Dovezi în Domeniul Biologiei Celulare

Dovezi in domeniul biologiei celulare

Biologia celulara a evoluat in ultimii 10 ani datorita progreselor realizate in cercetarile de biochimie, genetica si biologie moleculara, care au folosit modele si tehnici diferite, pentru investigarea unui substrat comun: celula. Tehnicile avansate de microscopie electronica, folosirea culturilor celulare, realizarea anticorpilor monoclonali, tehnologia ADN-recombinant, manipularea genica si tehnologiile informationale contemporane sunt numai cateva din aceste tehnici care si-au dovedit puterea analitica, si au permis unificarea experimentului biologic, a substratului molecular si a tehnologiei in biologia celulara care s-a conturat sub numele de: Biologia Moleculara a Celulei.

Cercetarile din ultimii ani converg insa spre ipoteza ca primele organisme aperute pe Pamant au fost foarte asemanatoare cu bacteriile din grupul Archaebacteria si in special cu bacteriile metanogene, bine adaptate atmosferei terestre primitive de tip anoxic.

Acum 1,5-1,4 miliarde de ani au aparut primele celule eucariote, toate organismele eucariote fiind ab initio puternic aerobe, devenind dependente de prezenta O2 liber. Acum circa un miliard, celulele eucariote se prezentau intr-o enorma diversitate de tipuri, marea diversificare a programelor genetice realizandu-se prin procesele sexualitatii. Aparuse deci meioza.

In 1977, Woese si Fox realizeaza un studiu privind relatiile filogenetice diferite dintre specii de bacterii, bazate pe compararea secventei ribonucleotidelor in moleculele de ARNr16S. Analiza secventei ARNr16S’ (18S) sta la baza conceptului de Archaebacteria si demonstreaza ca unele microorganisme nu sunt filogenetic nici procariote, nici eucariote, formand un nou regn primordial in istoria si ordinea naturala a vietii – Archaebacteria.

Cele din regnul Sulfobolus sunt termifile si acidofileextreme, traind in izvozre sulfuroase, acide, calde si in fisurile vulcanice, dezvoltandu-se la 80 ºC, pH = 1,0-4,0, pe cand pH-ul lor intern este de 7,0. Peretele celular alcatuit din subunitati proteinice aranjate dupa un model hexagonal contine mici cantitati de lipide, spre deosebire de cel de la eubacterii fiind lipsit de peptidoglucan, de acid muramic si de acid diaminopimelic.

Un asemenea perete celular nu este afectat de lizozim sau deantibiotice de tipul penicilinei.

Bacteriile termoacidofile sunt aproapeintotdeauna autotrofe, oxidand sulfatul si fierul in conditii extreme de temperatura si aciditate. Ele determina lesierea, adica solubilizeaza metalele din minerale, precum molibdenita si calcopirita.

Thermoplasma acidophilum este o micoplasma prezenta la marginea gramezilor de resturi de carbune care ard mocnit. Este lipsita de perete celular, celula fiind acoperita de o membrana celulara limitanta. ADN-ul sau se leaga de proteine similare histonelor desemnate Hta, pe segmente de circa 40 perechi de nucleotide, protejandu-l fata de actiunea DN-azelor. Aceasta archebacterie ar fi, dupa Stacey (1980), stramosul posibil al celulelor protoeucariote devenite ulterior celula-gazda a bacteriilor endosimbiotice din care au derivat mitocondriile si cloroplastele.

Bacteriile izolate din black smokers au aceeasi constituenti ca si bacteriile obisnuite cu deosebire ca circa 25% dintre aminoacizii proteinelor lor au o structura neobinuita, aceasta expicand mare lor stabilitate termica. Lipidele lor sunt constituite din acizi grasi cu catene ramificate, ceea ce confera o mai mare coeziune membranelor, prin marirea interactiunilor hidrofobe. Sunt autotrofe si responsabile de degajarile de H2S, CH4, H2 si CO2 in ocean.

Undele arhebacterii au perete celular din care lipseste insa peptidoglucanul si acizii muramici, markeri biochimici esentiali ai eubacteriilor; altele sunt lipsite de perete celular.

La arhebacterii lipseste din ARNt ribotimina, ceea ce le deosebeste radical de toate eubacteriile si de toate eucariotele.

Ele prezinta insa frapante asemanari cu eucariotele printre care :

-ARNt initiator poarta metionina ca la eucariote, nu formilmetionina ca la eubacterii ;

-sunt rezistente la cloramfenicol si kanamicina, eubacteriile fiind sensibile la aceste antibiotice.

Exista mari asemanari biochimice intre arhebacteriile Halobacterium si Halococcus si eucariote, dar in ceea ce priveste genele pentru ARNr, organizarea si transcrierea lor se aseamana cu eubacteriile :

-genele arhebacteriilor au organizare mozaicata ca si ale eucariotelor ;

-arhebacteriile au aparut inaintea eubacteriilor ;

-organismele actuale au aparut pe trei cai distincte, corespuzand urmatoarelor ordine primordiale :

1) Archaebacteria

2) Eubacteria

3) Urkaryota, Ur in greceste insemnand primiti, originar, cel mai precoce in timp.

Fluxul genic, reprezentand un schimb liber de informatie genica realizat intre gene, plasmide si organite etc. a asigurat realizarea mozaicismului milecular al liniilor descendente. Pe masura ce acest progenot a redus schimbul de informatie genetic a el s-a constituit in procariote de tip arhebacteria si eubacteria. Ulterior, acestor doua linii de evolutie desprinse din progenot li s-a adugat linia de evolutie a eucariotelor.

Eucariotele au aparut cand urkariotele au devenit « gazde » pentru unele bacterii endosimbionte care au format mitocondriile si cloroplastele.

Codul actual prezinta urmatoare specificitate : GGC-glicina, GCC-alanina, GAC-acid aspartic si GUC-valina. Surprinzator in experientele de simulare a conditiilor prebiotice (Fox, Miller, Ponnamperuna,Orgel ) printre aminoacizii aparuti in urma descarcarilor electrice si iradierilor amestecului de gaze (CH4, NH3, H2) cei mai abundenti erau tocmai acesti aminoacizi. S-a tras concluzia ca proteinele ce au catalizat replicarea trebuie sa fi continut acesti aminoacizi in proportie precumpanitoare.

Primi sapte aminoacizi au fost: acidul glutanic, acidul aspartic, valina, serina, fenilanalina, alanina si glicina.stabilirea tuturor celor 64 de codoni a avut loc dupa toate probabilitatile in ami putin de doua miliarde de ani. Astfel, evolutia codonului a mers paralel cu extinderea repertoriului de aminoacizi. S-a redus « zgomotul tranzlational » si sa imbunatatit activitatea catalitica. Acest proces a culminat cu eliminarea codonilor arhaici si ambigui si a condus la codul universal si precis intalnit in prezent atat la eucariote cat si procariote evolutia codului genetic universal si precis a descis calea evolutiei de la ARN de tip procariot la ADN.

Celuala eucarita este considerata o himera deoarece, dupa datele actuale de biologie moleculara si celulara, organitele sale au evoluat din sisteme vii specifice si variate. Trei tipuri de organite ale celulei eucariote contin ADN si sisteme proprii de trenscriere si traducere : nucleo-citosolul, mitocondriile si cloroplastele. In ceea ce priveste originea celorlalte organite ale celulei eucariote –mitocandriile si cloroplastele- exista inca disputa intre ipoteza originii exogene prin endosimbioza si ipoteza originii endogene sau autogene a acestora.