7/23/2019 Artigo - Origem Das Biomolculas

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AorigemdasbiomolculasRicardoVieira

ProfessordeBioqumicaUniversidadeFederaldoParEmail:jrvieira@ufpa.br

pesar de frgil as evidncias emvirtude do insignificante nmerodeplanetasestudados(somentea

Terra!),avida terrestre seapianaexistnciadegua disponvel em estado lquido, alm detemperatura compatvel como estgiodevida ede elementos qumicos essenciais comohidrognio, carbono, nitrognio oxignio, sdio,magnsio, fsforo, enxofre, potssio, clcio,mangans,ferroezinco(Tabela1).

O clssico experimentodeMiller (Figura1), em 1953, demonstrou a possibilidade daformao de aminocidos, carboidratos enucleotdeos a partir de uma mistura de gshidrognio (H2), gs nitrognio (N2), dixido decarbono (CO2), gua (H2O), amnia (NH3) emetano (CH4) submetido a descargas eltricas eradiaoultravioleta em temperatura compatvel provvel atmosfera primitiva terrestre. Estasuposta composio qumica mnima perfeitamente plausvel uma vez que tais

componentesencontramsedisponvelem todoouniverso e, certamente,deveriam estarpresentesem umaTerra recmnascida (h torno de 4,6bilhes de idade), conforme sugerido porJohnHaldane e Aleksander Oparin em 1929 e porHaroldC.Ureyem1953.

claro que qualquer outro compostoqumicopresentepoderia favorecer combinaesdiferentes gerando produtos ainda maiscomplexos. O tempode cerca de umbilho deanos disponvel desde a origem da Terra at o

surgimento da vida, h 3,4 bilhes de anos,permitiram que, aleatoriamente, tais compostoscomplexosfossemformados.

Destaforma,vivelateoriaqueseumamolcula orgnica formada espontaneamentetivesse a propriedade de catalisar a sntese deoutrasmolculasidnticas,emalgummomentooagrupamento de taismolculas poderia levar reproduo de um conjunto de molculas comcaractersticas qumicas semelhantes, onde oequilbrioqumicoformadoentreseuprocessode

sntese e degradao favoreceria amultiplicaodetaisconjuntosdemolculas.

Tabela1 Abundncia relativa de elementosimportantesparaavida emnmerodetomosporcada1.000tomosdecarbono.

Elemento Abundnciaem

organismos

Abundnciano

universo

Hidrognio 80250 10.000.000Carbono 1.000 1.000Nitrognio 60300 1.600Oxignio 500800 5.000

Sdio 1020 12Magnsio 2 8 200Fsforo 850 3Enxofre 420 80Potssio 640 0,6Clcio 2450 10Mangans 0,250,8 1,6Ferro 0,250,8 100Zinco 0,10,4 0,12

(Fonte:CAMPBEL,1995p.13)

O experimento deMiller no se resumeem demonstrar a formao de compostosorgnicos apenas demaneira aleatria, pois, seassim fosse, a probabilidade de as reaesqumicas se repetissem de maneira ordenada(como ocorre nos seres vivos) seria quase zerotendo em vista as inmeras combinaespossveis entre os tomos e molculas. Mas,diferente de uma reao apenas aleatria, asmolculas primordiais tm que adquirirpropriedadesdeautocatliseparapoderjustificaro prosseguimento das reaes qumicas em umsentido:odavida.

Parece difcil acreditar que algo tosimplesadvindodeum eventoaleatriopoderiageraradiversidadedevidadenossoplaneta.Defato, os nucleotdeos podem se polimerizar demaneira espontnea em reaes qumicas emcondies semelhantes atmosfera primitiva,porm os aminocidos no tm essa capacidadenemoscarboidratos.

A

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Hoje,sabesequeasprotenascomfunoenzimtica so os catalisadores biolgicos porexcelncia e a impossibilidade de seremsintetizadas em condies primitivas umempecilho para a elaborao de uma teoria queabrangesseaorigemdeum sistemabiolgiconaausncia de tais enzimas. Somente com adescoberta, em 1982, de que a enzima peptidiltransferase (que catalisa a ligao peptdica que

ocorre

nos

ribossomos

durante

a

sntese

protica)

umamolculadeRNA,pdeseformularteoriasmais consistentes.Vrios estudos demonstram apresena dessas molculas de RNA em outrossistemasbiolgicos (p.ex.: em retrovrus), comoreguladores doprocessode splicing damolculade RNAm ou at mesmo sintetizadas emlaboratrio com propriedades catalticas, sendodenominadasderibozimas(Tabela2).

Tabela2Reaescatalisadasporribozimas

Reao

Ribozima

Formaodeligaespeptdicas

RNAribossomal

ClivagemdeRNA,ligaodeRNAClivagemdeDNASplicingdeRNA

Auto splicing deRNA

LigaodeDNAPolimerizao,fosforilao,aminoacilaoealquilaodeRNA

Isomerizao(ligaoCC)

RNA sintetizadoinvitro

(AdaptadodeALBERTSetal.,1999,p.241)

Com os trabalhos de Sidney Altman,ThomasCech,FrancisCrik eLeslieOrgel (todosganhadoresdePrmioNobel),tornouseplausvela teoria de que uma molcula formadaespontaneamente em condies primitivaspudesse autocatalisar a sntese de outrasmolculas,agoranomaisrandomicamente,masorganizadamente e demaneira idntica (CECH,1986;LEWIN,1986).

Este

mundo

pr

bitico

onde

uma

espcie

desopaorgnicafervilhavaaocaloredescargaseltricas enovasmacromolculas complexasquese multiplicavam, agora poderia abrigar umsistema qumico estvel, assim que as condiesde reao qumica daTerra permitissem (Figura2).

Provavelmente,vriosmilhesdeanossepassaram at a organizao de um sistemamicelar onde partculas lipdicas pudessemproporcionarummicroambienteaquosodiferente

do

meio

externo

e

as

reaes

qumicas

pudessem

ocorrerdemaneiraorganizada.Defato,apropriedadeapolardoslipdios

um trunfo especial neste perodo prbitico,onde as molculas podem experimentar umasortede combinaesque seadaptamounoscondiesambientais.

Assim, as molculas de RNA queconseguem catalisar sua prpria sntese podemserselecionadasnessasmicroesferaslipdicasesemultiplicarembloco,umaprotoclula.

Figura1 OaparatodeMiller:vapordguamisturadoacomponenteselementares no universo sob a ao de descargas eltricaspermite a sntese de molculas orgnicas. Acima, o Dr.StanleyMiller

Fonte:

http://www.accessexcellence.com/WN/NM/miller.html

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Esses microambientes ricos em

macromolculas

favoreceram

a

ao

cataltica

dessasribozimassobreaminocidos(geradosporsntese randmica), gerando polipetdeosespecficosque,emvirtudedesuaspropriedadesqumicas naturais, passam a exercer uma aocataltica mais complexa e, em um frenticoprocessodesnteseorgnica,chegamaformarumagrupamento debiomolculas que reagem entresireguladasporumequilbrioqumicoespecficoque,quandonoadaptadoscondiesqumicasdo ambiente, levam ao decaimento das

concentraes

dos

substratos

e

aquele

ambiente

reacionaldeixavadeexistir.

Este processo primitivo de morte

selecionou

os

grupos

de

molculas

mais

adaptadosquimicamentescondiesambientaise a seleo natural passa a exercer sua aoevolutiva permitindo a sobrevivncia dos maisadaptados.

A seleo natural no a essncia daevoluo,masoprincipalmecanismopeloqualasespcies hoje adquirem sua adaptabilidade ediversidade gentica. Mesmo as biomolculasprimordiaisestavamsujeitassleisdaevoluoe,mesmo sem haver um objetivo especfico a ser

atingido,

as

biomolculas

foram

diversificando

se

em protoclulas e criando massa crtica para o

Sidney Altman Thomas Cech Francis Crick Leslie Orgel

Figura2 Amolcula de RNA com poder cataltico deve ter sido a primeirabiomolcula a ter sidosintetizada de maneira no randmica, o que garantiu a perpetuao dasmolculas maisestveisdurantemilhesdeanosdeexperimentaoaleatria.Acima,osautoresdesta teoriaquesupeummundodeRNAprbitico.(Fotos:www.nobel.se)

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surgimento da primeira clula primitivainaugurandoavidaemnossoplaneta.

Ummomento crtico para o surgimentodaprimeira clula era a existnciade estruturasqumicas que possibilitassem reaes emambientesaquososdiferentesaodomeioexterno.

Em

1972,

o

cientista

americano

Sidney

Fox

demonstrou a formao demicroesferas aps oaquecimento contnuo dos compostos orgnicosdoexperimentodeMiller(Figura3).

Figura3Asmicroesferas de Sidney Fox e seudescobridor, indicado para o PrmioNobelporseutrabalho.(Fonte:http://www.siu.edu/~protocell

Tais teorias so fortemente apoiadas porexperimentoscientficosrigidamentecontrolados,

realizados

por

renomados

cientistas

e

publicadas

em revistas cientficas especializadas com rgidocorpo editorial. Todavia no so isentas decrticas,pois apenaspintamum cenrioqumicoprovvelpara o surgimento da vida em temposimemoriais.

Acomprovaopoderserfeitacasosejaencontradooutros sistemasbiolgicosprimitivosem outros planetas com condies afins spropostaspelacinciaatual.Aindaassim,restara dvida: no poderia a vida ter sido originada

aqui

na

Terra

e

enviada

para

esses

ambientes

extraterrestres atravs de meteoritos, porexemplo. Ou ento o contrrio: a vida teriasurgidoemoutrolugar,quenoaTerraeparacmigradoemcometasoumeteoros?

REFERNCIAS BIBLIOGRFICASALBERTS B, BRAY D, ALEXANDER J, LEWIS J, RAFF M,

ROBERTS K & WALTER P. Fundamentos da BiologiaCelular: uma introduo biologia molecular daclula. Artmed, Porto Alegre, 1999.

CAMPBELL MK. Biochemistry. 2nd ed., Saunders CollegePublishing. Philadelphia, 1995.

CECH TR. RNA as an enzyme. Sci. Amer. 255 (5), 64-75,1986.

LEWIN R. RNA Catalysis Gives Fresh perspective on theorigin of li fe. Science231, 545-546, 1986.

LITERATURA RECOMENDADAARTHUR W. The emerging conceptual framework of

evolutionary developmental biology. Nature, 415(14):757-764, 2002

CAIRNS-SMITH AG. The first organisms,Sci. Amer. 252(6),90-100, 1985.

FUTUYMA DJ. Biologia Evolutiva. Sociedade Brasileira deGentica/CNPq. So Paulo, 1993.

GODFREY J. The Wonderland of primordial life: Bookreview. Nature, 405, 619 - 620 (08 Jun 2000)

LENTON TM.Gaia and natural s election. Nature, 394, 439

447, 1998.VIDEIRA AAP & EL-HANI CN. (Eds.) O que vida? Para

entender a biologia do sculo XXI. Faperj/EditoraRelume Dumar. Rio de Janeiro, 2000.

REFERNCIAS DA INTERNET

A Brief History of Biochemist ry : http://www.wwc.edu

Biologia Evolutivahttp://www.nceas.ucbs.edu/lroy/lefa/lophodon.html

Entrevista com Dr. Stanley Miller:http://www.accessexcellence.com/WN/NM/miller.html

Microesferas de Sidney Fox:http://www.siu.edu/~protocell/

O que vida? http://www.nbi.dk/~emmeche

The Nobel Prize Ofici al Site: http://www.nobel.se

)