domingo, 17 de agosto de 2014

Archaea y Bacteria

El archaea y las bacterias son las ramas más profundas del árbol de la vida. Los dos grupos son similares en morfología y comparten algunas bioquímica fundamental, incluyendo el código genético, pero las diferencias entre ellos son elocuentes, y se encuentran entre los grandes problemas no resueltos de la biología. La composición de las membranas celulares y paredes es totalmente diferente en los dos grupos, mientras que el mecanismo de replicación del ADN parece no estar relacionado. Nos dirigimos a una paradoja específica, dando una nueva visión de esta profunda división evolutiva: la bioenergética de membrana son universales, pero las propias membranas no somos. Resolvemos esta paradoja considerando la energética de un último ancestro común universal hipotético (LUCA) en gradientes de protones geoquímicamente sufridas. El uso de un modelo cuantitativo, mostramos que LUCA podría haber utilizado gradientes de protones para conducir el metabolismo del carbono y energía, pero sólo si las membranas se gotea. Este requisito impide el bombeo de iones y la evolución temprana de las membranas de fosfolípidos. Nos limitamos un camino que conduce de LUCA a la profunda divergencia de arqueas y bacterias sobre la base de los aumentos graduales en la disponibilidad de energía libre. Apoyamos nuestras inferencias con la bioquímica comparada y filogenética, y demostrar por qué la evolución tardía de las membranas modernas divergencia forzado en otros rasgos como la replicación del ADN.La reconstrucción de los rasgos del último antepasado común universal, (LUCA) requiere limitar las relaciones entre los tres dominios de la vida, las arqueas, bacterias y eucariotas.Estudios filogenéticos recientes muestran que los eucariotas se derivan secundariamente: son quimeras genómicas, derivadas de una endosimbiosis entre una bacteria y una célula huésped archaeal [1] - [5] . La divergencia entre los dos dominios primarios, las archaea y las bacterias, se ve ahora como la rama más profunda en el árbol de la vida [1] , [6] - [8] . Las propiedades de LUCA son más parsimoniosamente los compartidos por bacterias y arqueas. Esto lleva directamente a una seria paradoja. Archaea y las bacterias comparten la bioquímica básica, incluyendo el código genético, maquinaria de transcripción y traducción ribosomal [9] , pero difieren por razones desconocidas en los rasgos fundamentales que incluyen la membrana celular [10] y la pared celular [11] , la glucólisis [12] , el bombeo de iones [13] , e incluso la replicación del ADN [14] .
Las diferencias en los lípidos de membrana pueden ser la clave para este problema importante sin resolver en la biología. Cadenas laterales de fosfolípidos son típicamente isoprenoides en ácidos grasos arqueas y las bacterias [15] . Si bien esto podría reflejar la evolución adaptativa[16] , arqueas y bacterias también difieren en la estereoquímica del grupo de cabeza de glicerol-fosfato [10] . Archaeal lípidos tienen un sn-glicerol-1-fosfato (G1P) grupo de cabeza, mientras que las bacterias utilizan el espejo estructura de sn-glicerol-3-fosfato (G3P) ( Figura 1). No hay una explicación persuasiva selectivo para estos estereoquımicas opuestos [10] , [13][17] . Las enzimas que participan, glicerol-1-fosfato-deshidrogenasa (G1PDH) en arqueas y glicerol-3-fosfato-deshidrogenasa (G3PDH) en las bacterias, no tienen ninguna semejanza filogenética, lo que sugiere que surgieron de forma independiente [10] . Si es así, entonces LUCA no poseía una membrana-una conclusión aparentemente improbable moderna, dada la importancia fundamental de las membranas de las células [10] , [17] , [18] .
Figura 1. lípidos de membrana de arqueas y bacterias.
Lípidos de arqueas (izquierda) se componen típicamente de cadenas isoprenoides unidos por enlaces éter a un sn-glicerol-1-fosfato (G1P) columna vertebral. La quiralidad de las dos cadenas principales de glicerol está totalmente conservada dentro de cada clado no sólo en la estructura pero en sus enzimas sintéticas no relacionados. Aunque enlaces éter se han observado en las membranas bacterianas [15] e isoprenoides son comunes a los tres dominios, lípidos bacterianos (derecha) se componen típicamente de ácidos grasos en enlace éster a un sn-glicerol-3-fosfato (G3P) esqueleto. A pesar de transferencia horizontal de genes generalizada, no bacteria ha sido observada con el enantiómero archaeal, o viceversa [10] .
doi: 10.1371 / journal.pbio.1001926.g001
El sistema contra esta diferencia paradójica en la composición de la membrana es la universalidad de la bioenergética de membrana [19] . Esencialmente toda la energía células la síntesis de ATP a través de acoplamiento quimiosmótico, en el que la ATP sintasa (ATPasa) es accionado por diferencias electroquímicos en H + o la concentración de Na + a través de membranas [20] . La ATPasa es universalmente conservadas [21] y las acciones de la misma profunda división filogenética como el ribosoma, lo que implica que ambos estuvieron presentes en LUCA [22] - [24] . Las ramas más profundas del árbol de la vida están totalmente pobladas por autótrofos [1] , [6] , [7] , [12] , [25] , que también dependen de acoplamiento quimiosmótico para impulsar el metabolismo del carbono a través de proteínas, tales como la energía la conversión de hidrogenasa (Ech) y ferredoxina [26] . Pero hay serias objeciones a la idea de que LUCA fue quimiosmótico. Bombeo de protones a través de membranas requiere proteínas complejas que resultan sólo es útil en las membranas impermeables a los protones [27] . A diferencia de la ATPasa, no hay bombas de iones son universalmente conservadas [13] . Las vías para la síntesis de hemo y quinona (los principales cofactores de proteínas respiratorias) también difieren en bacterias y arqueas, aunque su distribución es complicada por la transferencia lateral de genes, como es la reconstrucción de los orígenes filogenéticos de bombas de iones respiratorias [13] . Pero parece probable que ambas membranas lipídicas y bombeo activo son evolutivamente distintas en arqueas y bacterias [9] , [11] . Es difícil reconciliar estas diferencias fundamentales con la universalidad de la ATPasa. En la cara de ella, LUCA era quimiosmótico, todavía no tenía una membrana de fosfolípidos moderno o bombas iónicas activas.
Una posible solución es que LUCA explotado (geoquímicamente sostenidos) gradientes de protones naturales [18] , [28] , [29] . Sin embargo, la hipótesis de que los gradientes de protones naturales podrían conducir de carbono y el metabolismo energético en LUCA, en ausencia de bombas de iones activos, se enfrenta a un serio inconveniente. Debido a que los fluidos son eléctricamente equilibrado, la transferencia de los iones H + por un gradiente de concentración, a partir de una solución de ácido en una célula, las transferencias de carga positiva en la célula, la generación de un potencial de membrana que se opone aún más afluencia. El sistema alcanza rápidamente electroquímico (Donnan) de equilibrio, en el que se compensan las cargas eléctricas y diferencias de concentración [30] . El equilibrio es la muerte: los gradientes de protones naturales sólo podían conducir el metabolismo del carbono y de la energía en LUCA si tal equilibrio se evita-en efecto, si los protones se acumulan en el interior de una célula pueden dejar de nuevo. Permeabilidad de la membrana puede ser fundamental para mantener el desequilibrio en cualquier sistema con flujo continuo, como las membranas con fugas imponen menos de una barrera para el flujo continuo de H +, OH -, y otros iones [19] .
La viabilidad de esta hipótesis depende de la dinámica de los flujos de iones que son desconocidos. Por ello, hemos construido un modelo para estimar las diferencias cuantitativas en la energía libre (-ΔG) a través de membranas lipídicas expuestas a gradientes de protones naturales. Consideramos que una célula expuesta simultáneamente a fluidos alcalinos y agua relativamente ácido ( Figura 2 ). Nuestro modelo es independiente de cualquier ajuste en particular, sino que requiere de flujo laminar continuo con mezcla limitada (como se encuentra en las fuentes hidrotermales microporosos alcalina [18] , [19] , [24] , [31] - [33] y, potencialmente, otros entornos), permitiendo gradientes fuertes de varias unidades de pH que se mantenga a través de distancias cortas de 1-2 micras. En general, se supone que el pH externo no cambia a cada lado de la célula, como fluidos externos se reponen por el flujo continuo de grandes embalses (por ejemplo, fluidos hidrotermales o el océano), pero nosotros también consideramos la mezcla.
Los protones entran en la célula a través de proteínas de la membrana, y directamente a través de la fase lipídica de la membrana. La tasa global de afluencia de protones depende de la diferencia en la concentración de protones y la carga eléctrica (a la entrada de protones) entre el exterior y el interior de la célula, la cinética de la proteína de membrana (por ejemplo, ATPasa), el número de proteínas de membrana (dados como una proporción de la superficie), la permeabilidad de protones de la fase lipídica de la membrana, y la tasa de pérdida de protones desde el interior de la célula (ver Materiales y Métodos ). Por simplicidad, se supone que las proteínas de membrana de gradiente explotando sólo están presentes en la cara de ácido de la célula. Pérdida de protones desde el interior de la célula, por tanto, depende de la velocidad de afluencia de OH - a partir de fluidos alcalinas, que neutralizan los protones dentro de la célula, y la tasa de pérdida de protones a través de la fase lipídica hacia el exterior alcalina ( Figura 2 ). También consideramos permeabilidad de la membrana al Na +, K +, y Cl - iones, que se mueven de carga, y por lo tanto influyen en la diferencia de potencial electroquímico y la tasa de flujo de protones. Al calcular el flujo global de protones sobre la base de estos parámetros, se estima cambios en la concentración de protones en estado estable dentro de la célula con respecto al exterior, dando la energía libre (-ΔG) disponible para conducir el metabolismo del carbono y energía. Nuestros resultados nos permiten proponer una nueva y con fuertes limitaciones mapa de la ruta que conduce de un bioenergético LUCA fugas depende de los gradientes de protones natural, a la primera archaea y las bacterias con muy distintas membranas de fosfolípidos de ión-apretado. Estas consideraciones bioenergéticas dan ideas sorprendentes sobre la naturaleza de LUCA, y la profunda divergencia entre arqueas y bacterias.


  • Williams TA, Foster PG, Cox CJ, Embley TM (2013) Un origen archaeal de eucariotas sólo admite dos dominios principales de la vida. Naturaleza 504: 231-236. doi: 10.1038 / nature12779
    1. 2.Algodón JA, McInerney JO (2010)

    viernes, 8 de agosto de 2014

    TESTOSTERONA

    La hormona de la virilidad testosterona ha tenido tradicionalmente una mala reputación. El cliché que proporciona no sólo físicamente por rasgos masculinos más pronunciados, sino que también promueve, comportamiento agresivo anti-social y la adicción al sexo. El actor estadounidense Alan Alda dijo en la década de 1970, incluso en tono de broma de un "envenenamiento de la testosterona", en las que casi todos los hombres sufrieron y para el que se comportó de manera tan extraña. Incluso hoy en día, el término "envenenamiento por testosterona" en Inglés irracional comportamiento, estereotipo negativo de los hombres. Ya sea el neurotransmisor, pero en realidad afecta el comportamiento social , es científicamente investigado recientemente - con algunos resultados sorprendentes.
    La testosterona es una de las más importantes delas hormonas sexuales en el cuerpo y tiene múltiples implicaciones. Se encuentra en la sangre de los hombres y las mujeres, con la concentración en los hombres diez veces mayor. Para ellos, el mensajero se produce principalmente en los testículos, en las células de Leydig que el anterior. En el cuerpo de la mujer de la testosterona viene a mitad de camino de los ovarios y la placenta, la otra mitad de un precursor de la hormona que se produce en la corteza suprarrenal. La testosterona, la barrera hematoencefálica fácilmente superado.Por lo tanto determina su concentración en el torrente sanguíneo también con cuánto de él está disponible en el cerebro - donde el neurotransmisor afecta nuestro comportamiento.En estudios con animales, los investigadores han hasta ahora confirmar algunos prejuicios acerca de la hormona. Más testosterona en la sangre parece animar a la agresión física, particularmente en relación con las disputas territoriales, las batallas de la clasificación y la sexualidad. Hamster sobre son más propensos a atacar a sus congéneres extranjeros, si este se encuentra en su jaula en elevados niveles de testosterona. En contraste, la hormona parece jugar un papel secundario en las formas de agresión sin contexto social, por ejemplo en la caza. Pero la testosterona tiene un efecto similar en los seres humanos? Esta pregunta ha causado muchos debates acalorados.
    Por un lado estaban, por ejemplo, los estudios en los reclusos varones que la cantidad de la hormona en el torrente sanguíneo asociada con la gravedad de los delitos cometidos. Quien por violación fue condenado, el asesinato o el robo a mano armada, en promedio, muestra los niveles de testosterona más altos que alguien encarcelado por robo o abuso de drogas. Una evaluación de los informes disciplinarios también documentó que los internos eran a menudo involucrado con una gran cantidad de testosterona en la sangre en los conflictos con otros reclusos. Curiosamente, estos resultados también se aplican a las mujeres presas. En un estudio de los comerciantes del mercado de valores, los investigadores también encontraron una relación entre los niveles de hormonas en el cuerpo y el éxito financiero: testosterona Boliden lograr mayores beneficios en el piso de remates .Sin embargo, estos resultados aún no se quiere decir que el mensajero es causalmente responsable de la conducta observada. Por un lado, sólo se determinó la concentración en circulación de la sangre en estos estudios. Dado que el cerebro sino también auto-produce la testosterona, el volumen de sangre circulante no está en proporción directa a la cantidad en el cerebro. En segundo lugar, el nivel de testosterona en la sangre cambia en respuesta a ciertas situaciones. Esto demostró, por ejemplo, un estudio realizado por Justin Carré de la Universidad canadiense Nipissing: Cuando los jugadores de hockey masculino vieron un vídeo que mostró la victoria de su equipo, la concentración de testosterona en la saliva se incrementó en cerca de un tercio a. ¿Vieron un video con contenido neutral, la hormona no cambió. Cuando los investigadores por lo que sólo miden la cantidad del neurotransmisor, por lo que la cuestión de la causalidad no está clara: los niveles de testosterona más altos pueden ser el resultado de la agresión y no al revés.
    Particularmente instructiva, por lo tanto son estudios en los que se manipula deliberadamente la cantidad de testosterona en la sangre. Típicamente, los sujetos recibieron una dosis de la hormona del sexo o un medicamento maniquí. Por lo tanto, un aumento en los niveles de hormonas en la sangre puede causar atribuibles a la manipulación experimental. Lo ideal sería que ni el investigador ni los participantes saben si reciben el placebo o la hormona. De hecho, este tipo de estudios, en parte, revelaron efectos completamente nuevos y sorprendentes.

    Profundamente en poder de la creencia popular

    Por ejemplo, se examinó el efecto de la hormona para el comportamiento en el llamado ultimátum juego. En cada caso, dos sujetos negocian entre sí en un ordenador con el fin de permanecer en el anonimato. Un participante recibe una cantidad de dinero que tiene que compartir con B. Sin embargo, él puede incluso presentar una oferta ya que quiere dividir la cantidad. B puede aceptar o rechazar esta propuesta - en el segundo caso ambos jugadores no reciben nada. En el estudio ahora recibido la mitad de los participantes, en este caso, todas las mujeres, una tableta con 0.5 miligramos de testosterona. Este aumento de la concentración del neurotransmisor en la sangre en aproximadamente diez veces, por lo que las mujeres poco después de tomar acerca de los niveles tan altos de testosterona tenían como generalmente hombres. El resto de participantes se les dio una pastilla sin principio activo administrado. Al final del estudio, todos se les preguntó si creían que habían recibido el placebo o la preparación de la hormona.
    Los resultados muestran una cosa: la profundidad de la fe está anclada a los efectos negativos de la testosterona en nuestra cultura. Los sujetos que creían que habían ingerido testosterona, hecho en sección trata unfairere que los participantes que supuestamente habían recibido un placebo - independientemente de lo que habían caído en realidad. Así que mostraron el cliché correspondiente comportamiento de dominancia. El efecto real de la hormona, sin embargo, fue totalmente opuesta: Los que habían recibido la preparación activa fue en promedio de las ofertas más justas que los sujetos en el grupo de placebo.
    Eso testosterona podría promover el sentido de la justicia se encuentra en un número creciente de estudios sobre mujeres y hombres. Jack van Honk y sus colegas de la Universidad de Utrecht, por ejemplo, eran estudiantes en un juego de "bienes públicos" para participar. Los jugadores reciben inicialmente una cantidad de dinero virtual, y en secreto decidan cuánto donan a una olla pública. Este bote se multiplica y divide la suma entre todos los jugadores. También recibirá las misma proporción que han contribuido en nada a la multiplicación de dinero. La ganancia individual se calcula a partir de la suma que se destinará para el comienzo de un jugador, y su porción del dividendo.
    Los investigadores midieron por primera vez la relación entre la longitud de los dedos índice y anular de los sujetos - una medida de la cantidad de testosterona éstos habían sido expuestos en el útero.Justo antes del partido, que les dio un placebo o una pastilla de testosterona que llevó de nuevo a un aumento de diez veces en los niveles de testosterona. Resultados: Los participantes con una dosis extra de la hormona en la sangre donado grandes sumas de dinero en el bote común. Pero eso fue sólo para las mujeres con un bajo nivel de testosterona prenatal; los otros no fueron influenciados por la administración de hormonas.Maarten Boksem y sus colegas de la Universidad de Radboud en Nijmegen también mostraron que las personas son más comportan "reciprocidad positiva" después de haber ingerido una dosis de testosterona. En un juego, los sujetos tratados con generosidad correspondidos por lo que si otros habían mostrado previamente en ellos la confianza en la forma de una suma mayor de dinero. La hormona parece en algunas situaciones efecto muy favorable sobre el comportamiento social.
    Lo más sorprendente es probablemente el resultado de un estudio realizado en Alemania, Matthias Wibral y colegas varones tratados con un gel de testosterona o un placebo. La hormona también se absorbe por la piel y por lo tanto entra en el torrente sanguíneo; pero este tratamiento no conduce a un aumento tan drástico en los niveles de testosterona como la administración en forma de tabletas.Posteriormente, los sujetos dedicaron en cabinas seleccionados un juego muy sencillo: Usted debe tirar el dado de nuevo y escriba el número de puntos en una computadora - en uno a cinco, que podrían tener el resultado en Euro casa, en una de seis que se fueron con las manos vacías. Gracias a la visión cabinas protegidas nadie se con si los sujetos engañados para conseguir más dinero. En retrospectiva, sin embargo, se encontró sin embargo que el grupo fue honesto. Debido a que la probabilidad es la misma para todos los números de uno a seis. Cuando un grupo entra tantas cuatro y cinco en forma aleatoria, lo que indica un aumento de la mentira. Los sujetos que recibieron el gel de testosterona, mintieron en promedio con menos frecuencia que los sujetos tratados con placebo.
    Molécula con efecto
     Molécula con efecto

    Una hormona no hace el comportamiento

    Estos y otros estudios refutan la visión unidimensional que la testosterona es responsable de la conducta antisocial. De acuerdo con los resultados anteriores, parece incluso promover la honestidad y el comportamiento prosocial entre los hombres y las mujeres. Aunque la investigación que aquí se encuentra todavía en su infancia, pero ya está claro: El comportamiento agresivo no puede explicarse simplemente por el estado hormonal - el comportamiento social humano es mucho más complejo.
    Por el contrario, relativamente no controversial es el papel de la hormona en la sexualidad. Que es necesario para el mantenimiento del deseo sexual normal en los hombres, ya sabes, al menos implícitamente, durante miles de años. En muchas culturas, hay eunucos que fueron retirados los testículos en la infancia, por lo que no eran o sólo una libido baja entrenado y por lo tanto se utiliza como un guardia de harén.Pero la hormona parece ser importante para la sexualidad femenina: En una serie de estudios metodológicamente sofisticados, por ejemplo, Adriaan Tuiten podría mostrar desde el Hospital Universitario de Utrecht, que los aumentos de la testosterona la excitación sexual de la mujer.
    Desde un punto de vista científico, por lo tanto, algunos de ellos actúan antisocial habla en contra de irrazonable o hombres acusados ​​de comportamiento "testosterona impulsado". Como los últimos hallazgos sugieren que las personas actúan bajo la influencia de la testosterona justo y honesto. La última palabra no está dicha, ya que en los estudios mencionados sólo se administraron sujetos masculinos femeninos o sólo la hormona. Ya sea que los efectos encontrados en ambos sexos deberá, por lo tanto, permanece abierto por el momento.
    Otro argumento poderosa contra el estereotipo común es el hecho de que la enzima aromatasa están ambos en la hembra y el cuerpo masculino, que es capaz de reducir la testosterona en estradiol en segundos. Si usted llama testosterona como "hombres de la hormona" sería estradiol en devolver la "hormona de la mujer" típica, ya que su concentración está en el cuerpo de la mujer suele ser mucho mayor que en los hombres. El proceso de conversión de dicho se puede utilizar muy rápidamente - la cantidad de testosterona se convierte depende de la persona y de la situación específica. Muchos de los efectos asignan estudios científicos testosterona, pero al menos en parte, podrían ser Östradioleffekte. Por consiguiente, sería aconsejable al menos siempre para determinar simultáneamente ambas hormonas.
    Por otra parte, el papel de estradiol para el comportamiento social humano, sin embargo, casi nada se conoce todavía. Aquí, desde hace décadas una gran escala de carreras de auto-test: todos los días con la píldora anticonceptiva son millones de mujeres una hormona que actúa sobre los receptores de estradiol en el cerebro. Por lo tanto, uno debe mirar hacia adelante a los estudios que controlaban los sujetos recibieron estradiol administrado para investigar los efectos de esta hormona en el comportamiento.