Células procariotas vs eucariotas

Las diferencias entre células eucariotas y procariotas son muchas. En primer lugar tenemos su tamaño, el de procariota es mucho menor que eucariota, se puede decir que el volumen de eucariota es una 10 000 veces más que procariota. El material genético de procariota está formado por un cromosoma, mientras que eucariota, está almacenado en un núcleo. Además de la presencia del material genético delimitado por una membrana, las eucariotas poseen en su citoplasma organelos, como las mitocondrias y los cloroplastos; ambas cumplen con funciones muy particulares como la respiración y la fotosíntesis.
Si se revisa y estudia con técnicas avanzadas de Biología molecular la estructura celular de eucariota como tal, se podrán encontrar parentescos entre procariotas y eucariotas. Por esta razón, podemos suponer que por la estructura celular de eucariotas estas surgieron de antepasados procariotas, pero…

De procariota a eucariota

¿Cómo se dio el paso de procariotas a eucariotas?
Al parecer la rama eucariota se desprendió del tronco procariota desde hace aproximadamente de 2500 a 3000 millones de años.
Con el análisis de numerosos orgánulos presentes en la estructura de esa célula, se ha podido esclarecer cómo pudo ocurrir dicho proceso.
La idea que desencadenó la búsqueda de información para explicar dicho origen, fue la siguiente: las mitocondrias y los cloroplastos descendían de bacterias que fueron adoptadas por alguna célula hospedadora de gran tamaño que las endocitó, es decir, las consumió y se quedaron en su interior sin que hubiera un cambio en su estructura celular y empezaron a vivir juntas como un organismo nuevo de mayor complejidad.
Este supuesto fue desarrollado por la Dra. Lynn Margulis en su laboratorio en la Universidad de Boston en donde demostró con evidencias el origen bacteriano de mitocondrias y plastos.

Simbiogénesis

Para explicar el paso de las células procariotas (bacterias o arqueas, no nucleadas) a las células eucariotas (células nucleadas constituyentes de todos los pluricelulares), la Teoría Endosimbiótica de Lynn Margulis propone los siguientes principios:

1. En la célula procariota se formaron compartimientos o invaginaciones a partir de su membrana, ya que había perdido antes la pared celular. 

2. Probablemente se presentaron tres incorporaciones simbiogenéticas de bacterias con sus propios genes con las que se originaron las células que conforman a los individuos de los otros cuatro reinos.

a. La primera bacteria: aportó los andamios de microtúbulos.

b. La segunda bacteria: ciertas capacidades metabólicas peculiares.

c. La tercera bacteria: se convirtió en las actuales mitocondrias.

3. Esa célula eucariota primigenia empezó a proliferar, y uno de sus descendientes sufrió aún otra experiencia traumática: se tragó a una bacteria fotosintética de la que provienen los actuales cloroplastos. A esta se le llamó fagocito primitivo.

4. Esta asociación se hereda por reproducción asexual (bipartición).

5. El Fagocito primitivo es una célula bacteriana dotada de una organización eficiente para alimentarse de otras bacterias. Se trata de un cazador que persigue a su presa.  

Algunos ejemplos de organismos endosimbióticos:

Paramecium bursaria

Chlorella sp.

1. El Paramecium alberga algas verdes Chlorella, son ciliados móviles de agua dulce que fotosintetiza y las sustancias que produce las aprovecha el paramecio.
 El Paramecium bursaria toma algas unicelulares de su hábitat, las engloba en su citoplasma para obtener el alimento que producen por la fotosíntesis.

Pelomyxa palustris

2. La ameba Pelomyxa palustris alberga en su interior a una colonia de arqueas metanógenas (Methanospirillum) que le permiten degradar rápidamente los ácidos grasos.





Nódulos en las raíces de leguminosas



Rhizobium

3. Rhizobium y las plantas leguminosas.  Las bacterias de Rhizobium se alojan en las raíces de la planta produciendo unos abultamientos o nódulos. Estas bacterias se encargan de fijar el nitrógeno molecular de la atmósfera en nitrógeno asimilable o amoniaco. Para ello necesitan de dos tipos de proteínas, las nitrogenasas que convierten el nitrógeno en amoniaco y  por otro lado, la leghemoglobina que proporciona el oxígeno para que ocurra esa conversión.

Amoeba proteus

4. A un cultivo de Amoeba proteus se le infecta con varias bacterias. Una cepa sobrevive con algunos de los parásitos en su interior. Estos parásitos pasaron a ser simbiontes de la amiba.

Algas unicelulares: Volvox sp.

5. Al parecer las algas unicelulares se pueden desarrollar en el citoplasma de un huésped eucariota.  Estos son algunos ejemplos. En algunas algas unicelulares como las criptofitas. Tienen plastos rodeados de cuatro membranas. Entre la 2ª y 3ª membrana tiene ribosomas de eucariotas y un orgánulo llamado nucleomorfo el que evoca a un núcleo reducido con DNA de se parece al de las rodofitas, (algas rojas) y el resto celular es de criptofitas.

6. En los corales y las anémonas de mar, en el citoplasma de sus células están las algas dinoflageladas, las que también se encuentran de vida libre.



Algas heterocontas

7. Las algas heterocontas integraron en su citoplasma a una alga roja. Con el paso del tiempo, el alga roja perdió sus pigmentos y adquirió la clorofila c, convirtiéndose en un plasto pardo común.


El posible origen de los organelos
a. El núcleo. Se puede explicar de forma esquemática como el resultado de la internalización de una zona de membrana externa de la células. El DNA de las bacterias está unido a la membrana.
b. Los peroxisomas. Se presentan tanto en plantas como animales. Su función es realizar reacciones oxidativas cuando convierten el oxígeno en peróxido de hidrógeno. Este último, al igual que el ion superóxido lo destruyen con la enzima catalasa. De esta forma protegen a la célula de la toxicidad del oxígeno. De acuerdo a esto, el origen supone que provienen de bacterias aerobias primitivas, detoxificadoras de oxígeno.
c. Las mitocondrias. Sus antepasados se pueden parecer a Paracoccus denitrificans (aerobio) junto con Rhodoseudomonas (fotosintética), las dos juntas producen enzimas parecidas a las de la mitocondria. Sin embargo, junto con Thermoplasma, arqueobacteria sin paredes rígidas, tiene las histonas y los ribosomas presentes en mitocondrias.
d. Los cloroplastos. Su posible origen fue a partir de cianobacterias.

La simbiosis

Se trata de una asociación entre dos organismos, cada uno de los cuales se beneficia con su presencia. Esta asociación tal vez sea uno de los motores más potentes de la evolución. Hace que aparezcan organismos quiméricos que engendran nuevos linajes.

Los organismos en asociación se reproducen dejando a sus descendientes sus características y las del endosimbionte.