Aula 3. os primeiros seres vivos e rotas metabólicas

Biologia Ensino MédioInstituto Federal do Sul de Minas - IF Sul de Minas

Campus Muzambinho

Prof. Evandro Sanguinetto

evandro.sanguinetto@muz.ifsuldeminas.edu.br

Os primeiros seres vivosProcariontes

Eucariontes

Evandro Sanguinetto-2013

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Os primeiros seres vivos

Dois tipos de células

• Procariontes e Eucariontes

• Procariontes:• Unicelular • Não tem núcleo, apenas nucleóides• Pobre em membranas• Bactérias

• Eucariontes• Uni a pluricelulares• Contém núcleo• Ricas em membranas• Protozoários, fungos, animais, plantas

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Procariontes

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Procariontes

• Wikipedia: Procariontes, procariotas ou procariotos• (grego transliterado: pro, anterior, antes, primeiro, primitivo; karyon, noz ou

amêndoa - núcleo = Núcleo Primitivo)

• Coacervados, vesículas salto para a vida

• Reinos Archea e Bacteria

• Estruturas simples: membrana plasmática, parede celular, cromossoma (DNA), polirribossomos, flagelo

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Estromatólitos

• 3,5 bilhões de anos• Registro da vida

mais antiga

• Sul da África e oeste da Austrália

• Formados por bactérias fotossintetizantes (cianobactérias)

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Cianobactérias

• Do grego: cyano, azul + bacteria, bactéria

• Inicialmente classificadas como algas, formam um grupo muito heterogêneo que inclui organismos aquáticos, unicelulares, coloniais ou filamentosos fotossintéticos

• Possuem forma de cocos, bastonetes, filamentos ou pseudofilamentos

• De coloração verde oliva e verde-azulado, em condições ótimas apresentam coloração azul

• Muitas vezes responsáveis pela eutrofização de ambientes aquáticos

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Cianobactérias (cont.)

• Maiores que outros procariontes

• Não apresentam órgãos locomotores

• Realizam fotossíntese com o auxílio de pigmentos• Clorofila a (pigmento verde)

• Carotenóides (pigmento amarelo-alaranjado)

• Ficocianina (pigmento azul)

• Ficoeritrina (pigmento vermelho)

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Cianobactérias (cont.)

• Apresentam lamelas internas (invaginações da membrana plasmática) onde se localizam os pigmentos

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Cianobactérias (cont.)

• Estas lamelas são consideradas precursores dos tilacóides, presentes nos cloroplastos de células eucariotas

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http://www.jochemnet.de/fiu/bot4404/BOT4404_12.html

Tilacóides e estroma

• Tilacóides• Estrutura de membranas formando vesículas achatadas

• Sobre estas empilham-se vesículas menores, os granum

• Um conjunto de granum é chamado grana (plural de granum)

• Associada às membranas dos tilacóides estão as clorofilas

• Estroma• Gel rico em enzimas solúveis preenchendo o espaço entre os tilacóides e a

membrana do cloroplasto

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Cloroplasto

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Cianobactérias (cont.)

• Podem estabelecer simbiose com outros organismos ou formar colônias filamentosas, por vezes envolvidas por uma cápsula mucilaginosa

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Cianobactérias (cont.)

• Algumas espécies são endossimbiontes em líquens ou em protistas e corais, fornecendo energia aos seus hospedeiros

• Os líquens podem ser formados por fungos (micobionte), algas e cianobactérias (fotobiontes)• As algas fornecem carboidratos (açúcares)

• As cianobactérias fornecem nitrogênio

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Endossimbiose

• Organelas dos eucariontes, como mitocôndrias, cloroplastos, flagelos e cílios originalmente seriam procariontes autotróficos de vida livre• Cloroplastos – cianobactérias• Mitocôndrias - rickettsias (bactérias)• Flagelos e cílios – espiroquetas (bactérias, não muito aceita)• “Os seres vivos não ocuparam o mundo pela força, mas por cooperação"

• Teoria da Endossimbiose ou Endosimbiose Sequencial, proposta por Lynn Margulis• Procariontes menores, inicialmente predados por procariontes maiores• A relação evoluiu para a simbiose, com grandes vantagens para ambos

• Amplamente aceita na atualidade

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Oxigênio na atmosfera

• Porcentagem de oxigênio na atmosfera

• Faixa A – ferro não oxidado

• Faixa B – rochas marinhas com leito vermelho

• Faixa C – rochas terrestres com leito vermelho

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Para saber mais

• MARGULIS, Lynn e SAGAN, Dorion. Microcosmos.Quatro bilhões de anos de evolução microbiana. Ed. Cultrix, 2004.

• http://pt.wikipedia.org/wiki/Teoria_da_endossimbiose

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Eucariontes

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Eucariontes

• Wikipedia: eucariontes ou eucariotas• (grego transliterado: eu, "bom, perfeito"; karyon, noz ou amêndoa, núcleo)

• Núcleo, membrana nuclear ou carioteca

• Reinos: Protista, Fungi, Plantae e Animalia

• Estruturas mais complexas: núcleo, membrana plasmática, parede celular (vegetais), organelas, etc.

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De procarionte a eucarionte

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Endossimbiose

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Endossimbiose

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Procariota x EucariotaCaracterísticas Células procarióticas Células eucarióticas

Tamanho 0,5 a 5 µm de diâmetro Cerca de 40 µm de diâmetro e em média 1.000 a 10.000 o volume da célula procariótica

Parede celular Rígida, constituída por polissacarídeos com aminoácidos

Rígida, apenas nas plantas (celulose) e fungos(quitina)

Material genético Em contato com o citoplasma e sem qualquer invólucro nuclear

Possui núcleo e um ou mais nucléolos

Organelas Sem organelas membranares, com muitos ribossomas

Vários tipos de organelas membranares(mitocôndrias, retículo, complexo de Golgi)

Estruturas respiratórias

Hialoplasma e membrana plasmática Hialoplasma e mitocôndrias

Fotossíntese Sem cloroplastos mas ocorre por vezes em lamelas fotossintéticas

Nos cloroplastos (apenas em células vegetais)

Flagelos Organelas locomotoras simples apenas ligadas à superfície da célula

Organelas locomotoras complexas envoltas na membrana plasmáticaEvandro Sanguinetto-2013

Células vegetais e animais

• Principais diferenças e semelhanças entre as células vegetais e animais

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Célula vegetal Célula animal

Centríolos Ausentes Presentes

Peroxissomos Presentes Presentes

Complexo de Golgi Vesículas isoladas Vesículas empilhadas

Cloroplastos Presentes Ausentes

Vacúolos Maiores Menores

Plasmosdesmos Presentes Ausentes

Parede celular Presentes Ausentes

Reserva Amido Glicogênio

Mitocôndrias Presentes Presentes

Para saber mais

• http://pt.wikipedia.org/wiki/Anatomia_vegetal

• http://pt.wikipedia.org/wiki/C%C3%A9lula_vegetal

• http://pt.wikipedia.org/wiki/Tecidos_vegetais

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Evolução do metabolismo energético

Hipótese heterotrófica

Hipótese autotrófica

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Evolução do metabolismo energético

Imagem: Extremófilos do Rio Tinto, Espanha

Matéria e energia

• Todo ser vivo necessita de um fluxo constante de matéria e energia para manter suas funções vitais como metabolismo, locomoção, reprodução

• Dado que as condições planetárias primitivas eram muito diferente das atuais, como os primeiros seres vivos obtinham matéria e energia para suas funções vitais?

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Hipótese heterotróficaAlimentação à partir do meio externo ao organismo

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Heterótrofos

• Primeiros seres vivos• Organismos simples

• Metabolismo simples

• Meio aquoso rico em substâncias nutritivas

• Com disponibilidade de alimento, esses seres retiravam do meio os nutrientes que precisavam

• Eram portanto heterótrofos• Não produzem seu próprio alimento

• Necessitam de fonte externa de alimento

• Ingerido o alimento, faz-se necessário sua degradação

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Fermentação

• Sem a presença de oxigênio no meio, os organismos estavam sob condições anaeróbias

• Para degradar os alimentos ingeridos, o caminho mais simples é a fermentação• Açúcares como a glicose são degradados em álcool etílico (etanol) e gás

carbônico liberando energia para as funções metabólicas

C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2 + energia• Ou degradados em lactato que forma o ácido láctico

• Ou formando o ácido acético pelas acetobactérias

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Fotossíntese

• Com o passar do tempo e aumento das populações microbianas, os compostos pré-bióticos ficaram escassos, ampliando a competição pelos mesmos

• Nova via metabólica, a fotossíntese utilizou pigmentos como a clorofila na presença de luz para a síntese de alimentos (açúcares)

• Os autótrofos fotossintetizantes não precisavam competir por alimentos e se desenvolveram rapidamente

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Fotossíntese

• Na fotossíntese, o O2 é produzido como resíduo e começou a “poluir” a atmosfera

• Bactérias fotossintetizantes (cianobactérias) são até hoje as responsáveis por 21% de O2 na atmosfera

• Na presença de clorofila e luz:

6 CO2 + 12 H20 C6H12O6 + 6 O2 + 6 H20

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Luz

Clorofila

Respiração

• Sendo altamente reativo, o O2 virou uma ameaça para seres anaeróbios

• Novo salto evolutivo aconteceu, com o surgimento de seres aeróbios, capazes de utilizar o O2 em seus processos metabólicos

• Respiração: açúcares como a glicose (sintetizados na fotossíntese) são degradados por heterótrofos

C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H20 + energia

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Resumindo

• Ainda hoje estão presentes na Terra, seres que utilizam essas três vias para o metabolismo energético

Fermentação Fotossíntese Respiração

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Hipótese autotróficaProdução do próprio alimento

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Quimiossíntese

• Ambiente primitivo muito instável

• Bombardeamento constante da superfície por cometas e meteoritos

• Dificuldades para a vida se manter, como proposto por Haldane e Oparin

• Alguns cientistas propõem o fundo dos mares como local de surgimento da vida

• As fontes termais reúnem as condições para um mecanismo autotrófico chamado quimiossíntese

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Quimiossíntese• Extremófilos

• Bactérias autotróficas

• Vivem em fontes termais

• Temperaturas entre 60 ºC e 105 ºC

• Evidências de gás sulfídrico (H2S, sulfeto de hidrogênio) e compostos de ferro na Terra primitiva

• Obtenção de energia envolvendo esses compostos para a síntese de carboidratos

FeS + H2S FeS2 + H2 + energia• Sulfubactérias utilizando bacterioclorofila

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6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 6H2O + 12S

Resumindo

• Ainda não se sabe ao certo a via metabólica inicial

• Os debates continuam

• A hipótese autotrófica vem ganhando força

Quimiossíntese Fermentação

Fotossíntese Respiração

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Para saber mais

• The History Channel: A Origem da Vida (9 partes)• http://www.youtube.com/watch?v=PGyarFWOetw

• Junqueira e Carneiro. Biologia Celular e Molecular. 6ª edição. Editora Guanabara Koogan. (Cap. 01)

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Referências

• Big Bang: A Origem do Universo• http://www.youtube.com/watch?v=GBzUalF1Ir0

• THC - O Universo Episódio 01 - Além do Big Bang• http://www.youtube.com/watch?v=rbBKwPgW7Ho

• THC - O Universo Episódio 07 - Vida e Morte de uma Estrela• http://www.youtube.com/watch?v=tdALJ8QewLc

• NATGEO - Construindo o Planeta Terra - Documentário - 14'17• http://www.youtube.com/watch?v=bDWwh9ETFLA

• Cianobactérias garantem oxigênio na Terra• http://www2.uol.com.br/sciam/noticias/cianobacterias_garantem_oxigenio_na_terra.html

• History Channel - A Origem da Vida - 16'18

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Contatos

• Evandro Sanguinetto• Institucional: evandro.sanguinetto@muz.ifsuldeminas.edu.br

• Site: www.gaiaterranova.com.br

• Facebook: https://www.facebook.com/evandrosanguinetto e https://www.facebook.com/gaiaterranova2017

• Blog: http://www.gaiaterranova.blogspot.com.br/

• Email pessoal: evandro@gaiaterranova.com.br

• Cel: (35) 9123-2448

• Grupos• 1º ano Ensino Médio: https://www.facebook.com/groups/IFSul.ensino.medio1.2014/

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