Protobiontes: origem e propriedades

Os protobiontes são complexos biológicos de acordo com alguma relacionadas com a origem da hipótese vida precedido as células. Segundo Oparín, esses são agregados moleculares cercados por uma membrana lipídica semipermeável ou por uma estrutura semelhante a essa.

Esses agregados moleculares bióticos podem apresentar uma reprodução simples e um metabolismo que conseguiu manter a composição química do interior da membrana diferente de seu ambiente externo.

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Fonte: pixabay.com

Alguns experimentos realizados em laboratório por diferentes pesquisadores revelaram que protobiontes poderiam ser formados espontaneamente usando como blocos orgânicos os compostos orgânicos criados a partir de moléculas abióticas.

Exemplos dessas experiências são a formação de lipossomas, que são agregações de pequenas gotas cercadas por membranas. Estes podem ser formados quando lipídios são adicionados à água. Também ocorre quando outros tipos de moléculas orgânicas são adicionados.

Pode acontecer que gotas semelhantes a lipossomas se formem em lagoas desde tempos pré-bióticos e incorporem aleatoriamente alguns polímeros de aminoácidos.

No caso em que os polímeros tornassem a membrana permeável a certas moléculas orgânicas, essas moléculas seriam incorporadas seletivamente.

Propriedades e recursos

Os supostos protobiontes poderiam ser formados a partir de moléculas hidrofóbicas que estavam organizadas na forma de uma bicamada (duas camadas) na superfície de uma gota, remanescente das membranas lipídicas presentes nas células atuais.

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Por Mariana Ruiz Villarreal, LadyofHats [Domínio público], do Wikimedia Commons

Membranas semipermeáveis

Como a estrutura é seletivamente permeável, o lipossoma pode inchar ou desinflar, dependendo da concentração de solutos no meio.

Ou seja, se o lipossomo é exposto a um ambiente hipotônico (a concentração no interior da célula é maior), a água entra na estrutura, inchando o lipossomo. Por outro lado, se o meio é hipertônico (a concentração da célula é menor), a água se move para o ambiente externo.

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Esta propriedade não é exclusiva dos lipossomas, também pode ser aplicada às células atuais de um organismo. Por exemplo, se os glóbulos vermelhos forem expostos a um meio hipotônico, eles podem explodir.

Excitabilidade

Os lipossomas podem armazenar energia na forma de potencial de membrana, que consiste em uma voltagem na superfície. A estrutura pode descarregar a tensão de uma maneira que lembra o processo que ocorre nas células neuronais do sistema nervoso .

Os lipossomas têm várias características dos organismos vivos. No entanto, não é o mesmo que afirmar que os lipossomas estão vivos.

Origem

Existe uma grande diversidade de hipóteses que buscam explicar a origem e evolução da vida em um ambiente prebiótico. Os postulados mais importantes que discutem a origem dos protobiontes serão descritos abaixo:

Hipótese de Oparin e Haldane

A hipótese da evolução bioquímica foi proposta por Alexander Oparin em 1924 e por John DS Haldane em 1928.

Este postulado pressupõe que a atmosfera prebiótica carecia de oxigênio, mas estava fortemente reduzindo, com grandes quantidades de hidrogênio que levaram à formação de compostos orgânicos, graças à presença de fontes de energia.

De acordo com essa hipótese, quando o resfriamento da Terra ocorreu, o vapor das erupções vulcânicas, que precipitaram como chuvas pesadas e constantes, condensou-se. Quando a água caiu, arrastou sais minerais e outros compostos, dando origem à famosa sopa primal ou caldo nutritivo.

Nesse ambiente hipotético, grandes complexos moleculares chamados compostos prebióticos podem ser formados, originando sistemas celulares cada vez mais complexos. Oparin chamou essas estruturas de protobiontes.

À medida que os protobiontes aumentavam sua complexidade, eles adquiriram novas capacidades para transmitir informações genéticas, e Oparin deu o nome de eubiontes a essas formas mais avançadas.

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Experiência de Miller e Urey

Em 1953, após os postulados de Oparin, os pesquisadores Stanley L. Miller e Harold C. Urey desenvolveram uma série de experimentos para verificar a formação de compostos orgânicos baseados em materiais inorgânicos simples.

Miller e Urey conseguiram criar um projeto experimental que simulasse ambientes pré-bióticos com as condições propostas por Oparin em pequena escala, conseguindo obter uma série de compostos como aminoácidos, ácidos graxos, ácido fórmico, uréia, entre outros.

Material genético dos protobiontes

Mundo RNA

De acordo com a hipótese dos biólogos moleculares atuais, os protobiontes carregavam moléculas de RNA , em vez de moléculas de DNA, o que lhes permitia replicar e armazenar informações.

Além de ter um papel fundamental na síntese de proteínas, o RNA também pode se comportar como uma enzima e realizar reações de catálise. Por essa característica, o RNA é um candidato indicado como o primeiro material genético nos protobiontes.

As moléculas de RNA capazes de realizar a catálise são chamadas ribozimas e podem fazer cópias com sequências complementares de trechos curtos de RNA e mediar o processo de emenda , eliminando seções da sequência.

Um protobionte que apresentava em seu interior uma molécula de RNA catalítico variava de seus colegas que não possuíam essa molécula.

No caso em que o protobionte possa crescer, dividir e transmitir RNA para sua prole, os processos de seleção natural darwiniana podem ser aplicados a esse sistema, e os protobiontes com moléculas de RNA aumentariam sua frequência na população.

Embora a aparência desse protobionte possa ser muito improvável, é necessário lembrar que poderia haver milhões de protobiontes nos corpos de água da terra primitiva.

Aparência do DNA

O DNA é uma molécula de cadeia dupla muito mais estável em comparação com a molécula de ARN, que é frágil e replicado de forma imprecisa. Essa propriedade de precisão em termos de replicação começou a ser mais necessária à medida que os genomas dos protobiontes aumentavam de tamanho.

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Na Universidade de Princeton, o pesquisador Freeman Dyson propõe que as moléculas de DNA podem ter sido estruturas curtas, auxiliadas na sua replicação por polímeros aleatórios de aminoácidos com propriedades catalíticas.

Essa replicação precoce pode ocorrer dentro dos protobiontes que armazenaram grandes quantidades de monômeros orgânicos.

Após o surgimento da molécula de DNA, o RNA pode começar a desempenhar seus papéis atuais como intermediários de tradução, criando assim o “mundo do DNA”.

Referências

  1. Altstein, AD (2015). A hipótese progene: o mundo das nucleoproteínas e como a vida começou. Biology Direct , 10 , 67.
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  3. Campbell, AN e Reece, JB (2005). Biologia Editorial médico pan-americano.
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