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Origem da Vida:
das molculas ao LUCA
Big-Bang
Aleksandr Friedmann e George EdouardLemaitre, publicaram solues alternativaspara as equaes de Einstein, abandonandoa noo do universo esttico.
No incio era a singularidade.
Aps a grande exploso o universocomearia a se expandir, formando, medida que a expanso ocorria, oselementos.
Aps o Big Bang a matria coalesce e combina para formar . . .
Galxias
Estrelas
Planetas
Origem do sistema solar
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Origem da Terra
Aps um perodo de intensa atividade vulcnica, a Terra se esfria, e o vapor dgua na atmosfera se
condensa, formando a hidrosfera.
gua lquida se forma na Terra6 a 5 b.a.a. (bilhes de anos atrs)
Evoluo qumica
Evoluo Qumica pr-bitica 4,6 a 3,8 b.a.a.
Sntese abitica de monmeros
Experimento de Miller em 1953
Polimerizao de monmeros orgnicos
Coacervados
Microesferas Proteinides
Liposomes
O mundo do RNA
Atmosfera primitiva
Muitos pesquisadores no inicio do sculopassado, assumiam que a atmosfera era amesma desde sua origem: O2, N2 e CO2.
Stanley Miller, props uma atmosferaconstituda de amnia, metano,hidrognio e vapor de gua.
No seu experimento conseguiu produziraminocidos e bases nitrogenadas. Emseu modelo no existia O2 na atmosfera.
Em seus experimentos Miller tambmconseguiu sintetizar cianeto dehidrognio (HCN) e formaldeido (CH2O).
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Atmosfera primitiva Kuhn em 1956, calculou baseando-se na
atmosfera proposta por Miller, que para estaevoluir at a atmosfera atual, o processo levaria 2bilhes de anos.
Abelson, props que a atmosfera era constitudade gua, gs carbnico e hidrognio molecular.Esta mistura capaz de sintetizar HCN, que precursor de aminocidos e bases nitrogenadas.
Pesquisadores isolaram adenina de uma soluode cianeto de hidrognio previamente aquecida
Ponnamperuma, relatou resultados semelhantesquando esta mistura era exposta a luz ultravioleta
Atmosfera primitiva Harada e Fox em 1964, obtiveram 12
aminocidos a partir de uma mistura demetano, amnia e gua, expostos a altastemperaturas em um tubo contendo slicagel
Muitos especialistas criticaram osexperimentos de Miller, afirmando queem uma atmosfera altamente redutora ocarbono no estaria em combinao como hidrognio e sim com o oxignio, e onitrognio estaria em sua formamolecular e no como amnia
O problema do Fsforo?
Origem da vida
A origem da vida parece... Quase ummilagre, tantas so as condies que teriamde ter sido satisfeitas para faz-laacontecer. (Francis Crick)
Evidencias geolgicas mostram a existnciade vida no planeta h aproximadamente 3,5 3,8 bilhes de anos.
O que vida?
Vida pode ser definida operacionalmente, comoum sistema de hierarquia estrutural que adquiriudurante um processo evolutivo a habilidade deestocar e processar a informao necessriapara uma perfeita reproduo (Gatlin, 1972).
Teoria abiognica
Anaximandro e Xenofano - A vida surgia da matriaamorfa por influncia do calor.
Aristteles - A vida era formada por um principiopassivo, a matria, e um principio ativo, a forma.
Paracelsus - Uma fora vital Spiritus vitae.
Descartes - Um processo natural que ocorria sobcircunstncias pouco conhecidas.
Teoria abiognica
Buffon - Props queapenas microrganismoseram criados da matriaamorfa.
Louis Pasteur -Derruboudefinitivamente a teoriaabiognica
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Panspermia
Postulada por Arrhenius, diz que a vida na Terra
poderia ter vindo de outro planeta.
Esporos de Bacillus subtilis exibem alto grau de
resistncia a inativao em vrias condies fsicas.
Tardigrados exibem criptobiose: o contedo de
gua de seus corpos pode ser reduzido de 85%
para apenas 3%
H 3,8 bilhes de anos a atmosfera de Marte
poderia ser semelhante da Terra hoje e meteoros
de l podem ter trazido vida para c!
No explica a origem da vida!!!
Criptobiose eles podem resistir a temperaturas de -270oC a 150oC, a fontes de radiao extrema de raio-X e sobreviver assim por muitos anos
Tardgrados Filo Tardigrada
Meteorito de Marte encontrado no Polo Sul
com supostos microrganismos - artefatoA primeira molcula biolgica?
O mundo da informao
Haldane Na decada de 1920, foi o
primeiro a propor um mundo informacional.
Crick, Woese, Cech Os principais
defensores.
Por que RNA e no DNA?
Bases tericas: Tripla funo do RNA, ATP
como molcula energtica, no produo de
timina em condies abiticas.
O mundo da informao
Em 1981 Altman e Cech, descobriram um RNAque apresentava atividade cataltica.
RNAs tem capacidade de evoluoDarwiniana.
Recentemente vrios estudos em laboratrios,tem sintetizado RNAs com atividadescatalticas.
Como montar protenas funcionais, a partir deseqncias aleatrias de nucleotdeos?
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RNA autocatalticoO mundo do metabolismo
Oparin dcada de 1920 Teoria doscoacervados
Freemam Dyson e Christian De Duve - Principaisdefensores
Aminocidos encontram-se possivelmente entreas primeiras e mais abundantes biomolculas.
Sidney Fox - Sintetizou pequenos peptdeos apartir de aminocidos livres, os quais, tinhamcapacidades catalticas e eram formados atravsde um processo direcionado.
O mundo do metabolismo
Saghateliam - Reproduziu alguns peptdeosa partir de outros pr-existentes.
Esta reproduo no seguia uma evoluotpica Darwiniana
Como transmitir a informao das protenaspara uma seqncia de nucleotdeos?
Questes sobre a origem da vida
Como poderiam ser formadas as primeiras
molculas? E qual ou quais seriam elas?
Poderia a vida ter surgido com outras
molculas, que teriam sido substitudas
pelas conhecidas atualmente?
Como foi estabelecido o cdigo gentico?
Como surgiram os primeiros genes?
Questes sobre a origem da vida
O fenmeno vida, seria uma particularidade
do nosso planeta? Ou seria um imperativo
csmico?
Seria a vida uma das etapas de evoluo do
universo?
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Mundo da informao
+
Mundo do metabolismo
LUCA
Molculas de RNA autnomas, autorreplicantes:mutao, competio por substrato, deriva
rvore da vida Caractersticas do LUCA
LUCA (last universal common ancestor) ltimo ancestral comum universal
Cdigo Gentico definido e universal
Utilizao dos 20 aminocidos padres
Utilizao de L-aminocidos
Utilizao de D-carboidratos
Informao armazenada no DNA
Envoltrio lipdico compartimentalizando o metabolismo *
Caractersticas do LUCA Caractersticas do LUCA
D-carboidratos
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A diversificao da vida
Primeiras formas de vida I
A vida existe na terra h pelo menos 3,5 bilhes de anos (b.a.) Este registro de organismos foto- ou quimiossintetizantes
(Groenlndia) redutores de Carbono e produtores de Carbonato.
Primeiros organismos seriam procariotos heterotrficos e anaerbios que devem ser anteriores a esta data (4 b.a.a.).
Os primeiros 2,5 b.a. (3,5 a 1,3 b.a.a.) so caracterizados por clulas procariticas de menor complexidade.
O O2 aumentou na atmosfera a partir de ~ 2 b.a.a.
Nos prximos 700 m.a. (1300 a ~600 m.a.a.) aparecem as clulas eucariticas como conhecemos hoje.
As primeiras cianobactrias, que fazem fotossntese baseada em H2O, aparecem h 1 b.a.
Microfsseisde 3, 5 bilhes de anos atrs
Apex Chert,
Oeste daAustrlia
Cianobactrias esto entre as formas de vida que existiam h bilhes
de anos
Os registros mais antigos datam de em torno de 3,5
bilhes de anos atrs (b.a.a.)
A partir de 2 b.a.a. O O2aumentou na atmosfera
pela atividade fotossintezante destas
algas azuis.
CianobactriasDomnios da Vida
Woese e Fox em 1977 revolucionaram opensamento cientifico ao proporem umabipartio dos Procariotos em Archaebacteria eEubacteria
Em 1990, estes grupos de Procariotos foramelevados categoria de Domnios da vida
Hoje os seres vivos enquadram-se em um dostrs grandes domnios: Archaea, Bacteria eEukarya
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Caractersticas dos Archaea
Foram inicialmente isolados em ambientesextremos (altas temperaturas, altasalinidade, etc)
Lipdios do tipo isoprenides ramificados eno cidos graxos, estando estes unidos porligaes tipo ter e no tipo ster.
Modificaes tpicas nos tRNAs
Possuem uma faixa especfica desensibilidade a antibiticos
Archaea X Bacteria
Genes organizados em operns, muitos dos quaisarranjados de modo similar nos dois domnios
Os RNAms no apresentam "cap" no terminal 5
Possuem a seqncia Shine-Dalgarno no RNAm
Possuem genes de metabolismo universal emcomum
Archaea X Eukarya
A presena de protenas tipo histonas e aorganizao do cromossomo emnucleossomos
RNA polimerase similar
A presena de stios TATA box na regiopromotora
Fatores de transcrio semelhantes
Archaea possuem ntrons em alguns genes (*)
Origem dos Domnios
1. Os domnios surgiram ao mesmo tempo a partirdo LUCA
2. Archaea e Bacteria surgiram diretamente apartir do LUCA e Archaea grupo irmo dosEukarya
3. Archaea e Bacteria surgiram diretamente apartir do LUCA e Eukarya o resultado da fusode linhagens de Archaea e Bacteria
4. Eukarya surgiu diretamente a partir do LUCA eArchaea e Bacteria seriam produtos de reduognica
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Transferncias horizontais no incio da vida
Endossimbiose
4.000 spp
270.000 spp 72.000 spp 1,4 milho spp
80.000 spp
DIVERSIDADE Domnios e Reinos
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