Evolução, estrutura e função celular

Profa. Marta G. Amaral, Dra. Biologia Celular

1. Abiogênese: geração espontânea 2. Criacionismo: teologia 3. Panspermia/cósmica

4. Modelo de Oparin/Coacervados 5. Biogênese

Qual é a origem da

vida?

1. ABIOGÊNESE (GERAÇÃO ESPONTÂNEA)(A= negação, BIO= vida, GÊNESE= origem)

Aristóleles (século IV a.C), considerava que a Vida era o resultado da ação de um princípio ativo sobre a matéria inanimada a qual se tornava, então, animada. Não haveria intervenção sobrenatural no surgimento dos organismos vivos, apenas um fenômeno natural, a geração espontânea

Roupa suja ratos adultos, completamente formados

Intestinos vermes

Carne putrefata moscas

Van Helmont (1577-1644) acreditava:

Cheiro dos pântanos rãs

Francesco Redi, no séc. XVII (1668), foi o primeiro a refutar a teoria da ABIOGÊNESE. “Qualquer forma de vida só podia provir de outra pré-existente.”

....mas ainda havia dúvida????????????

As larvas originavam da carne putrefata Abiogênicos defendiam que no frasco selado, não

continha a matéria bruta principal, o Ar. Diziam que apenas as larvas nasciam de seres pré-existentes

Francesco Redi, no séc. XVII (1668), foi o primeiro a refutar a teoria da ABIOGÊNESE. “Qualquer forma de vida só podia provir de outra pré-existente.”

As larvas originavam da carne putrefata Abiogênicos defendiam que no frasco selado, não

continha a matéria bruta principal, o Ar. Diziam que apenas as larvas nasciam de seres pré-existentes

“Concluiu que o ar contém partículas sólidas que originavam os microrganismos”

Pasteur (1862), refutou definitivamente a teoria da abiogênese

Ele preparou infusões com carne e aqueceu ALGUMAS DEIXADAS AO AR OUTRAS VEDADAS

2. CRIACIONISMO (explicação teológica) Acreditam na criação do mundo em “6 dias”. A teoria tem bases no livro de GÊNESES e tem Deus como criador de tudo

3. PANSPERMIA e CÓSMICA Defendida por Arreheius, Liebig, Richter e Helmholtz

Em 2008, Yoshihiro et al., publicaram na Nature Geoscience que os impactos desses corpos sobre os mares primitivos, eram muito frequentes na época, e que poderia ter gerado alguma das complexas moléculas orgânicas necessárias para a vida

Sugerem que o aparecimento dos primeiros seres vivos na Terra surgiram dos cosmozoários (esporos resistentes), que seriam microrganismos flutuantes no espaço cósmico

Na década de 80 (sec. XX), Crick (um dos descobridores da estrutura do DNA) e Orgel sugeriram uma teoria de Panspermia dirigida, em que o agente inicial da Vida na Terra, passaria a ser colônias de microrganismos, transportadas numa nave espacial não tripulada, lançada por qualquer civilização muito avançada. A Vida na Terra teria surgido a partir da multiplicação desses organismos no oceano primitivo.

4. MODELO EVOLUTIVO DE OPARIN/COACERVADOS: Surgiu em 1924, foi a 1ª explicação racional, que é aceita como a de maior peso.

Defendeu que a vida na Terra iniciou há cerca de 3,5 bilhões de anos, surgindo o primeiro ser vivo a partir da combinação de elementos químicos presentes na Terra primitiva.

Oparin possuía conhecimentos em astronomia, geologia, biologia e bioquímica e os empregou para a solução deste problema.

Vapor D'água, Metano (CH2), Gás Carbônico (CO2), Hidrogênio (H2), Outros Gases

aparecimento espontâneo de compostos orgânicos, que, mais tarde, se acumularam nos mares

Gases (vapor de água + metano + amônia + hidrogênio) + raios ultravioleta e descargas elétricas aminoácidos + outros compostos orgânicos + chuva levados para os mares "sopa química" ou "caldo nutritivo" formação de coacervados (compostos orgânicos reunidos) formação de protogenes (genes; primitivos) reunidos por membranas lipoprotéicas células primitivas (heterotróficas aeróbias)

Experimento de Urey-Miller ou a Sopa Orgânica

alanina, glutamato, ácido aspártico, ácido fórmico, acético, propiônico, láctico e succínico

Publicado em 1953 na Science: foi a primeira demonstração de como moléculas orgânicas poderiam ter surgido nas condições especiais da Terra primitiva.

Metano, amônia, H2 e CO2

5. BIOGÊNESE Os seres surgem de outros seres vivos – Evolução

Como a vida surgiu? A partir de uma estrutura simples capaz de se autoduplicar

Para haver EVOLUÇÃO é preciso que haja HEREDITARIEDADE

Como iniciou a evolução das espécies?

Duplicações e com mutações

Origem do universo Elementos formadores das estrelas

Formação do sistema solar

Formação de Júpiter

Formação da Terra

BIG BANG

Formação de moléculas químicas

Hoje em dia

O problema é que nenhuma equipe de astrofísicos conseguiu determinar se o neutrino tem massa.

No século XXI, a maioria dos cientistas acredita que o candidato favorito para ser o recheio da massa escura do universo é o neutrino, uma partícula subatômica sem carga elétrica que é a mais abundante no cosmo.

Biogênese

Iniciou a 3,5 - 3,7 bilhões de anos 1. Síntese dos monômeros

2. Síntese dos polímeros (polipeptídios, Ac. Nucléicos,

Açúcares) Foi sugerido que macromoléculas de diversos tipos, se

organizaram em pequenas unidades auto reprodutoras (RNA) e usaram as outras como “alimento”.

Formaram coloides – hidrofílicos e hidrofóbicos

Síntese de monômeros

1° passo da biogênese

Biogênese

Coacervado = tipo especial de coloide

orgânico.

Possui grande número de moléculas,

rigidamente localizadas e isoladas do

meio ambiente por uma película

superficial de água. Desse modo,

adquirem “individualidade” e

possivelmente as formas mais próximas

do Protobionte (organismo primitivo)

Fox (1970) mostrou que algumas proteínas aquecidas, formam espontaneamente microesferas contendo uma dupla membrana na volta envolvendo hiperciclos.

Protobionte

Autocatálise

Teoria da organização molecular espontânea

Para Eigen, 1971 (Prêmio Nobel) a vida se originou do caos molecular por autocatálise – interação molecular

Hiperciclo: é um sistema catalítico onde

ocorrem reações espontâneas formando novas moléculas. Ex.: A catálise de RNAs curtos formando

polinucleotídeos para a síntese de aa de uma

pequena proteína.

É um processo em que o catalisador é um dos produtos formados durante a reação química. Significa que a reação é cada vez mais rápida à medida que vai progredindo.

Vários hiperciclos podem estar interligados Rotas metabólicas

• Capacidade auto catalítica RNA

• RNA:

Não necessita de outras enzimas, pode agir como enzima

(Ribozima)

Pode se auto clivar, assim como se polimerizar – rRNA

•A síntese de DNA requer primers de RNA

• O DNA não é usado na síntese de proteínas e sim o RNA

•Transcriptase Reversa: RNA

Genes primitivos eram de DNA ou RNA?

RNA

DNA

I . Síntese abiótica e acúmulo de pequenas moléculas orgânicas como aa, nucleosídeos, lipídeos, etc. II. Condensação das moléculas da I etapa, formando polímeros III. Formação de coloides – microesferas – formação de compartimentos (cel. primitiva)

IV. Os elementos das etapas I-III desenvolvem a propriedade da replicação, formando o 1º genoma, por meio da autocatálise de RNA (Ribozima).

Etapas da evolução celular

Este processo evolutivo demorou pelo menos 100 milhões de anos

Evolução na obtenção de energia

A obtenção de energia pelas células ocorreu na sequência:

• FERMENTAÇÃO

• QUIMIOSSÍNTESE

• FOTOSSÍNTESE

• RESPIRAÇÃO AERÓBICA

Evolução da

vida na terra

Tipos de células Podem ser:

Solitárias Viver em comunidades

Forma geométrica definida Formas indefinidas, com limites flexíveis

Sedentárias Nadar, rastejar

Incolores Coloridas (verde, vermelha, azul)

Procarióticas

(do grego “antes do núcleo”)

Eucarióticas

(do grego “com núcleo”)

Bactérias Dos protistas aos mamíferos,

fungos e plantas

Pouca organização interna,

material genético livre no citosol,

São organizadas por organelas

rodeadas pelo citosol.

O DNA está estocado no núcleo.

Pequenas com 1-2 µm

Medem de 5-100 µm, algumas

podem ser vistas a olho nu.

Procarióticas

Staphylococcus aureus Streptococcus salivarius

Bactérias da língua humana

Evolução da célula procariótica à célula eucariótica

retículo e núcleo constituídos

célula procariótica nua

estádios progressivos de hipertrofia da membrana plasmática e de configuração do núcleo

Evolução da célula eucariótica

micoplasmas (mitocôndria) e

cianobactérias (cloroplastos))

Teoria da endosimbiose

TEORIA DA ENDOSSIMBIOSE

ORIGEM DAS MITOCÔNDRIAS E CLOROPLASTOS

BACTÉRIAS

CIANOBACTÉRIAS

EUCARIOTO

PRIMITIVO

CÉLULAS

ANIMAIS

CÉLULAS

VEGETAIS

EUCARIOTO PRIMITIVO

CÉLULAS ANIMAIS

CÉLULAS VEGETAIS

Célula Eucariótica O SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS possibilitou: 1. Maior crescimento celular;

2. Maior especialização, divisão de tarefas entre

componentes celulares e eficiência metabólica;

3. Facilidade no contato e na aglomeração intermolecular;

4. Maior proteção do material hereditário;

5. Maior diversidade de rotas metabólicas.

Unicelulares

Entamoeba histolytica. Giardia lamblia

Tripanozoma cruzzi

Unicelular em Multicelular

A união de células formaram colônias, formando os primeiros seres multicelulares, trazendo como vantagens: 1. Longevidade; 2. Proteção dos órgãos internos, especialmente os reprodutores; devido as camadas de células mortas da superfície do organismo, foi possibilitada a exploração de novos ambientes mais agressivos; 3. Expressão diferenciada dos genes com consequente economia

energética 4. Surgimento de novos padrões de comunicação entre as células

gerando esquemas novos de desenvolvimento embrionário; 5. Diversidade de funções celulares e eficácia metabólica

Fungos

Neurospora fungo do pão

Penicillium sp

Aspergillus flavus Saccharomyces cervisiae

Células vegetais Apresentam:

1. Parede celular: que dá rigidez e forma

2. Vacúolos: podem ocupar 75% do volume celular

Acumulam açúcares e outros compostos solúveis em água. Geralmente são coloridos.

3. Cloroplasto: faz a fotossíntese.

Não apresentam: Centrossomos, embora sejam encontrados em algumas algas.

cloroplastos

Parede celular

Células animais especializadas

1. Tecidos epitelial

2. Tecido conjuntivo: Propriamente dito

Adiposo

Sanguíneo

Cartilaginoso

Ósseo

3. Tecido muscular

4. Tecido nervoso

As células com o mesmo material genético não são idênticas. Se diferenciam e formam grupos que exercem a mesma função, formando os tecidos

TECIDOS EPITELIAL DE REVESTIMENTO

TECIDOS EPITELIAL GLANDULAR

PÂNCREAS PELE

TECIDOS CONJUNTIVOS

MUCOSO ADIPOSO

SANGUÍNEO

ÓSSEO CARTILAGINOSO

DENSO MODELADO

TECIDOS MUSCULARES

LISO

ESTRIADO CARDÍACO ESTRIADO ESQUELÉTICO

TECIDO NERVOSO

MICRÓGLIA CEREBELO

Vírus • Parasitas celulares obrigatórios: quando entram no

hospedeiro, o material genético viral dirige a maquinaria da célula para produzir a proteína viral e

o material genético viral • Tem as mesmas moléculas que os seres vivos

• Não sobrevivem de forma independente

• Tem um centro de material genético envolvido por

uma capa proteica (capsídeo)

• Podem ter membrana extra denominada envoltório

Virus RNA: hepatites A e C, o HIV, Rhabdovirus (raiva), Picornavirus (poliomielite), Orthomyxovirus (gripes) e Rhinovirus (constipações/resfriados)

Os vírus de RNA dispõem de enzimas próprias para serem processadas, como por exemplo enzimas de replicação (RNA replicases e transcriptases reversas).

Vírus HIV Vírus influenza

Vírus DNA: HPV (Human Papilloma Virus), o vírus da varíola, o vírus da varicela (Varicella-zoster), Herpes simplex e o vírus causador da hepatite B.

Usam a maquinaria celular para transcrição de seus genes, sua replicação e reparo de seu DNA. Isso permite a alguns vírus ter um genoma grande como os herpes vírus, que evoluíram de forma a produzir alguns genes próprios (como para síntese de nucleotídeos e polimerases próprias), ficando mais independentes do metabolismo celular.

Vírus HPV humano

Bacteriófagos (vírus bacterianos) são usados para

transferência gênica entre linhagens bacterianas

Viroides (agentes subvirais) são os menores sistemas genéticos capazes de se replicar no interior de uma célula e estão confinados ao Reino Vegetal.

• São fragmentos de RNA que causam doenças apenas em plantas.

• Não codificam proteínas, não possuem capsídeo (envoltório de proteína que envolve e protege o DNA viral)

• Dependem da maquinaria transcricional da célula do hospedeiro para cumprir as diferentes etapas do seu ciclo infeccioso que inclui: replicação, movimento (intra e intercelular) e patogênese

Riquétsias e Clamídias • São bactérias que dependem de outras células

completas

• Consideradas células procariontes incompletas, por isso são parasitas intracelulares obrigatórios

• Perderam parte do seu DNA, das enzimas e sua autonomia

• Febre maculosa: doença é causada pela bactéria Rickettsia rickettsi e transmitida por um carrapato. A doença prejudica a coagulação do sangue e pode evoluir para quadro de hemorragias internas e externas

• Clamydia trachomatis: Bactéria Gram negativa, causadora de DST.

l

Vírus Riquétisia e Clamídias

Tem DNA ou RNA, não tem organelas Tem DNA e RNA, mas precisam de suplementação da célula parasitada

Não faz trocas com a célula Membrana semipermeável que permite fazer as trocas com a célula

• São conhecidos 13 tipos de príons, das quais 3 atacam fungos e 10 afetam mamíferos; dentre estes, 7 têm por alvo os humanos.

• Se alojam no cromossomo 21 humano e que faz parte do equilíbrio celular neuronal referente à velhice.

• Se replica em porções do sistema imunológico (tonsilas, apêndice, placas Peyer), fígado, músculo

PRÍONS: São proteínas móveis, com capacidade de modificar outras proteínas. Causam doenças no homem e em outros animais. Ex.: vaca louca.

Atacam o SNC. A proteína defeituosa mata o neurônio e na necropsia observa-se o encéfalo como um tecido esponjoso, chamada de encefalopatia espongiforme.

Organização Celular 1. ACELULARES: vírus, viroides e príons

2. CELULARES

2.1. PROCARIONTES: bactérias/arquibactérias

2.2. EUCARIONTES

2.2.1. UNICELULARES: protistas

2.2.2. PLURICELULARES

2.2.2.1. SEM TECIDOS: fungos

2.2.2.2. COM TECIDOS

2.2.2.2.1. ACLOROFILADOS: animais

2.2.2.2.2. CLOROFILADOS: plantas

Atenção

Classificação dos seres vivos, de acordo com Woese (1977) (Adaptado de Pommerville, J.C.(2004) Alcamo's Fundamentals

of Microbiology)

OBRIGADA!