Tempo em Sistemas Vivos (TSVII)
Prof. Dr. Leandro Nascimento Lemos
Origem da Vida
Questionamento inicial
“Se a vida fosse um show da Lady Gaga, o que viria primeiro?
O palco — com luzes, fumaça e energia fervilhando, pronto para receber qualquer performance?
A vida começou com função e energia, como sugere a hipótese metabólica?
Ou o roteiro — com letras, coreografias e a identidade da estrela cuidadosamente planejadas?
Ou com informação e replicação, como propõe a hipótese informacional?”
Questionamento inicial
1. Quais são as propriedades básicas compartilhadas por todas as células vivas na Terra?
Propriedades básicas compartilhadas
1. Disponibilidade contínua de fontes de carbono reativo, essencial para a síntese de novas moléculas orgânicas.
Propriedades básicas compartilhadas
2. Um suprimento de energia livre (capaz de impulsionar reações químicas) para conduzir à bioquímica metabólica - a formação de novas proteínas, DNA e outros.
Energia disponível de forma acessível e contínua: Na célula moderna, esse papel é desempenhado principalmente por gradientes de prótons (força próton-motriz), ATP e reações de oxidorredução.
Propriedades básicas compartilhadas
3. Catalisadores para acelerar e canalizar essas reações metabólicas.
Respiratory complex I
Propriedades básicas compartilhadas
4. Compartimentalização – separar o interior do exterior.
Propriedades básicas compartilhadas
5. Material hereditário – RNA, DNA ou um equivalente -, para especificar a forma e a função detalhadas.
Questionamento inicial
2. Por que essas estruturas são universais?
Hipóteses sobre a origem da vida
Hipótese Informacional
Hipótese metabólica
Hipóteses sobre a origem da vida
Hipótese Informacional
(a vida começa com o RNA, que armazena informação e catalisa reações)
Hipóteses sobre a origem da vida
Hipótese Informacional
(a vida começa com o RNA, que armazena informação e catalisa reações)
Hipóteses sobre a origem da vida
Hipótese Informacional
(a vida começa com o RNA, que armazena informação e catalisa reações)
Hipóteses sobre a origem da vida
Hipótese Informacional
(a vida começa com o RNA, que armazena informação e catalisa reações)
Hipóteses sobre a origem da vida
Hipótese Metabólica
A hipótese do metabolismo como primeiro passo para a origem da vida sugere que um processo químico contínuo e integrado sustentou o surgimento e a evolução da vida, começando com o aparecimento de uma rede de reações auto-organizadas, semelhante a um metabolismo, na geoquímica, e culminando na biologia moderna.
Hipóteses sobre a origem da vida
Hipótese Metabólica
(A vida teria surgido de reações químicas auto-organizadas sustentadas por gradientes energéticos naturais em ambientes geologicamente ativos, como fontes hidrotermais)
Hipóteses sobre a origem da vida
Hipótese Metabólica
(A vida teria surgido de reações químicas auto-organizadas sustentadas por gradientes energéticos naturais em ambientes geologicamente ativos, como fontes hidrotermais)
Redução do CO2 a um grupo metil (CH3)
O CO é gerado por redução de outro CO₂ e entra como fonte de carbono para formar a carbonila
Ribose-5-fosfato (R5P)
Shell A
Hipótese Metabólica
(A vida teria surgido de reações químicas auto-organizadas sustentadas por gradientes energéticos naturais em ambientes geologicamente ativos, como fontes hidrotermais)
Shell A
Hipótese Metabólica
(A vida teria surgido de reações químicas auto-organizadas sustentadas por gradientes energéticos naturais em ambientes geologicamente ativos, como fontes hidrotermais)
No Shell A, a via do acetil-CoA (marcada como AcCoA pathway) gera um intermediário (acetil, CH₃–CO), que é então representado com uma seta laranja entrando no rTCA cycle. Esse ponto de entrada conecta a produção de acetil-CoA à expansão do metabolismo central.
Shell A
Hipótese Metabólica
(A vida teria surgido de reações químicas auto-organizadas sustentadas por gradientes energéticos naturais em ambientes geologicamente ativos, como fontes hidrotermais)
O grupo acetil do acetil-CoA é condensado com oxaloacetato para formar citrato, pela reação inversa da citrato sintase (etapa 11).
Essa é a reação clássica do ciclo de Krebs, mas aqui ocorre no sentido inverso, simbolizando um fluxo anabólico, de construção de moléculas orgânicas a partir de CO₂.
Redução do CO2 a um grupo metil (CH3)
O CO é gerado por redução de outro CO₂ e entra como fonte de carbono para formar a carbonila
Redução do CO2 a um grupo metil (CH3)
O CO é gerado por redução de outro CO₂ e entra como fonte de carbono para formar a carbonila
Redução do CO2 a um grupo metil (CH3)
O CO é gerado por redução de outro CO₂ e entra como fonte de carbono para formar a carbonila
Glutamato
Modelo geoquímico para a origem da vida em fontes hidrotermais alcalinas
Hipóteses sobre a origem da vida
Hipótese Informacional
Hipótese metabólica
Dinâmica
Tarefa dos grupos:
Grupo A — Metabolismo-Primeiro
Qual é o argumento central dessa hipótese?
O que são o ciclo de Krebs reverso e a via da acetil-CoA? Por que são candidatos plausíveis?
Como essas vias poderiam funcionar em fontes hidrotermais?
Quais são os principais desafios para essa hipótese?
Grupo B — Informação-Primeiro
Qual é o argumento central dessa hipótese?
Quais ribozimas naturais servem de evidência (ex: RNase P RNA, rRNA 23S)?
O que é o mundo de RNA e como ele poderia ter evoluído?
Quais são os principais desafios para essa hipótese?
Análise evolutiva de Bacteriófagos
Tarefa dos grupos:
Grupo A — Metabolismo-Primeiro
Qual é o argumento central dessa hipótese?
O que são o ciclo de Krebs reverso e a via da acetil-CoA? Por que são candidatos plausíveis?
Como essas vias poderiam funcionar em fontes hidrotermais?
Quais são os principais desafios para essa hipótese?
Grupo B — Informação-Primeiro
Qual é o argumento central dessa hipótese?
Quais ribozimas naturais servem de evidência (ex: RNase P RNA, rRNA 23S)?
O que é o mundo de RNA e como ele poderia ter evoluído?
Quais são os principais desafios para essa hipótese?
Avaliações
Avaliações:
Prova I: 24/04
Prova II: 12/06
Apresentação de pôster: 23/06
Projeto da Disciplina: Evolução Molecular de vírus que infectam bactérias
Projeto da Disciplina: Evolução Molecular de vírus que infectam bactérias
Projeto da Disciplina: Evolução Molecular de vírus que infectam bactérias
Projeto da Disciplina
Análise evolutiva de bacteriófagos:
Cada grupo deverá identificar fagos associados ao seu tema, investigando sua diversidade e evolução. A investigação será dividida em duas grandes etapas: (1) Revisão da literatura científica e (2) Busca e análise de genomas virais reais.
ilum.cnpem.br
Prof. Dr. Leandro Nascimento Lemos
leandro.lemos@ilum.cnpem.br
OBRIGADO