Energia em Sistemas Vivos II

Prof. Dr. Leandro Nascimento Lemos

Revisão

Glicólise (Capítulo 14): https://youtu.be/4dPOVPMMdeE?si=WevXgff__sbZcWP4

​

Ciclo do ácido cítrico (Capítulo 16): https://youtu.be/u7LtkBGjDuc?si=rsGZ0C5QzgYZJPEu

​

Fosforilação oxidativa (Capítulo 19): Parte I: https://youtu.be/y9sjiqRpVtQ?si=1pYJsdEouYWNoozF ; Parte II: https://youtu.be/ROxnnVXtYAw?si=yxJ6stxupxg0xDH4

​

Fotossíntese e síntese de carboidratos em plantas (Capítulo 20): https://youtu.be/sg_j65L7YtU?si=t15kEbIo1wPutf36

​

Energia na Origem da Vida

O que você entende por LUCA?

Energia na Origem da Vida

Conceito de LUCA

Como interpretar uma árvore filogenética?

Conceito: LUCA

Conceito: LUCA

A Origem das Espécies

“There is grandeur in this view of life, with its several powers, having been originally breathed into a few forms or into one…” Charles Darwin

Conceito: LUCA

The last universal common ancestor (LUCA) is the node on the tree of life from which the fundamental prokaryotic domains (Archaea and Bacteria) diverge. As such, our understanding of LUCA impacts our understanding of the early evolution of life on Earth.

LUCA

​

​

Tema 3. Genômica e Bioquímica:

Genes ancestrais e proteínas que indicam metabolismo anaeróbico

​

LUCA

Como inferir o metabolismo do LUCA com o instrumental e conhecimento científico do século XXI?

Energia na Origem da Vida

"Se LUCA fosse um organismo vivo hoje, onde ele sobreviveria e como obteria energia?"

LUCA

1. The protein should be present in at least two higher taxa of bacteria and archaea, respectively;
2. Its tree should recover bacterial and archaeal monophyly.

LUCA

É possível inferir as funções a partir das sequências de genes?

LUCA

1. By focusing on phylogeny rather than universal gene presence, we can identify genes involved in LUCA’s physiology—the ways that cells access carbon, energy and nutrients from the environment for growth;

Energia na Origem da Vida

Tema 1 : Ambiente Físico e Químico

• Características das fontes hidrotermais alcalinas

Tema 2 : Metabolismo e Energia

• Fixação de CO₂ via Ciclo de Wood-Ljungdahl

Tema 3 : Genômica e Bioquímica

• Genes ancestrais e proteínas que indicam metabolismo anaeróbico

Tema 4 : Comparação com Vida Moderna

• Semelhanças entre LUCA e arqueias/bactérias extremófilas: como esses organismos atuais ainda utilizam bioenergética semelhante?

LUCA reconstructed from genome data

Atividade em grupo:

​

Faça uma leitura geral na representação do metabolismo da LUCA e indique os mecanismos biológicos que você consegue reconhecer na figura (tente fazer sem consulta).

LUCA reconstructed from genome data

Atividade em grupo:

​

1. Agora com consulta, responda as perguntas direcionadas para cada grupo nos próximos slides. Prepare 2 slides para ajudar a responder as questões.
2. Apresentação coletiva (um integrante de cada grupo apresenta um slide)

https://docs.google.com/presentation/d/1WzyeV2dc_KNjtGDe6yfr4pPPylqIMcHz/edit?usp=sharing&ouid=101656319424952401994&rtpof=true&sd=true

​

Energia na Origem da Vida

1. A figura representa um modelo de origem do metabolismo baseado em sistemas hidrotermais alcalinos e propõe conexões entre processos geoquímicos e bioquímicos que podem ter levado à emergência do metabolismo da LUCA. Faça uma leitura geral da figura começando pelos componentes geoquímicos do ambiente (como gradientes de pH, disponibilidade de compostos inorgânicos e minerais metálicos) e, a partir deles, descreva como surgem os processos bioquímicos representados, incluindo as vias metabólicas, conservação de energia e formação de biomoléculas complexas. Em sua resposta, destaque pelo menos três interações entre a geoquímica e os processos moleculares que indicam a transição do ambiente para um sistema vivo.

Energia na Origem da Vida

2. Analise a via de Wood–Ljungdahl representada na figura. Considerando os dois ramos paralelos da via (formação do grupo metil e do grupo carbonil), descreva detalhadamente as reações envolvidas na conversão de CO₂ em acetil-CoA, incluindo os cofatores e complexos enzimáticos específicos de cada etapa. Em sua resposta, explique como essa via contribui simultaneamente para a fixação de carbono e a conservação de energia, e discuta por que ela é considerada uma das rotas metabólicas mais antigas da vida.

Energia na Origem da Vida

3. A figura apresenta uma análise de genes e proteínas considerados ancestrais, muitos dos quais estão associados a rotas metabólicas anaeróbicas. Com base na distribuição e identidade desses genes, identifique e explique dois conjuntos de proteínas ou complexos enzimáticos fortemente associados a metabolismo anaeróbico. Em seguida, discuta como a presença desses genes em linhagens divergentes reforça a hipótese de que o metabolismo da LUCA era anaeróbico e autotrófico. Por fim, comente sobre a relação entre esses sistemas genéticos e a geoquímica dos ambientes hidrotermais.

Energia na Origem da Vida

4. A figura mostra semelhanças marcantes entre LUCA e microrganismos extremófilos modernos, especialmente arqueias e bactérias que habitam ambientes hidrotermais ou anaeróbicos. Com base nessas evidências, identifique e explique dois mecanismos bioenergéticos que provavelmente estavam presentes em LUCA e que ainda são utilizados por extremófilos atuais. Em sua resposta, compare os contextos ambientais (passado vs. presente) e discuta o significado evolutivo da conservação dessas estratégias metabólicas em termos de eficiência, simplicidade e adaptação geoquímica.

LUCA

ilum.cnpem.br

Prof. Dr. Leandro Nascimento Lemos

leandro.lemos@ilum.cnpem.br

OBRIGADO