Bioquímica

A base química para a origem da vida

     Muitos filósofos e cientistas dedicaram suas vidas buscando respostas para as questões acerca da origem da vida e do universo. A teoria mais aceita para a origem do universo é a do “Big Bang”.

     Por volta de 15 a 20 bilhões de anos atrás, o nosso universo era apenas um feixe de partículas subatômicas ricas em energia. A partir disso, iniciou-se um processo de rápida expansão de energia em uma fração de segundo, o que chamamos de Big Bang, cuja tradução do inglês é “Grande Explosão”.

     Dentro de segundos, os elementos mais simples da Tabela Periódica foram formados: hidrogênio (H) e hélio (He). À medida que o universo foi expandindo e esfriando, a matéria se condensou por influência da gravidade e se formaram as estrelas. Algumas estrelas se tornaram enormes e explodiram (fenômeno da supernova), liberando a energia necessária para fundir núcleos atômicos mais simples em elementos mais complexos, tornando possível a formação de todos os elementos da Tabela Periódica, incluindo aqueles essenciais à vida, como carbono (C), oxigênio (O), nitrogênio (N) e fósforo (P).

     Ao decorrer de bilhões de anos nesse processo de formação e condensação de matéria, se formou nosso sistema solar, incluso nosso planeta. Há cerca de 4,5 bilhões de anos atrás a Terra era um ambiente muito diferente comparado ao que conhecemos hoje. Havia uma atmosfera rica em metano (CH4), amônia (NH3) e água, além de ser essencialmente desprovida de oxigênio atmosférico (O2).

    A partir de descargas elétricas por meio de relâmpagos e o calor de lavas de vulcões, essas moléculas reagiram formando compostos orgânicos simples, que foram dissolvidos nos mares antigos. Nessa solução aquecida, chamada sopa primordial, algumas moléculas orgânicas tiveram maior tendência a se associarem a outras, formando compostos mais complexos.

    A teoria da origem da vida foi proposta pela primeira vez pelo bioquímico Aleksandr Oparin, em 1922. Contudo, em 1953, Stanley Miller provou, experimentalmente, ser possível o surgimento de moléculas orgânicas de forma abiótica. Em um ambiente isolado, ele sujeitou misturas gasosas de NH3, CH4, H2O e H2 a choques elétricos produzidos por um par de eletrodos.

     Após alguns dias foi possível verificar a presença de monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2) na fase gasosa e uma mistura de compostos orgânicos na fase aquosa, entre eles aminoácidos hidroxiácidos, aldeídos e cianeto de hidrogênio (HCN).

Posteriormente, surgiram críticas ao experimento de Miller, mas outros experimentos resolveram as várias questões levantadas. Uma das críticas era a de que a Terra prebiótica (aquela anterior à presença de vida) teria uma atmosfera neutra ou oxidante e não redutora como nos experimentos de Miller. A atmosfera teria a presença de monóxido de carbono (CO) e dióxido de carbono (CO2), o que não era previsto por Miller, e seria redutora ou oxidante conforme a quantidade desses compostos. O problema surgiu porque quando essas atmosferas são aplicadas ao experimento do Miller produz uma quantidade de aminoácidos muito baixa. Entretanto, quando foram utilizadas fontes de energia mais intensas, mesmo utilizando atmosferas neutras/oxidantes, aminoácidos foram sintetizados em grandes quantidades e variedades. Outra crítica é a de que os aminoácidos produzidos seriam diluídos ao atingirem o mar da Terra primitiva, impossibilitando a formação de peptídeos e proteínas. Porém, diversos experimentos mostraram que minerais podem agir como concentradores de aminoácidos e catalisadores da formação de peptídeos e proteínas.

Outros experimentos provaram a possibilidade da formação de moléculas como RNA sob essas condições. Moléculas de RNA tiveram um papel crucial no surgimento da vida, pois atuaram como catalisadores de reações biologicamente significantes, além do papel de repositório de informação genética.

    Mais tarde, moléculas de DNA foram criadas tendo RNA como molde e passaram a assumir a função de conservar a informação genética. Proteínas provaram ser versáteis como catalisadores, transportadores de substâncias e componentes estruturais. Já os compostos lipídicos da sopa primordial, por sua natureza hidrofóbica, se uniram formando camadas relativamente impermeáveis ao redor de moléculas autoreplicativas, fornecendo interações entre proteínas e ácidos nucleicos no interior, originando as primeiras células.

   Essas primeiras células eram anaeróbias (devido à ausência de O2) e quimioheterotróficas, sendo que os compostos orgânicos requeridos eram os sintetizados na atmosfera primitiva e no lugar de O2, como aceptor de elétrons para oxidar compostos orgânicos, elas utilizavam íons sulfato (SO42-) produzindo sulfeto de hidrogênio (H2S).

      Um evento evolutivamente significante foi o desenvolvimento de pigmentos capazes de capturar a energia do sol e utilizá-la para fixar CO2 em formas mais complexas. O doador de elétrons original provavelmente era H2S, produzindo enxofre elementar (S) ou SO42-. Porém, mais tarde, as células desenvolveram a capacidade de utilizar H2O e eliminar O2 na atmosfera.

     Em resposta à pressão evolutiva, algumas linhagens de microrganismos deram origem aos aeróbios, utilizando O2 como aceptor de elétrons, uma vantagem energética em ambiente rico em oxigênio.

    Comparações morfológicas e bioquímicas de organismos modernos sugerem uma sequência de eventos consistentes sobre a passagem de procariotos para eucariotos: as células adquiriram mais DNA; proteínas se tornaram mais especializadas na estabilização e enovelamento do DNA; as células foram ficando maiores e um sistema de membranas foi formado, incluindo as membranas do núcleo, que circundam o DNA; células eucarióticas incapazes de realizar a fotossíntese ou metabolismo aeróbio engolfaram bactérias com tais capacidades, formando associações simbióticas que se tornaram permanentes. Essas bactérias então se especializaram e se tornaram mitocôndrias (bactérias aeróbias) e plastídeos, como cloroplastos (bactérias fotossintéticas).

     As mutações são as principais responsáveis pelas mudanças nas características de uma célula e pela diversidade de vida que encontramos hoje na Terra. Elas podem surgir a partir de processos não frequentes de erros na replicação do DNA que, não reparados, levam à mudança na sequência de nucleotídeos, mudando algumas instruções de componentes celulares. DNA reparado incorretamente produz o mesmo efeito. Além disso, ocasionalmente, um gene total é duplicado, sendo a segunda cópia supérflua, permitindo alterações não deletérias, tornando possível que a célula evolua e produza um novo gene com uma nova função, ao mesmo tempo que mantém o gene original. Assim, a mutação pode oferecer melhoras a um organismo ou célula para sobreviver em seu ambiente ou ter vantagem seletiva sobre outro e prosperar. Quando a diferenciação de duas linhagens é tanta para não haver mais produção de híbridos, significa a criação de uma nova espécie.

    Com o passar do tempo, as vantagens do agrupamento e especialização celular, o acúmulo gradual de mutações e a pressão da seleção natural originaram evoluções mais complexas e organismos altamente diferenciados, resultando em toda a diversidade de espécies biológicas que conhecemos atualmente, cada qual adaptada ao seu nicho ecológico particular.

     Vale lembrar que aqui foram abordadas as teorias mais aceitas na comunidade científica. Contudo, existem outras teorias e muitas lacunas ainda precisam ser preenchidas antes de termos certezas sobre a origem do universo e a origem e evolução da vida.

Anúncios

Deixe um comentário

Preencha os seus dados abaixo ou clique em um ícone para log in:

Logotipo do WordPress.com

Você está comentando utilizando sua conta WordPress.com. Sair /  Alterar )

Foto do Google+

Você está comentando utilizando sua conta Google+. Sair /  Alterar )

Imagem do Twitter

Você está comentando utilizando sua conta Twitter. Sair /  Alterar )

Foto do Facebook

Você está comentando utilizando sua conta Facebook. Sair /  Alterar )

Conectando a %s