipotónico. En este sentido, pueden evitar el peligro de la lisis osmótica de una sola manera: sintetizar una pared celular suficientemente fuerte que pueda resistir la presión de turgencia del protoplasto. Las células de la mayoría de los procariotas están rodeadas por una pared celular mucho más gruesa que la membrana; solo los representantes del grupo de los micoplasmas no lo tienen. Son sensibles a la presión osmótica y sólo pueden cultivarse en ambientes con alta osmótica. La ausencia de una pared celular puede ser un fenómeno temporal que ocurre bajo la influencia de algún factores externos(enzimas, antibióticos). Estas bacterias se denominan formas L y son capaces de multiplicarse y formar colonias en medios nutritivos compactados. O pueden volver a su forma original.

La pared celular de los procariotas casi siempre contiene un cierto tipo de polímero llamado peptidoglicano(o mureína) y proporcionando la resistencia mecánica necesaria. La capacidad de sintetizar un polímero de este tipo es exclusiva de los procariotas; este es uno de características bioquímicas distinguir procariotas de eucariotas. La excepción son las arqueobacterias. En las arqueobacterias productoras de metano, la pared celular está formada por otro peptidoglicano, la pseudomureína. Las halobacterias, las arqueobacterias acidófilas-termófilas y la mayoría de las bacterias formadoras de metano tienen una pared celular hecha de proteínas.

El desarrollo de una pared celular fuerte también fue la razón de la amplia distribución de microorganismos, incluidos condiciones extremas un habitat.

Membrana citoplasmática Los procariotas sirven como una barrera mucho más selectiva entre el interior de la célula y el ambiente exterior que la membrana de los eucariotas. Las partículas más grandes que pueden atravesar esta barrera son de tamaño molecular: fragmentos de ADN y proteínas con un peso molecular relativamente bajo (por ejemplo, enzimas extracelulares secretadas por la célula). Fenómenos exocitosis Y endocitosis son completamente desconocidos en los procariotas, incluso en aquellos (grupo de micoplasmas) que no tienen pared celular y, por lo tanto, no tienen obstáculos mecánicos para la transferencia de partículas o gotas de líquido a través de la superficie celular. Como resultado, los procariotas carecen propiedades biológicas relacionado con la capacidad de endocitosis, en particular, la capacidad de digestión intracelular y la capacidad de tener endosimbiontes celulares (no virales).

En muchos procariotas, la membrana plasmática desempeña un papel en metabolismo energético, lo que nunca sucede en las células eucariotas. Ud. bacterias aeróbicas Sistema respiratorio La transferencia de electrones está "incorporada" en membrana celular. En los eucariotas, esta parte del mecanismo respiratorio se encuentra en el sistema de membrana interna de las mitocondrias.

Membrana de plasma También tiene sitios especiales para unir el ADN de una célula procariótica, y es el crecimiento de la membrana lo que asegura la separación de los genomas una vez completada su replicación. Esta es otra función que, por supuesto, nunca realiza la membrana plasmática en los eucariotas; sus genomas están separados por mitosis.

Composición lipídica de las membranas celulares. Lípidos relacionados con esteroles son necesariamente parte de la membrana celular de los eucariotas, pero no están contenidos en cantidades significativas en la membrana celular de los procariotas, a excepción del grupo de los micoplasmas. Los representantes de este grupo no pueden sintetizar estas sustancias, pero incorporan esteroles exógenos del medio de cultivo a la membrana celular. Entre los ácidos grasos que forman los lípidos de membrana de todos los eucariotas, se encuentran los ácidos poliinsaturados (es decir, ácido graso que contiene más de un doble enlace). La mayoría de los procariotas contienen sólo ácidos grasos saturados o monoinsaturados; las únicas excepciones son algunas cianobacterias que son capaces de sintetizar ácidos grasos poliinsaturados.

Una célula procariótica se caracteriza falta de compartimentación interna creada por sistemas de membranas elementales. En la gran mayoría de procariotas, la membrana plasmática es el único sistema de membranas de la célula. Las cianobacterias son la única excepción a esta regla. En estos organismos, el aparato fotosintético está ubicado en sacos de membrana aplanados dispuestos en filas, o tilacoides, similar en estructura y función a los tilacoides de los cloroplastos. Sin embargo, en las cianobacterias, los tilacoides no están encerrados en un orgánulo especial, sino que se encuentran directamente en el citoplasma.

2. Material hereditario de procariotas y eucariotas. .

En una célula eucariota, el núcleo sirve como el principal, pero no el único, lugar de almacenamiento de información hereditaria. Una pequeña parte cuantitativa pero funcionalmente importante del genoma celular se encuentra en las mitocondrias y los cloroplastos (en organismos fotosintéticos). El ADN de los orgánulos determina algunas de las propiedades de los orgánulos correspondientes y contiene sus propios mecanismos específicos de transcripción y traducción. Las mitocondrias y los cloroplastos, delimitados por membranas, son las estructuras responsables de la respiración y la fotosíntesis (en eucariotas fotosintéticos).

En las micrografías electrónicas de la mayoría de los procariotas, se pueden ver dos regiones estructuralmente distintas dentro de la célula: el citoplasma y el nucleoplasma. El citoplasma tiene el aspecto de una masa de grano fino, ya que contiene ribosomas. Se trata siempre de los llamados ribosomas 70S, que son más pequeños que los ribosomas citoplasmáticos de los eucariotas, pero de tamaño similar a los ribosomas de sus orgánulos. El nucleoplasma tiene contornos irregulares, pero está claramente delimitado del citoplasma, aunque estas dos regiones nunca están separadas por una membrana. La información hereditaria de una célula procariótica está contenida en el nucleoplasma en una estructura llamada cromosoma bacteriano. Es simplemente una molécula de ADN de doble cadena que tiene forma circular.

El cromosoma bacteriano es estructuralmente similar no a los cromosomas nucleares de las células eucariotas, sino al ADN contenido en las mitocondrias y los cloroplastos. Es posible que estos orgánulos se originaran a partir de algunos procariotas antiguos que, en el proceso de evolución, ingresaron a la célula eucariota como simbiontes y, finalmente, perdieron la capacidad de existir independientemente del organismo huésped.

Muchas bacterias también pueden incluir pequeñas moléculas de ADN circulares extracromosómicas capaces de replicarse de forma autónoma, llamadas plásmidos. Los plásmidos estudiados hasta ahora contienen determinantes de propiedades fenotípicas como la resistencia a sustancias medicinales y otros medicamentos antibacterianos, así como información sobre enzimas en algunas vías metabólicas menores. La cantidad de ADN en un plásmido es entre 20 y 1000 veces menor que en un cromosoma bacteriano; Una célula puede perder plásmidos sin afectar su viabilidad.

Los genes procarióticos no contienen intrones. Esto sugiere que los procariotas son una rama sin salida de la evolución, ya que el conjunto de cambios en el genoma es de una forma u otra limitada, la presencia de intrones en los ekariotas les permite sufrir cambios indefinidamente.

Actividad física . El movimiento dirigido del citoplasma, característico de la mayoría de las células eucariotas, no se observa en los procariotas. Sin embargo, muchos procariotas que tienen pared celular pueden moverse activamente. Uno de los tipos de movimiento activo. deslizante - aparece sólo cuando la célula entra en contacto con un sustrato sólido; se lleva a cabo sin la participación de ningún orgánulo locomotor especial. El deslizamiento es característico de muchas cianobacterias, así como de algunos grupos de bacterias que no son capaces de realizar la fotosíntesis. El segundo tipo de movimiento, la natación activa, es característico de las células en un ambiente líquido y se lleva a cabo con la ayuda de flagelos.

Conclusión.

Mientras que los procariotas evolucionaron por sí solos durante miles de millones de años, los eucariotas nunca quedaron solos. Tenían que enfrentarse a los procariotas todo el tiempo. Proporcionaron a estos últimos nuevos nichos ecológicos y protección y fueron sus víctimas. Organismos multicelulares sus adaptaciones altamente desarrolladas y protectoras y de otro tipo se deben en parte a la agresividad de los procariotas. Por otro lado, los eucariotas aprendieron a beneficiarse de la estrecha asociación con los procariotas y los pusieron a su servicio como ectosimbiontes (en tracto intestinal, rumen, en la piel) y endosimbiontes (para la fijación de nitrógeno).

La actividad del cuerpo depende de la célula; la información hereditaria se almacena y procesa en la célula. La célula es la unidad básica por la que pasa, se almacena y procesa la energía y la materia. La célula protozoaria es prácticamente inmortal. Durante la reproducción sexual, los gametos son eternos. En una célula, las estructuras celulares están interconectadas, todos los procesos bioquímicos ocurren en la estructura correspondiente.

Actualmente se han establecido 2 tipos de organización celular: procariotas y eucariotas. Se diferencian significativamente entre sí. A procariótico Los organismos incluyen bacterias, SZO y arqueobacterias(bacterias que sobreviven en condiciones extremadamente difíciles). 0,5-0,3 micrones – tamaño. La información genética de un cromosoma es ADN bicatenario, de forma circular. Composición cromosómica: sin proteínas histonas. El cromosoma está "desnudo". Distribuido por todas partes. Corta regeneración, corto tiempo de reproducción, rápido crecimiento, gran diversidad bioquímica. Las células eucariotas tienen membranas intracelulares muy ramificadas. Los núcleos contienen nucléolos y cromosomas (el número de cromosomas es más de 2). Los cromosomas también incluyen proteínas histonas, ARN, etc. Las células eucariotas pueden existir junto con otras células eucariotas y son subunidades de un organismo multicelular. Los procariotas y los eucariotas tratan el oxígeno de manera diferente. La mayoría de los procariotas son anaerobios obligados, con menos frecuencia anaerobios facultativos y también los hay aerobios obligados. Entre los eucariotas, uniformidad, aerobios obligados.

Los procariotas surgieron durante un período en el que el contenido de oxígeno en el medio ambiente cambió; cuando surgieron los eucariotas, su cantidad era alta y estable.

Existen fuertes conexiones evolutivas entre procariotas y eucariotas. Tienen vías metabólicas similares. Los procariotas tienen fermentación, los eucariotas tienen glucólisis. Las reacciones son similares, el mecanismo es casi el mismo. La fermentación anaeróbica como fuente de energía surgió en primeras etapas evolución. Con la llegada del oxígeno, surgió la posibilidad de un proceso de oxidación más eficiente: 36 moléculas de ATP de 1 molécula de glucosa: la fosforilación oxidativa. Además, en los eucariotas tienen lugar ambos procesos. Por tanto, la eficiencia es 38ATP. La presencia de ambos procesos ha gran importancia, un proceso puede compensar temporalmente a otro.

SZO realiza la fotosíntesis aeróbica. Se cree que las cianobacterias contribuyeron a la acumulación de oxígeno en la atmósfera primaria (hace unos 1.500 millones de años).

Rasgos característicos de las células procarióticas y eucariotas.

Señales	Procariotas	Eucariotas
grupo de organismos	Bacterias, cianobacterias.	Hongos, plantas, animales.
Dimensiones de la jaula	Normalmente de 1 a 10 micras	Normalmente entre 10 y 100 micras
Membrana de plasma
Membrana nuclear	Ausente	Ausente en animales, en plantas se compone principalmente de celulosa.
Organelos de origen membranario: mitocondrias, RE, complejo de Golgi.	Ninguno
ribosomas
lisosomas	Ninguno
cromosomas	Estructuras únicas y desnudas, que constan únicamente de una molécula de ADN.	Estructuras formadas por ADN y proteínas.
Aparato fotosintético	Membranas con clorofila A y ficocianina en cianobacterias y con bacteriófila en bacterias	Cloroplastos que contienen clorofila A y B, agrupados en pilas
Movilidad	Fijos o con flagelos compuestos de proteína flagelina.	Por lo general, los cilios o flagelos móviles están formados por microtúbulos.
	Binario (reducir a la mitad)	mitótico
Comienza la replicación del ADN.	desde un punto	Desde muchos puntos
Secuencias de ADN repetidas
Presencia de ADN extranuclear.
En relación al oxígeno	Aerobios y anaerobios

9. Hipótesis del origen de las células eucariotas (simbióticas, invaginativas)

Hipótesis simbiótica

La base, o célula huésped, en la evolución de las células eucariotas fue procariota anaeróbico, capaz sólo de movimiento ameboide.

Arroz. 1.4. El origen de la célula eucariota según simbiosis ( I) e intususcepción ( II) hipótesis:

1 - procariota anaeróbico (célula huésped), 2 - procariotas que tienen mitocondrias 3 - algas verdiazules (presunto cloroplasto), 4 - bacteria similar a siirochaete (presunto flagelo), 5 - Eucariota primitivo con flagelo. 6 - célula vegetal, 7 - célula animal con flagelo, 8 - procariota aeróbico (presunta mitocondria), 9 - procariota aeróbico (célula progenitora según la hipótesis II), 10 - Invaginaciones de la membrana celular, dando lugar al núcleo y las mitocondrias. 11 - eucariota primitivo 12 - Invaginación de la membrana celular, dando origen al cloroplasto. 13 - célula vegetal; A- ADN de células procarióticas b - mitocondrias, V - núcleo de una célula eucariota GRAMO - flagelo, d - cloroplasto

Se sugieren orígenes similares

La transición a la respiración aeróbica está asociada con la presencia de mitocondrias en la célula, que se produjo a través de cambios en los simbiontes, bacterias aeróbicas que penetraron en la célula huésped y coexistieron con ella. Se sugiere un origen similar para los flagelos, cuyos antepasados ​​eran bacterias simbiontes que tenían un flagelo y se parecían a las espiroquetas modernas.

La adquisición de flagelos por una célula, junto con el desarrollo de un modo activo de movimiento, tuvo una consecuencia general importante. Se supone que los cuerpos basales que están equipados con los flagelos podrían evolucionar a centriolos durante la aparición del mecanismo mitótico.

La capacidad de las plantas verdes para realizar la fotosíntesis se debe a la presencia de cloroplastos en sus células. Los simbiontes de células huésped que dieron origen a los cloroplastos eran algas verdiazules procarióticas.

Un argumento serio a favor del origen simbiótico de las mitocondrias, los centriolos y los cloroplastos es que estos orgánulos tienen su propio ADN. Al mismo tiempo, las proteínas bacilina y tubulina, que forman los flagelos y cilios de los procariotas y eucariotas modernos, respectivamente, tienen estructuras diferentes. En las bacterias tampoco se encontraron estructuras con la combinación de microtúbulos característicos de flagelos, cilios, cuerpos basales y centriolos de células eucariotas: “9 + 2” o “9”. + 0».

Las membranas intracelulares del retículo citoplasmático liso y rugoso, el complejo laminar, las vesículas y las vacuolas se consideran derivados de la membrana externa. membrana nuclear, que es capaz de formar invaginaciones.

Se supone que el núcleo también podría formarse a partir de un simbionte procariótico. El aumento de la cantidad de ADN nuclear, muchas veces mayor que en una célula eucariota moderna, su cantidad en las mitocondrias o los cloroplastos, aparentemente se produjo gradualmente mediante el traslado de grupos de genes de los genomas de los simbiontes. No se puede excluir, sin embargo, que el genoma nuclear se haya formado ampliando el genoma de la célula huésped (sin la participación de simbiontes).

De acuerdo a hipótesis de la intususcepción , la forma ancestral de la célula eucariota fue procariota aeróbico. Dentro de dicha célula huésped había simultáneamente varios genomas, inicialmente adheridos a la membrana celular. Los orgánulos con ADN, así como un núcleo, surgieron por invaginación y deslazado de secciones de la capa, seguido de especialización funcional en núcleo, mitocondrias y cloroplastos. En el proceso de mayor evolución, el genoma nuclear se volvió más complejo y apareció un sistema de membranas citoplasmáticas.

La hipótesis de la invaginación explica bien la presencia de un núcleo, mitocondrias, cloroplastos y dos membranas en las membranas. Sin embargo, no puede responder a la pregunta de por qué la biosíntesis de proteínas en los cloroplastos y las mitocondrias se corresponde en detalle con la de las células procariotas modernas, pero difiere de la biosíntesis de proteínas en el citoplasma de una célula eucariota.

La historia ha demostrado que las capacidades evolutivas de las células eucariotas son incomparablemente mayores que las de las procarióticas. El papel principal aquí pertenece genoma nuclear de eucariotas, que es muchas veces más grande que el genoma de los procariotas. El número de genes en una bacteria y en una célula humana, por ejemplo, se correlaciona como 1: (100-1000). Las diferencias importantes son la diploididad de las células eucariotas debido a la presencia de dos conjuntos de genes en los núcleos, así como la repetición múltiple de algunos genes. Esto amplía la escala de la variabilidad mutacional sin la amenaza de una fuerte disminución de la viabilidad, cuya consecuencia evolutivamente significativa es la formación de una reserva de variabilidad hereditaria.

Durante la transición al tipo eucariota. El mecanismo regulatorio se vuelve más complicado. actividad vital de la célula, que a nivel de material genético se manifestó en un aumento en el número relativo de genes reguladores, la sustitución de moléculas circulares de ADN "desnudas" de procariotas por cromosomas en los que el ADN está conectado a proteínas. Como resultado, fue posible leer información biológica en partes de diferentes grupos de genes en sus diferentes combinaciones en varios tipos células y en diferentes momentos. EN célula bacteriana, por el contrario, se lee simultáneamente hasta el 80-100% de la información del genoma. En las células de un adulto en diferentes órganos, se transcribe del 8 al 10% (hígado, riñón) al 44% (cerebro) de la información. Uso de información biológica en partes. Juega un papel excepcional en la evolución de los organismos multicelulares, ya que es el que permite que diferentes grupos de células se especialicen en diferentes áreas funcionales.

De gran importancia durante la transición a la multicelularidad fue la presencia en células eucariotas. carcasa elástica, que es necesario para la formación de complejos celulares estables.

Entre las características citofisiológicas de los eucariotas que aumentan sus capacidades evolutivas, es necesario mencionar respiración aeróbica, que también sirvió como requisito previo para el desarrollo de formas multicelulares. Curiosamente, las propias células eucariotas aparecieron en la Tierra después de que la concentración de O 2 en la atmósfera alcanzó el 1% (punto Pasteur). La concentración nombrada es una condición necesaria. respiración aeróbica.

En las condiciones de la creciente complejidad del aparato genético de los eucariotas, un aumento en la cantidad total de ADN y su distribución a lo largo de los cromosomas, es difícil sobreestimar la importancia del surgimiento en la evolución. mitosis como mecanismo de reproducción en generaciones de células genéticamente similares.

La aparición, como resultado de transformaciones evolutivas de la mitosis, de un método de división celular como mitosis, Al permitir mantener la constancia de los cromosomas durante varias generaciones, resolvió mejor el problema de la reproducción de los organismos multicelulares. La transición a la reproducción sexual asociada con la meiosis fortaleció el papel evolutivo de la variabilidad combinativa y contribuyó a un aumento en la tasa de evolución.

Gracias a las características señaladas, a lo largo de mil millones de años de evolución, el tipo de organización celular eucariota ha dado lugar a una amplia variedad de formas de vida, desde protozoos unicelulares hasta mamíferos y humanos.