Introduo Biologia Geral; Histria de Biologia Celular e MolecularCleoni dos Santos Carvalho

Origem e evoluo das clulasAntes da EVOLUO BIOLGIA EVOLUO QUMICA que teve como cenrio a Terra primitiva = um ambiente de h 4 bilhes de anos, com caractersticas bem diferentes da atual Terra.

METANO - AMNIA HIDROGNIO, SULFETO DE HIDROGENIO e VAPOR D'GUA

CALDO PRIMORDIAL

METANO - AMNIA HIDROGNIO SULFETO DE HIDROGNIO e VAPOR D'GUA

CALOR

UV

TEMPESTADES

DESCARGAS ELETRICAS

AMINOCIDOS, NUCLEOTDEOS, AUCARES e BASES NITROGENADAS

Macromolculas

Stanley Miller realizou em 1953 experimentos que corroboraram essa possibilidade

Produzindo descargas eltricas em um recipiente fechado, contendo vapor de gua, Hidrognio, Metano e amnia, descobriu que se formavam aa, tais como alanina, glicina, e cidos asprticos e glutmicos. Estudos posteriores, simulando as condies pre-biticas, permitiram a produo de 17 aa (dos 20 presentes nas protenas). Tambm foram produzidos acares, cidos graxos e as bases nitrogenadas.

Catalisadores minerais, calor, altas concentraes de fosfatos foram provavelmente os promotores dessa polimerizao inicial. A rapidez no surgimento de novos polmeros = CAPACIDADE CATALITICA de certas macromolculas. Porm para que molculas viessem a formar sistemas vivos elas precisariam ter o poder de:

- DURAREM MUITO TEMPO - ESTABILIDADE; - CATALISAREM A SINTESE DE OUTRAS MOLCULAS e; - GERAREM CPIAS DE SI MESMAS.

Quais as molculas presentes nas clulas atualmente se enquadrariam nesse perfil?

POLIPEPTDEOS (protenas) E POLINUCLEOTDEOS (DNA e RNA).

CIDOS NUCLICOS: poder cataltico para produzir outros polmeros e tambm para gerarem suas prprias rplicas. Este ltimo poder as protenas no possuem e por isso foram descartadas como substncias formadoras dos GENES.

Sabemos hoje que DNA e, excepcionalmente o RNA, so os constituintes gnicos

As clulas evoluram graas ao trabalhos combinado de molculas vitoriosas no processo da SELEO NATURAL da Terra primitiva: CIDOS NUCLICOS (conferindo estabilidade, alta capacidade de guardar informao e replicao) e PROTENAS (ao cataltica). Praticamente a sntese de qualquer composto pelas clulas passa pelo comando do DNA e pela atuao catalisadora das PROTENAS.

INFORMAO, ESTRUTURA E FUNO(FLUXO DA INFORMAO BIOLGICA)

DNA

ESTOQUE DA INFORMAO

RNA

TRANSFERNCIA DA INFORMAO ESTRUTURA (MANIFESTAO DA INFORMAO) FUNO BIOLGICA

PROTENA

PROTENA ATIVA

Formao de molculas de fosfolipdeos

As primeiras clulasEstabilidade; Caractersticas fsico-qumicas = perpetuarem-se - mutaes e presses seletivas do meio desenharam o padro celular atual.

A PRIMEIRA CLULA:

# AQUTICA; # PROCARITICA; # ANAERBICA; # HETERTROFA; # ASSEXUADA.A evoluo dos mecanismos de obteno de energia pelos seres vivos ocorreu na seqncia:

FERMENTAO > QUIMIOSSNTESE > FOTOSSNTESE > RESPIRAO AERBICA.

A manuteno de vida na Terra dependeu do surgimento de clulas autotrficas

Capazes de sintetizar molculas complexas a partir de substncias muito simples e da energia solar

Algas azuis ou cianofceas

FOTOSSINTESE

Acmulo de oxignio na atmosfera

Surgimento de clulas aerbicas e de uma cobertura protetora de oznio na atmosfera.

Clulas procariontes autotrficas

Aparecimento de clulas eucariontes

Com o oxignio molecular na atmosfera, o que aconteceu aos organismos anaerbicos restantes com os quais a vida tinha comeado? Estes organismos encontravam-se em grande desvantagem. Extintos. Desenvolveriam a capacidade para a respirao ou encontrariam nichos onde o oxignio estivesse largamente ausente, de forma a dar continuidade ao seu modo de vida anaerbico. Tornariam predadores ou parasitas das clulas anaerbicas. Formar uma ntima associao com um tipo aerbico de clula, passando a viver em simbiose.Esta a explicao mais plausvel para a organizao metablica das clulas eucariticas atuais.

Representao esquemtica da evoluo desde a clula procaritica clula eucaritica.A: clula procaritica; B e C: estgios progressivos de hipertrofia da membrana plasmtica e de configurao do ncleo; D: retculo e ncleo constitudos.

Esquematizao da teoria endossimbitica

DO PROCARIONTE RUMO AO EUCARIONTE:

MEMBRANA PLASMTICA, PROTETORA e REGULADORA (entrada e sada de substncias da clula)(torna o meio intracelular diferente do ponto de vista fsicoqumico do meio externo).

SISTEMA DE ENDOMEMBRANAS

(formao de dobras, cisternas, vesculas, compartimentos e retculos originados da membrana primordial).

Esse sistema possibilitou:# MAIOR CRESCIMENTO CELULAR;

# MAIOR ESPECIALIZAO (DIVISO DE TAREFAS E EFICINCIA METABLICA);# MAIOR PROTEO DO MATERIAL HEREDITRIO; # MAIOR DIVERSIDADE DE ROTAS METABLICAS; # FACILIDADE NO CONTATO E NA AGLOMERAO INTERMOLECULAR

DO UNICELULAR AO MULTICELULAR:

Mais da metade da biomassa da Terra formada por bactrias e protozorios

SERES UNICELULARESQual a vantagem evolutiva dos seres multicelulares?

# PROTEO DOS RGOS INTERNOS (REPRODUTORES); # EXPLORAO DE NOVOS AMBIENTES MAIS AGRESSIVOS:

# EXPRESSO DIFERENCIADA DOS GENES COM CONSEQUENTE ECONOMIA ENERGTICA:# SURGIMENTO DE NOVOS PADRES DE COMUNICAO ENTRE AS CLULAS = DESENVOLVIMENTO EMBRIONRIO; # CRIAO DE MEMRIA CELULAR; # DIVERSIDADE DE FUNES CELULARES E EFICCIA METABLICA.

Desenvolvimento dos Organismos MulticelularesAnimal ou planta inicia sua vida a partir de uma nica clula, um ovo fertilizado..... Durante o desenvolvimento, esta clula se divide repetidamente para produzir vrias clulas diferentes em um modelo final de grande complexidade e preciso.

O genoma determina o modelo, e o quebra-cabea de desenvolvimento biolgico compreendido..... O genoma normalmente idntico para cada clula, as clulas diferem no porque elas contm informaes genticas diferentes, mas porque os genes se expressam diferentes.

Esta expresso seletiva dos genes controla 4 processos essenciais durante o desenvolvimento do embrio: (1) proliferao celular produzindo muitas clulas; (2) especializao celular criando clulas com caractersticas diferentes em diferentes locais/posies; (3) interao celular coordenando o comportamento da clula com clulas vizinhas; (4) movimento celular rearranjando as clulas para formar tecidos estruturados e rgos.

Relao evolutiva dos organismos(procarionte)

Bactrias

Clulas primordiaisArquea Eucaria

(procarionte)

(eucarionte)

Os organismos na forma que hoje conhecemos, passaram por diversas modificaes orientadas por presses ambientais, competio e eventos catastrficos permanecendo somente aqueles que no momento seletivo dispunham de algum tipo de vantagem que se permitiu a sua permanncia, em detrimento de outros. Isto no quer dizer que os organismos sobreviventes sejam melhores ou possuam as melhores arquiteturas. A vida na terra experimentou muitas formas e as que hoje nos familiar muitas vezes so apenas os que sobraram em face de um determinado evento, ou aqueles que de alguma forma foram poupados por estes eventos, que certamente no foram homogneos em todo o planeta.

Os modelos de organismos foram se tornando cada vez mais complexos a partir do advento da organizao multicelular, grupos de clulas foram se tornando mais e mais especializados em determinadas funes se tornando mais competitivo e bem sucedido na busca de nutrientes e no sucesso reprodutivo. Com o aumento da complexidade outras funes foram necessrias como, por ex., a maneira de coordenar toda essa massa celular. Um sistema de comunicao eficiente daria enorme vantagem quele organismo que apresentasse tal modelo. Desta forma, a vida foi tornando-se cada vez mais complexa para alguns grupos enquanto outros permaneceram com suas formas e funes mais ancestrais. Assim, os organismos puderam alcanar um nvel de organizao que os permitiu finalmente sair dos mares e povoar todo o planeta.

Questoes1. Os lipdios so os componentes mais abundantes das membranas celulares. Comente como essas molculas podem interferir com a fluidez das membranas. 2. Hoje, admite-se que a primeira forma de vida tenha surgido em lagos da Terra primitiva, que apresentava uma atmosfera diferente da atual. A partir desse acontecimento outros se sucederam, estabelecendo-se uma diversidade de formas e processos. A primeira forma de vida (I), a composio da atmosfera primitiva (II) e a provvel sequencia de processos para obteno de alimento e energia (III) conquistados pelos seres vivos foram, respectivamente: a) I = auttrofa; II = sem oxignio; III = fotossntese, fermentao, heterotrfico, respirao aerbica b) I = auttrofa; II = com oxignio; III = fotossntese, fermentao, heterotrfico, respirao aerbica c) I = hetertrofa; II = sem oxignio; III = heterotrfico, fermentao, fotossntese, respirao aerbica d) I = hetertrofa; II = sem oxignio; III = heterotrfico, respirao aerbica, fotossntese, fermentao e) I = hetertrofa; II = com oxignio; III = heterotrfico, respirao aerbica, fotossntese, fermentao 3. Explique porque a gua forma gotas quase esfricas na superfcie de uma carro recmencerado. Por que a gua nao forma gotas em um pra-brisas limpo? 4. Por que a mitocndria tem uma membrana interna e uma membrana externa? Qual das 2 membranas deve ser- em termos evolucionrios- derivada da membrana celular da clula ancestral eucaritica?

5. Os seres vivos, exceto os vrus, apresentam estrutura celular. Entretanto, no h nada que corresponda a uma clula tpica, pois, tanto os organismos unicelulares como as clulas dos vrios tecidos dos pluricelulares so muito diferentes entre si. Apesar dessa enorme variedade, todas as clulas vivas apresentam o seguinte componente: a) retculo endoplasmtico b) mitocndria c) membrana plasmtica d) cloroplasto e) aparelho de Golgi. 6. Dos constituintes celulares abaixo relacionados, qual est presente somente nos eucariontes e representa um dos critrios utilizados para distingui-los dos procariontes? a) DNA b) Envoltrio nuclear c) Membrana celular d) RNA e) Ribossomo. 7. Uma clula procarionte, como uma bactria, apresenta diferenas estruturais importantes quando comparada com uma clula animal (clula eucarionte). Quais caractersticas estruturais esto presentes em clulas procariontes: a) Parede Celular, Lisossomos e DNA. b) Mitocndrias, Membrana Nuclear e RNA. c) Parede Celular, Ribossomos e DNA. d) Membrana Celular, Ribossomos e Nuclolo. e) Mitocndrias, Ribossomos e Parede Celular.

Referncias De Robertis, E.D.P. & De Robertis, E.M.F. Bases da biologia celular e molecular. 4 ed., Guanabara Koogan. 2006. Junqueira, L.C.U. & Carneiro, J. Biologia celular e molecular. 8 ed., Guanabara Koogan. 2005. Albert B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, Watson JD 1994. Molecular Biology of the cell, third edition. Garland Publishing Inc, New York, NY, USA.

BRUCE, A et al.; Biologia Molecular da Clula - 5. Ed., Ed. Artmed, 2010.