Estimad@s Clientes y/o amantes del LEAN:
Cuando vamos hacia atrás, haciéndonos preguntas sobre el origen
de la vida, siempre aparece LUCA ( Last Universal Common Ancestror )
Siempre ha sido una obsesión de los biólogos saber más sobre
LUCA, dónde vivía, cómo era, y ello por razones obvias
Dedico este post a las últimas investigaciones que sugieren
que hemos estado buscando a LUCA en el sitio equivocado
Por otro lado, como complemento adecuado de este post, hablo
del ATP, la molécula que es la fuente
primaria de energía de todas las células del planeta
Subrayándolo de manera explícita, , el ATP ( adenosín
trifosfato ) es la molécula que dota de energía a los procesos celulares de
todas las formas de vida de este planeta y se supone que lleva con nosotros
desde el momento mismo en que surgió la vida. Podría decirse que
el adenosín trifosfato, ATP, es uno de los pilares fundamentales de la vida,
junto al ADN y al ARN entre otros elementos, y una de las causas
principales de que aquel primer ser vivo fuese vivo
Nuevas pistas para
localizar a LUCA, el primer ser vivo de la Tierra
Todas las criaturas que pueblan la Tierra descienden de
un único organismo. Uno que fue el primero, hace miles de millones de años,
en estrenar todos los procesos físicos y químicos propios de lo que hoy
llamamos «vida». Los científicos le han dado un nombre a este organismo: LUCA,
del inglés Last Ultimate Common Ancestor o, en español, el Ultimo Antepasado Común.
La búsqueda de LUCA se ha convertido, desde hace décadas, en
una especie de obsesión para los biólogos que estudian el origen de la vida en
nuestro planeta. ¿Cómo era? ¿Dónde vivía? ¿Qué tipo de ambientes eran sus
preferidos?
Las formas de vida más antiguas halladas en la
Tierra tienen una edad de 3.760 millones de años. Pero las
características de esos microbios, dotados ya de cierta complejidad y
diversidad, hacen pensar que existió una forma de vida anterior, de la que
todos descienden, y que esa forma de vida podría ser incluso varios cientos de
millones de años más antigua.
Hasta ahora nadie ha conseguido identificar a LUCA. Pero las
pistas que nos llevarán hasta él son cada vez más numerosas. No olvidemos que
el código genético que LUCA inauguró es universal, esto es, compartido por
todos los seres vivos presentes y pasados del planeta. Lo cual quiere decir que
las características de LUCA están, en cierto modo, «grabadas» en el interior de
nuestros propios genes.
Lo que sabemos sobre LUCA
Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Pasteur, en
París, ha encontrado una nueva pista sobre LUCA. Una que quizá nos permita, por
fin, llegar hasta él. En un estudio recién publicado el biorxiv.org,
en efecto, los científicos explican que el antepasado común de toda la vida
terrestre prefería, probablemente, los climas moderados, y no el
calor abrasador que en aquellos lejanos tiempos debió ser dominante y que
muchos biólogos piensan que era el ambiente en el que LUCA se movía. El
hallazgo, si se confirma, podría significar que hemos estado buscando a estos
primeros organismos en el lugar equivocado.
Sabemos ya que LUCA apareció muy pronto en la historia de la
Tierra, por lo menos hace 3.900 millones de años, y que relativamente poco
tiempo después se dividió en dos grupos bien diferenciados, bacterias y
arqueas, que en la actualidad dan cuenta de la inmensa mayoría de todas las
especies vivas. Tuvieron que pasar miles de millones de años más para que
aparecieran los primeros organismos pluricelulares, criaturas más complejas y
formadas por múltiples células. De los casi 4.000 millones de años de historia
de la vida en la Tierra, la inmensa mayor parte estuvo ocupada por estas
criaturas unicelulares.
En su artículo, Ryan Catchpole y Patrick Forterre explican
cómo han reexaminado toda la evidencia genética que indicaba, hasta ahora, que
LUCA se adaptó a vivir en un ambiente de calor extremo. Y han llegado a la
conclusión de que gran parte del trabajo científico anterior podría haber
estado basándose en el rastreo erróneo de un gen clave, lo que
alteró nuestra comprensión sobre el tipo de hábitat en en que LUCA prosperó.
Estanques a hasta 100ºC
Muchos biólogos, en efecto, han argumentado que LUCA vivía
en lugares extremadamente calientes, como los estanques geotérmicos, donde las
temperaturas superan ampliamente los 50, o incluso los 100 grados. Como
ejemplo, esos investigadores señalan a muchas especies de arqueas actuales que
viven y prosperan en ambientes de ese tipo. los organismos capaces de vivir en
ambientes por encima de los 50 grados se denominan «termófilos», y los pocos
conocidos capaces de sobrevivir por encima de los 80 grados reciben el nombre
de «hipertermófilos».
¿A cuál de los dos tipos perteneció LUCA? El estudio de su
genoma podría proporcionar piestas sobre la categoría a la que pertenece. Pero
hasta ahora no se ha encontrado ni un solo ejemplar de este organismo. Sin
embargo, en un magnífico estudio de 2016, un equipo de biólogos dirigido por
Bill Martin, de la Universidad alemana de Düsseldorf, localizó genes
universales en los genomas de algunos de los organismos más antiguos conocidos,
genes que con toda probabilidad también estuvieron presentes en LUCA.
El equipo de Martin localizó 355 de estos genes. Entre
ellos, uno que tiene la misión de codificar una proteína llamada girasa
inversa, esencial para los hipertermófilos. Y aunque no está del todo claro qué
es exactamente lo que hace este gen, sí que es cierto que se encuentra en los
genomas de todos los hipertermófilos e incluso de algunos termófilos. Pero
nunca en organismos «mesófilos», los que viven en ambientes a temperaturas
inferiores a los 50 grados. Por lo tanto, su más que probable presencia en LUCA
sugiere que, como mínimo, nuestro primer antepasado era termófilo.
En busca de genes universales
Pero Catchpole y Forterre no están tan seguros de eso. En su
estudio, en efecto, identificaron 376 genes para la girasa inversaprocedentes
de 276 clases diferentes de arqueas y bacterias, y con ellos construyeron un
árbol genealógico para establecer cómo esos genes se habían estado heredando
desde la lejana época de LUCA. Para su sorpresa, su árbol no coincidía con los
árboles conocidos para bacterias y arqueas, lo que sugiere fuertemente que el
gen de la girasa inversa no era «original», sino que se había transferido
después, y repetidamente, entre las varias especies.
Para los investigadores, esto significa que el gen no estaba
presente en LUCA, sino que surgió más tarde, en un organismo posterior. Y si
LUCA carecía del gen de la girasa inversa, no pudo haber sido un termófilo,
amante del calor, ni mucho menos un hipertermófilo.
En resumen, Catchpole y Forterre piensan que podríamos haber
estado buscando a LUCA en los lugares equivocados. El rastreo de criaturas tan
extremadamente antiguas entraña una dificultad enorme, ya que los afloramientos
de rocas de la Tierra primitiva son muy escasos. Quizá ahora, cambiando de
estrategia, sea finalmente posible localizar a LUCA, nuestro antepasado más
lejano, la primera criatura que estrenó la vida en la Tierra.
Adenosín trifosfato (ATP): la fuente de la vida
http://antroporama.net/adenosin-trifosfato-atp-la-otra-molecula-que-soporta-la-vida/
Si alguien te pregunta qué molécula piensas que es más
necesaria para la vida, probablemente respondas que el ADN. Es normal: el ADN
es una molécula maravillosa, su funcionamiento y función son auténticas obras
de ingeniería natural (si no lo has visto en marcha, puedes descubrirlo en “Cómo se ven realmente el ADN y sus procesos a través del
microscopio“), y además está bastante “de moda” por los continuos y
útiles descubrimientos que se hacen en torno a él. No obstante, si eres
curioso, probablemente hayas caído en la cuenta de que el ADN, para
hacer su asombrosa labor, necesita algún tipo de energía.
Por así decirlo, el ADN es una molécula genial para basar la
vida debido a su capacidad de “almacenar la información de la vida”, replicarla
e incluso, debido a su imperfección, modificarla; pero, ¿de dónde
obtiene energía la célula para realizar todos sus trabajos de célula, entre
ellos el que protagoniza el ADN? ¿Qué alimenta cada una de las células que te
forman? Vamos a averiguarlo.
Adenosín trifosfato (ATP): ¿Qué es y para qué sirve?
Para funcionar, cada máquina necesita un conjunto de
partes como engranajes, tornillos, clavos, palancas, etc. Del mismo modo, las
máquinas biológicas cuentan con partes sofisticadas para funcionar. Algunos
ejemplos son esos componentes llamados órganos, como el hígado, los riñones o
el corazón. Estas complejas “unidades de la vida”, a su vez, están hechas con
piezas más pequeñas llamadas células, que a su vez están constituidas por
máquinas más pequeñas llamadas orgánulos. Los orgánulos celulares son la
mitocondria, el aparato de Golgi, los microtúbulos y los centriolos. Incluso
bajo este nivel existen partes tan pequeñas que son clasificadas formalmente
como macromoléculas (moléculas grandes).
Una macromolécula críticamente importante (tanto como
para ser la “siguiente en importancia tras el ADN”) es la ATP. ATP,
adenosín trifosfato, es una compleja nanomáquina que sirve como fuente primaria
de energía en la célula.
Algunos de los procesos vitales que surten las moléculas de
ATP
Cuando se dice que es fuente primaria de energía en la
célula se alude a todas las células del planeta, es decir, el
adenosín trifosfato es la molécula que dota de energía a los procesos celulares
de todas las formas de vida de este planeta y se supone que lleva con nosotros
desde el momento mismo en que surgió la vida. Podría decirse que
el adenosín trifosfato, ATP, es uno de los pilares fundamentales de la vida,
junto al ADN y al ARN entre otros elementos, y una de las causas
principales de que aquel primer ser vivo fuese vivo.
Llegado este punto quizás te preguntes para qué comemos o
respiramos si el ATP es la fuente final de energía. Pues bien, comiendo y
respirando creamos en nuestro interior, por así decirlo, el equilibrio correcto
(en términos iónicos) para que nuestras células tengan el material con el que
formar las moléculas de ATP que sirven para alimentar todos los procesos. Podemos
imaginarlo como un proceso “matrioshka” o “muñeca rusa”: tú comes y respiras
para que tus células “coman y respiren” los elementos que necesitan para crear
el combustible que las mantiene vivas y que, por ende, te mantienen vivo a ti.
Un ejemplo del uso de adenosín trifosfato que hace tu cuerpo
lo encontramos en las neuronas. Sabemos que las neuronas necesitan que exista
un cierto equilibrio iónico dentro y fuera de sus membranas para que la
transmisión de los impulsos nerviosos sea posible. Para procurarse este equilibrio,
existen unas proteínas engarzadas en la membrana que actúan como “bombas” que
fuerzan la circulación de iones cuando las fuerzas “normales” (la
electrostática y la de difusión) no serían capaces de hacerlo sin ayuda o a la
velocidad adecuada. Estas bombas, cómo no, reciben la energía que
necesitan para realizar su labor de las moléculas de adenosín trifosfato.
Si estas bombas iónicas de tus neuronas dejasen de
funcionar, tendrías serios problemas para transmitir impulsos nerviosos, con lo
cual tendrías serios problemas para hacer latir tu corazón y para que tus
pulmones se hinchasen y deshinchasen, con lo cual tendrías serios problemas
para mantenerte vivo. Una minúscula molécula que marca una enorme
diferencia.
¿Cómo “da energía” a mis células una molécula de adenosín
trifosfato?
Una molécula de adenosín trifosfato. En rojo y naranja
aparecen los tres grupos de fosfato que componen la “parte energética” de la
molécula.
Para resolver esta pregunta debemos aludir a la estructura
de la molécula tan bien indicada por su nombre. El adenosín trifosfato es una
molécula compuesta por adenosina (una sustancia a la que ya
nos hemos referido en “¿Por qué dormimos?“) y por tres fosfatos. En
estos tres fosfatos reside la clave energética del adenosín trifosfato.
En la adenosina parece que reside la clave señaléctica de la molécula, es
decir, es la parte de la molécula que permite que otras moléculas la “capten”
para sus procesos.
Estos tres grupos de fosfatos están “atados” los unos a los
otros por lazos químicos energéticamente potentes, lazos
que en determinadas circunstancias van a “romperse” y liberar una gran cantidad
de energía (hablando en proporciones de célula). El
proceso típicamente energético que sucede en la célula es la ruptura del lazo
que ata el último fosfato, esto es, la conversión del adenosín
trifosfato en adenosín difosfato. Este proceso de paso de trifosfato a
difosfato está ocurriendo continuamente en tu interior.
También ocurre en sentido inverso: el adenosín
difosfato se recicla y reconvierte en trifosfato. Para poder llevar a cabo este
proceso, se requiere energía y oxígeno: la energía que consigues con la comida
y el oxígeno que consigues respirando. Como ves, comes para que tus
células coman.
A lo largo de la respiración aerobia se originan varias
sustancias pero la más importante es el ATP (trifosfato
de adenosina). Esta molécula es el transportador más importante en las células
y es considerada como la “moneda energética universal”, porque ejerce la misma
función en todos los seres vivos.
Conoce más en “ATP: Adenosin Triphosphate (vídeo)” y en “How cells obtain energy“
Conoce más en “ATP: Adenosin Triphosphate (vídeo)” y en “How cells obtain energy“
Para los curiosos, en el videoclip anterior os recomiendo
entusiásticamente la parte relacionada con LUCA : Last Universal Common
Ancestor
- La obtención de energía a partir de los
alimentos
Cada día el cuerpo humano necesita una cantidad determinada
de energía. Las células utilizan esta energía para vivir y ejecutar
sus diversas funciones. Los alimentos que ingerimos contienen una multitud de
sustancias que nuestro cuerpo necesita para su correcto funcionamiento y
crecimiento. Entre ellas, encontramos tres grupos moleculares a partir de las
cuales podemos obtener la energía necesaria. Estos grupos son los hidratos de
carbono (o carbohidratos), las grasas (o lípidos) y las proteínas. Los
carbohidratos son la fuente principal de energía, las proteínas son la fuente
auxiliar y las grasas son la reserva energética más importante del cuerpo.
A lo largo de la respiración aerobia (el proceso que
explicarmos a continuación), se originan varias sustancias pero la más
importante es el ATP (trifosfato de adenosina). Esta molécula
es el transportador más importante en las células y es considerada como la
“moneda energética universal”, porque ejerce la misma función en todos los
seres vivos.
Pasos necesarios para la producción de ATP:
Paso 1: La digestión
El fin de la digestión es la desintegración de las moléculas
complejas contenidas en la comida en sus componentes más sencillos, para que
ellos puedan ser absorbidos en el intestino. Este proceso inicia en la boca con
la masticación y la saliva y continúa en el estómago por medio de los
movimientos peristálticos y el jugo gástrico. La bilis y el jugo pancreático
que son liberados en el intestino completan la digestión. De esa manera
obtenemos como productos finales la glucosa (procedente de los carbohidratos
mediante la glucolisis), los ácidos grasos (a partir de los
lípidos mediante la lipolisis) y los aminoácidos (elementos básicos de las
proteínas, mediante un proceso llamado proteólisis).
Paso 2: Absorción y distribución
A lo largo del intestino delgado, las células intestinales
absorben los nutrientes fraccionados y los liberan en el torrente sanguíneo o
en los vasos linfáticos, que a su vez desembocan en el corriente sanguíneo. De
esa manera la glucosa, los lípidos y los aminoácidos llegan a todas las células
del cuerpo.
Es importante mencionar que no todas las células utilizan
los nutrientes de la misma manera. Los eritrocitos por ejemplo, metabolizan
únicamente la glucosa porque no disponen de mitocondrias. En este artículo
hablaremos de la respiración aerobia que precisa la presencia de oxígeno y
mitocondrias en las células. En defecto de oxígeno o de mitocondrias en una
célula, la metabolización se lleva a cabo por medio de la respiración
anaerobia, que pero es mucho menos eficaz de la aerobia en cuanto a producción
de energía.
Paso 3: Transformación en acetil-CoA
Una vez en las células, las sustancias obtenidas por la
digestión sufren transformaciones por la acción de enzimas para formar el anión
piruvato (en el caso de la glucosa) o el acetoacetato (en
el caso de los aminoácidos y los ácidos grasos). A continuación, estas dos
sustancias son oxidadas para convertirse en acetil-coA, una
molécula que se compone de un grupo acetil (procedente del piruvato o del
acetoacetato) unido a la coenzima A.
Paso 4: Ciclo de Krebs, cadena respiratoria y
fosforilación oxidativa
El acetil-coA entra en las mitocondrias, donde toma parte en
el Ciclo de Krebs (también denominado ciclo del ácido
cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos). De este ciclo
proceden las moléculas NADH y FADH, unos reductores necesarios para el
funcionamiento de la cadena respiratoria.
La cadena respiratoria se compone de una
serie de reacciones redox (reducción-oxidación), cuyo resultado es la
producción de energía térmica (calor). Esta energía en fin se utiliza para la
síntesis de ATP a partir de ADP (difosfato de
adenosina) y un grupo fosfato mediante el proceso metabólico de fosforilación
oxidativa.
Aunque nuestro cuerpo es capaz de obtener energía a partir
de los tres grupos moleculares mencionados arriba, pero los carbohidratos son
la fuente idónea por la “limpieza” de su metabolización. Durante la
metabolización de las proteínas por ejemplo se obtiene el amoníaco tóxico, que
necesita ser trasformado para su excreción. Al contrario, del catabolismo de
una molécula de glucosa (C6H12O6) provienen 36
moléculas de ATP (en neto), 6 moléculas de agua (H2O)
y 6 moléculas de dióxido de carbono (CO2). No se producen sustancias
tóxicas o no deseables que necesitan ser ulteriormente tratadas, en cuanto
el CO2 se elimina desde los pulmones por espiración.
Fuentes y enlaces externos:
"Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa." Universidad de Alcalá
"Cellular Respiration and Fermentation." Clermont College
"Cellular Respiration" Wikipedia, la enciclopedia libre
Fuentes y enlaces externos:
"Cadena respiratoria y fosforilación oxidativa." Universidad de Alcalá
"Cellular Respiration and Fermentation." Clermont College
"Cellular Respiration" Wikipedia, la enciclopedia libre
Fuentes de energía para el ser humano
Como siempre, he incluido estas reflexiones en mi blog
“Historias del LEAN”:
Que disfrutéis cada hora del fin de semana
Un cordial saludo
Alvaro Ballesteros
