viernes, 22 de febrero de 2019

Mensajes amables de fin de semana: hemos estado buscando a LUCA ( Last Universal Common Ancestor ) en el sitio equivocado



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 fosfatosEn 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 potenteslazos 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

Para los curiosos, en el videoclip anterior os recomiendo entusiásticamente la parte relacionada con LUCA : Last Universal Common Ancestor








  1. 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 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











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