SOCIEDADE CRIACIONISTA BRASILEIRA SCB IV … · velocidade de aumento na superfície de área, ou...

SOCIEDADE CRIACIONISTA BRASILEIRA SCB

IV SEMINÁRIO: A Filosofia das Origens

A Origem da Vida: o que a ciência diz até o momento?

Prof. Tarcisio

Esquema de Apresentação

1. Introdução

2. O Experimento de Miller

3. Alguns Trabalhos e Algumas Objeções:

3.1 Atividade Catalítica de RNA em Vesículas Modelos de Protocélulas

3.2 Emergência de Competição Entre Modelos de Protocélulas

3.3 Evolução Química de RNA Sob Condições Hidrotérmicas e o Papel de Copolímeros Térmicos de Aminoácidos na Formação e Degradação de RNA

3.4 Adsorção de L-Aminoácidos em Areia do Mar

4. Quão Complexa é a Organização Bioquímica dos Seres Vivos

? Se um organismo vivo descende apenas de outro ser pré-existente, como surgiu o

primeiro Ser Vivo?

1. Introdução

Por Onde Começar?Por Onde Começar?

A vida é:É uma condição que distingue organismos de objetos inorgânicos e de organismos mortos, sendo manifesta através do crescimento, metabolismo, reprodução e poder de adaptação ao ambiente através de mudanças originadas internamente.

http://en.wikipedia.org/wiki/Life, acesso em 17/07/2007

• Fontes hidrotérmicas

• Superfície de sólidos (argilas)

•Filetes de água sob camadas de gelo

Miller S. L. Production of amino acids under possible primitive earth conditions, Science 1953, 117, 528-531

2. O Experimento de Miller

Resultados Macroscópicos:

-Mistura heterogênea;

-Coloração escura;

-Mau cheiro;

-Consistente e OleosaAspectos Químicos:

-Várias substâncias orgânicas;

- Alguns aminoácidos;

Aminoácidos presentes nos seres vivos

“A vida se originou nos oceanos primitivos à partir de compostos formados por descarga elétrica em uma atmosfera redutora”

? Um experimento em química envolve planejamento ou os resultados obtidos são “obras do acaso”?

Ácidos anacárdicos 1 2a: R = H2b: R = Me

5a: R = H5b: R = Me 34

OH

CO2H

C15H31- n

OH

CO2H

C15H31

OR

CONH2

C15H31

OR

CO2Me

C15H31

OR

CONH2

CH(CH2)13CH3

Br

NH

O

(CH2)13CH3

OR

a b ou c

d

ef

g

Planejamento e Controle das Condições Reacionais são

Fundamentais

Reagentes e condições: a) H2, Pd/C, EtOH, 60 psi, 98%; b) MeOH, H2SO4 (cat); 53%; c) Me2SO4, NaOH 3M,

CH2Cl2, Aliquat, 89%; d) NH4OH, MeOH, 55°C, 15%; e) NBS, (BzO)2, CCl4, refluxo, Li2CO3, CH3CN, refluxo; g) AlCl3,

CH2Cl2.

* O Experimento de Miller foi realizado em uma atmosfera redutora pois...

Lehninger, Principles of Biochemistry - Fourth Edition, pag. 11

DOSE, Klaus, “The Origin of Life: More Questions Than Answers”, Interdisciplinary Science Reviews 13 (1988): 348-356HORGAN, John, "In the Beginning...", Scientific American (Fevereiro de 1991): 116-126KASTING, James F., “Earth’s Early Atmosphere”, Science 259 (1993):920-926MILLS, Gordon C., LANCASTER, Malcolm & BRADLEY, Walter L., “Origin of Life &Evolution in Biology Textbooks − A Critique”, The American Biology Teacher 55 (Fevereiro, 1993):78-83

A atmosfera não era como Miller “supunha”!

3. Alguns Trabalhos e Algumas Objeções

3.1 Atividade Catalítica de RNA em Vesículas Modelos de Protocélulas

Chen, I. A.; Salehi-Ashtiani, K.; Szostak, J. W. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 13213-13219

Objetivos:

1) Demonstrar a possibilidade de crescimento, estabilidade e manutenção da permeabilidade de membranas composta de ácidos graxos simples (ácido miristoleico e seu monoéster de glicerol), frente a íons Mg2+.

2) Demonstrar capacidade destas vesículas em armazenar RNA conservando a atividade catalítica desta molécula (ribozima).

Resultados

* Diferentes proporções dos constituintes das vesículas foram testados frente a solução de íons Mg2+


* Para estudar a permeabilidade de vesículas frente soluções de íons magnésio, foi permitido que estas vesículas encapsulassem um

marcador fluorescente: Calcein

http://en.wikipedia.org/wiki/Image:Calcein.png, acesso em 01/08/2007

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/Calcein.png


Linha azul: Vesículas em presença de 4 mM de MgCl2.

* Estudo da permeabilidade das membranas

* Foram encapsulados na vesículas decamerons de RNA fluorescentemente marcados com a intenção de verificar se osíons

danificavam a membrana.

Após 19hs não avia RNA livre, o que indicava que a membrana não fora degradada pela presença de íons de Mg2+.


* Manutenção da vesículas por longo tempo em presença de solução de MgCl2 3 mM


Vesículas constituídas por 2:1:0,3 MA:GMM:dodecano

Algumas Objeções

1. Nos experimentos foi utilizada uma substância tamponante: Bicina

2. Apenas o íon Mg2+ foi estudado em soluções com baixíssima diferença de concentração.

3. As células dos seres vivos são constituídas por bicamada de fosfolipídios. Estas moléculas apresentam propriedades físicas, químicas e disposição tridimensional muito diferentes das vesículas estudas

O

O

C20H41

O

C20H41

O

OPO

O

O

N

O

OH

OH

O(CH2)7CH CH(CH2)3CH3

http://www.goshen.edu/.cWtools/download.php/mnF=Phospholipid-Bilayer-July-2005.JPG,mnOD=Pictures,mnOD=My%20Documents,dc=physics,dc=www,dc=goshen,dc=edu, acesso em 01/08/07

http://www.che.vt.edu/Sum/images/cell-membrane.gif, acesso em 01/08/07

Arranjo espacial dos fosfolipídios é muito mais complexo

3.2 Emergência de Competição Entre Modelos de Protocélulas

Chen, I. A.; Roberts, R. W.; Szostak, J. W. Science, 2004, 305, 1474-1476

Objetivos:

1) Investigar se princípios físicos simples poderiam mediar a relação entre genoma e membrana.

2) Investigar a relação entre a concentração interna e o crescimento de protocélulas.

http://en.wikipedia.org/wiki/Cell_growth, acesso em 01/08/07

Complexo “Maquinário Bioquímico”X

* Crescimento celular

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/en/a/ab/Cellcycle_and_growth.png

http://www.ccs.k12.in.us/chsBS/kons/kons/images/signal%20transduction%20for%20cell%20growth.jpg, acesso em 01/08/07

Resultados


Mistura sob agitação: vesículas isotônicas com marcador / vesículas isotônicas sem marcador

* Vesículas hipertônicas de oleato aumentaram sua superfície às custas de vesículas isotônicas.


Mistura sob agitação: vesículas isotônicas com marcador / vesículas hipertônicas sem marcador


Mistura sob agitação: vesículas túrgidas com marcador / vesículas túrgidas sem marcador

* Vesículas hipertônicas de oleato aumentaram sua superfície às custas de vesículas isotônicas.


Mistura sob agitação: vesículas túrgidas com marcador / vesículas isotônicas sem marcador

* O aumento na superfície de vesículas túrgidas é limitado pelo aumento da concentração interna de solutos não permeáveis nas

vesículas isotônicas.


* Vesículas reforçadas (MA:GMM = 2:1) apresentaram maior aumento em sua superfície com oligoribonucleotídeos como principal soluto.


Estes resultados podem indicar que eficiente replicação de RNA, por elevar a concentração do meio intracelular, poderia levar ao crescimento de uma protocélula, resultando no início da evolução Darwiniana a nível celular...

Algumas Objeções

1. Com o aumento da estabilidade da vesícula há uma diminuição na velocidade de aumento na superfície de área, ou seja, a concentração interna não é o único fator relevante para o crescimento destes modelos de protocélulas.

Vesículas de oleato < vesículas MA:GMM, 2:1 < fosfolipídiosMenor aumento de superfície por unidade de tempo

MENOR EFICIÊNCIA

2. Em todos os experimentos foram utilizados polímeros eletricamente carregados ou associados a contra-íons. Sem estas características (neutros e/ou não associados a contra-íons) os polímeros não são eficientes neste tipo de experimento.

3.3 Evolução Química de RNA Sob Condições Hidrotérmicas e o Papel de Copolímeros Térmicos de Aminoácidos na Formação e Degradação de RNA

Kawamura, K.; Nagahama, M.; Kuranoue K. Advances in Space Research, 2005, 35, 1626-1633

Objetivo:Investigar se Copolímeros Térmicos de Aminoácidos (TCAA) poderiam acelerar a velocidade de formação de RNA, em detrimento a velocidade de decomposição, permitindo a acumulação de RNA em condições hidrotérmicas.

Elevadas Temperaturas

Acúmulo de RNA


Resultados

* 25 mmol de cada aminoácido foram reunidos e aquecidos a 180°C por 24hs. Após purificada a mistura reacional, a composição dos dois diferentes tipos de TCAA foi determinada.


Hidrólise sem TCAA

[imidazol] = 0,05M

[TCAA-Std] = 1,11.10-3 M em imidazol 0,05M

Hidrólise semTCAA [His] = 0,05M


* Com o intuito de avaliar a influência do TCAA, as constantes de velocidade foram calculadas

Onde:

-khy,r/s-1, constante de velocidade relativa à quebra da ligação ribose-

fosfodiéster no polímero 5'-dCrCdGdG

- khy,d/s-1, constante da velocidade relativa à quebra da ligação desoxiribose-

fosfodiéster dos produtos dCrC>p e dGdG


* A atividade catalítica de TCAA foi tesada frente a oligoguanilatos

Onde:

□ reação com TCAA-std

○ reação sem TCAA-std

∆ reação com TCAA-His


* Por fim foi testada a eficiência destes copolímeros em degradar 5'-dCrCdGdG frente a ribonucleases


Conclusão:

3.3 Adsorção de L-Aminoácidos em Areia do Mar

Zaia, D. A. M.; Vieira, H. J.; Zaia, C. T. B. V. J. Braz. Chem. Soc. 2002, 13, 579-581

Zaia, D. A. M.; Zaia, C. T. B. V. Quim. Nova 2006, 29, 786-788

Objetivo:

Avaliar a importância da participação de areias oceânicas na pré-concentração de aminoácidos antes da condensação de peptídeos na Terra primitiva.

Resultados

* 50 μL de soluções 20 mmol/L dos aminoácidos L-alanina, L-ácido glutâmico, L-tirosina e L-lisina, foram separadamente adicionados a tubos Eppendorf contendo 100mg ou 200mg de areia oceânica, juntamente com 450 μL de água destilada.

Zaia, D. A. M.; Vieira, H. J.; Zaia, C. T. B. V. J. Braz. Chem. Soc. 2002, 13, 579-581 http://www.axygen.com/images/CoreIds/PCR0208.gif, acesso em 02/08/07

Condições

H2N O

OHH

L-alanina

H2N O

OHHOH

O

L-ácido glutâmico


H2N O

OHHHO

L-tirosina

H2N O

OHH

NH2

L-lisina


H2N O

OHH

H2N O

OHHHO

H2N O

OHHOH

O

H2N O

OHH

NH2

L-alanina L-tirosina

L-ácido glutâmico L-lisina

Os 20 Aminoácidos Proteinogênicos

Lehninger, Principles of Biochemistry - Fourth Edition, pag. 79

Questão interessante:


4. Quão Complexa é a Organização Bioquímica dos Seres Vivos

Exemplo 1. Epecificidade Estereoquímica

http://www.vrp.com/graphics/dec.galantamine.fig.1.jpg, acesso em 02/08/07

http://opm.phar.umich.edu/phpthumb/phpThumb.php?src=../images/proteins/1n5m.gif&w=400,

Acesso em 02/08/07

NH

O

O

O

Sem a correta orientação espacial a molécula não

apresenta a atividade esperada

HN

O

O N

O

O

Exemplo 2. Erros no “Maquinário Bioquímico” comprometem a funcionalidade do organismo.

http://www.biopsicologia.net/fichas/page_483.html, acesso em 02/08/07

http://www.imtsp.fm.usp.br/labhemat.htm, acesso em 02/08/07

Considerações Finais

* Em qualquer experimento o planejamento exerce total influência no resultado final. Isto nos leva a refletir sobre a validade de uma grande gama de experimentos que simulam as “condições aleatórias da Terra primitiva”.

* Não se questiona, do ponto de vista químico e sintéticos, os resultados obtidos apresentados. Questiona-se a interpretação dada pela “ciência” e seu emprego como modelo para a emergência espontânea (ao acaso) da vida.

* Os trabalhos experimentais que buscam demonstrar uma evolução química, são realizados a partir de um planejamento sintético e reagentes em altíssimo grau de pureza, o que é grosseiramente contraditório aos supostos “caldos primordiais” e aos aleatórios mecanismos evolutivos;

* Sem um eficiente mecanismo de síntese assimétrica, as moléculas formadas não resultariam em moléculas bioativas, uma vez que a formação de racematos torna a mistura reacional inativa tanto ótica quanto biologicamente. Moléculas formadas com outro enantiômero são afuncionais ou inviabilizam o organismo em desenvolvimento.

Referências Bibliográficas1. Miller S. L. Production of amino acids under possible primitive earth conditions, Science 1953,

117, 528-531

2. DOSE, Klaus, “The Origin of Life: More Questions Than Answers”, Interdisciplinary Science Reviews 13 (1988): 348-356

3. HORGAN, John, "In the Beginning...", Scientific American (Fevereiro de 1991): 116-126

4. KASTING, James F., “Earth’s Early Atmosphere”, Science 259 (1993):920-926

5. MILLS, Gordon C., LANCASTER, Malcolm & BRADLEY, Walter L., “Origin of Life &Evolution in Biology Textbooks − A Critique”, The American Biology Teacher 55 (Fevereiro, 1993):78-83

6. Chen, I. A.; Salehi-Ashtiani, K.; Szostak, J. W. J. Am. Chem. Soc., 2005, 127, 13213-13219

7. Chen, I. A.; Roberts, R. W.; Szostak, J. W. Science, 2004, 305, 1474-1476

8. Kawamura, K.; Nagahama, M.; Kuranoue K. Advances in Space Research, 2005, 35, 1626-1633

9. Zaia, D. A. M.; Vieira, H. J.; Zaia, C. T. B. V. J. Braz. Chem. Soc. 2002, 13, 579-581

10. Zaia, D. A. M.; Zaia, C. T. B. V. Quim. Nova 2006, 29, 786-788

Muito Obrigado!

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