Primeras Teorías sobre el Origen de la Vida

A continuación, se presentan las contribuciones de científicos clave en el debate sobre la generación espontánea:

• Jean-Baptiste Van Helmont (1579-1644): Propuso la generación espontánea, sugiriendo que la combinación de una camisa sucia, sudor y semillas podía generar ratones.
• Francesco Redi (1626-1697): Demostró que solo los recipientes abiertos con carne producían larvas, descubriendo que la aparición de estas dependía de la entrada de aire (y por ende, de organismos preexistentes).
• Lazzaro Spallanzani (1729-1799): Detectó formas microscópicas en seres vivos y observó que los organismos presentes en la comida provenían del aire.
• Louis Pasteur (1822-1895): Demostró de manera concluyente que muchos microorganismos son transportados por el aire. Diseñó un aparato de aspiración (matraz de cuello de cisne) para refutar definitivamente la generación espontánea.

Conceptos Fundamentales de la Biología Celular

Semejanzas entre Organismos Unicelulares y Pluricelulares

• Ambos realizan funciones vitales como nutrición, circulación, respiración y metabolismo.
• Ambos nacen, se reproducen y mueren.
• Ambos constan de un conjunto de subsistemas que funcionan de manera integrada para mantener la organización.

Energía y Procesos Vitales

Tipos de Energía Necesarias para Asegurar la Vida en la Tierra

La energía es esencial para la capacidad de reproducirse y de transmitir la información inherente al funcionamiento de los sistemas biológicos para asegurar la vida.

Transformación de la Energía en los Organismos

Los organismos transforman la energía siendo capaces de extraer y transformar la energía del ambiente para construir y mantener su propia estructura interna.

Diversidad y Evolución

La gran diversidad de especies en la Tierra es posible mediante la capacidad de las especies de modificar sus características físicas y fisiológicas para adaptarse y sobrevivir en condiciones nuevas, es decir, evolución.

Composición Molecular

Elementos Fundamentales que Componen la Estructura Molecular

Compuestos químicos, composición de organelos, núcleo, membrana, células, tejidos, órganos y agua.

Origen de los Elementos Fundamentales

Se postula que se obtuvieron debido al vulcanismo, ya que al calentarse la Tierra expuso vapor de agua y dióxido de carbono a la atmósfera primitiva.

La Teoría Quimiosintética del Origen de la Vida

La Teoría Quimiosintética (propuesta por Oparin y Haldane) sostiene una nueva variedad de generación espontánea: los organismos podían generarse en el ambiente no viviente. Mediante procesos químicos se planteó el origen de la vida.

Fases de la Teoría Quimiosintética

Estas fases explican la aparición de una molécula con propiedades similares a las de los seres vivos, creada por reacciones químicas. Las moléculas existentes, en la condición y medio adecuado, reaccionan durante distintas fases hasta originar una molécula orgánica con características similares a la materia viva.

1. Fase 1: Formación de Compuestos Simples. Existencia de complejos en el ambiente formados a partir de compuestos simples y las radiaciones como fuentes de energía.
2. Fase 2: Síntesis de Macromoléculas. Los carbohidratos y aminoácidos se unieron para producir diversas macromoléculas. Fox utilizó calor y moléculas simples para crear macromoléculas proteicas, comprobando que el calor fue la energía para la formación de las macromoléculas precursoras de la vida.
3. Fase 3: Formación de Agregados Complejos (Coacervados). Las macromoléculas enfrentan dos posibilidades: su degradación y su combinación. Se presume que la polaridad de las moléculas fue un factor determinante para la formación de agregados complejos.
   • Teoría de la Coacervación (Oparin): Propone que “sustancias proteicas en condiciones específicas se agrupan en esférulas con una membrana alrededor de ellas”. Los coacervados son compuestos con dos polos eléctricos que, bajo ciertas condiciones de acidez, la molécula adquiere carga positiva. En un medio acuoso, las moléculas del agua son atraídas de forma específica a la molécula ionizada. La membrana brinda protección, aislamiento y permite el intercambio molecular y energético con el ambiente.
   • Conclusión de la Fase 3: Esta fase trata de la organización de las moléculas dentro de cuerpos definidos, los cuales tienen semejanzas funcionales y estructurales con los seres vivos.
4. Fase 4: Incorporación del Ácido Nucleico. Incorporación del ácido nucleico a la macromolécula, lo que garantiza la continuidad genética, la continuidad de características y la adquisición de otras nuevas. Se concluye que estos agregados moleculares podían considerarse verdaderos sistemas vivientes.
5. Fase 5: Desarrollo del Metabolismo Heterótrofo. Las moléculas orgánicas capaces de aprovechar otras moléculas más simples marcaron la quinta fase. Los organismos más eficientes aprovechan la energía producida por la ruptura de carbohidratos.
6. Fase 6: Aparición del Metabolismo Autótrofo. Los organismos habían subsistido a expensas de otras moléculas orgánicas. Aquellos organismos que evolucionaron para ser autótrofos pudieron subsistir y evolucionar, lo que permitió la coexistencia de organismos heterótrofos. En esta fase aparece el metabolismo fotosintético.

Características Fundamentales del Agua (H₂O)

• Elevada Fuerza de Cohesión y Adhesión: Entre sus moléculas debido a los enlaces de hidrógeno. Es un líquido incompresible que da volumen a las células.
• Elevado Calor Específico: Actúa como estabilizador térmico del organismo frente a cambios bruscos de temperatura.
• Elevado Calor de Vaporización: Para pasar del estado líquido al gaseoso hay que romper todos los enlaces de hidrógeno, lo que requiere mucha energía.
• Mayor Densidad en Estado Líquido que Sólido: Explica por qué el hielo flota en el agua. Esta ha sido la propiedad más importante en la aparición, supervivencia y evolución de la vida en la Tierra.
• Elevada Constante Dieléctrica: Permite el fenómeno de la solvatación iónica (gran poder disolvente).
• Bajo Grado de Ionización: De cada 551 millones de moléculas de agua, solo una está ionizada.

Metabolismo y Catálisis Enzimática

Definición de Metabolismo

El Metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que intervienen en la obtención de energía y en su utilización por parte de los organismos vivos.

Tipos de Metabolismo

• Catabolismo: Los compuestos químicos se descomponen y liberan energía almacenada. Las sustancias químicas se reducen. Sus reacciones son exergónicas (liberan energía).
• Anabolismo: La energía se incorpora y se utiliza en la síntesis de sustancias más complejas. Las sustancias se oxidan. Sus reacciones son endergónicas (requieren de energía).

Enzimas

Las Enzimas son moléculas proteicas de gran tamaño y de amplio espectro. Existe una enzima para cada reacción y para cada tipo de molécula sobre la que actúa (sustrato).

Características de las Enzimas

• Temperaturas superiores a 40ºC las desnaturalizan (destruyen).
• Son específicas de cada sustrato.
• Actúan en pequeñas cantidades; el tamaño determina la acción de la enzima.
• Actúan en la reacción y se retiran sin perder masa (no se consumen).
• Se ayudan de cofactores.

Mecanismos de Acción Enzimática

1. Modelo Llave-Cerradura (Fisher, 1894): El sustrato se une en el sitio activo (sitio catalítico). Muestra la especificidad característica de las proteínas, pero refleja una rigidez incorrecta.
2. Modelo de Encaje Inducido (Koshland, 1958): La enzima trabaja de manera plástica, incluyendo cambios en la estructura del sitio activo (sitio catalítico). Permite una orientación apropiada de los grupos químicos que intervendrían en la reacción.