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A ORIGEM DA VIDAParte II
Análise Química de Alguns Modelos Propostos
Prof. Tarcisio Vieira
“Estudos em Ciência e Religião”
Campo Grande/MS
22 a 24 de Novembro de 2013
SUMÁRIO
1. Relembrando
2. O Experimento de Miller
3. Adsorção de Biomoléculas
4. O Mundo de RNA e suas Limitações
5. Asteróides e a Origem da Vida
6. Considerações Finais
7. Referências Bibliográficas
Somos acusados de rejeitar o conhecimento científico
em detrimento de nossas crenças;
A velocidade de uma reação química é dirigida pela
energia de ativação da reação. Quanto maior esta
energia, mais lenta será a reação química;
Enzimas fornecem um caminho reacional alternativo de
menor energia de ativação, fazendo com que as reações
químicas sejam úteis aos seres vivos;
Não basta apenas ter os ingredientes, é preciso que
existam condições favoráveis.
RELEMBRANDOO que é mesmo que aprendemos na aula passada?
O Experimento de Miller
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado?
Miller S. L. Production of amino acids under possible primitive earth
conditions, Science ,117, 1953, 528-531
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado?
Stanley Miller
Compostos Inorgânicos
Miller S. L. Production of amino acids under possible primitive earth conditions, Science ,117, 1953, 528-531
Compostos Orgânicos
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado?
Miller S. L. Production of amino acids under possible primitive earth conditions, Science ,117, 1953, 528-531
CH4, NH3, H2, H2OCompostos Inorgânicos
Ácidos carboxílicos
AminoácidosCompostos Orgânicos
Miller S. L. Production of amino acids under possible primitive earth conditions. Science ,117, 1953, 528-531, 1953.
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado?
“A formação de aminoácidos nas condições
do experimento de Miller seria uma evidência
da possibilidade de formação de enzimas,
além de outras proteínas, no suposto
mundo pré-biótico”.
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado?
O que são enzimas e como
elas são formadas?
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado?
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado?
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado? As cadeias laterais dos
resíduos de
aminoácidos estão
sujeitas a sofrer uma
grande diversidade de
reações químicas!
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado?
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado?
A síntese de peptídeos em
laboratório é um
verdadeiro desafio
intelectual!
Carey, F. A. Organic Chemistry. 4th Edition, 1076p. New York: Mc Graw Hill, 2000.
Carey, F. A. Organic Chemistry. 4th Edition, 1077p. New York: Mc Graw Hill, 2000.
Han, S. Y.; Kim, Y. A. Recent development of peptide coupling reagents in organic synthesis. Tetrahedron, 60, 2447-2467, 2004.
O EXPERIMENTO DE MILLERQual o seu real significado?
O clássico Experimento de Miller nos
mostra apenas que aminoácidos
podem ser obtidos a partir de
substâncias inorgânicas, e nada mais!
Não basta apenas ter os
ingredientes, é preciso que existam
condições favoráveis!
ADSORÇÃO DE BIOMOLÉCULASQual a importância desse mecanismo para a origem da vida?
Adsorção de Biomoléculas na
Superfície de Areias
Bernal, J. D.; The Physical Basis of Life, Routledge and Kegan Paul Ltd.: London, 1951.
ADSORÇÃO DE BIOMOLÉCULASQual a importância desse mecanismo para a origem da vida?
ADSORÇÃO DE BIOMOLÉCULASQual a importância desse mecanismo para a origem da vida?
Zaia et al. Adsorption of the L-amino Acids in Sea Sand J. Braz. Chem. Soc., 13, 679- 681, 2002.
Zaia, D. A. M.; Zaia, C.T.B.V. Adsorção de Aminoácidos sobre Minerais e a Origem da Vida Quim. Nova, 29, 786-789, 2006.
ROH
NH2
O+ ou -
ADSORÇÃO DE BIOMOLÉCULASQual a importância desse mecanismo para a origem da vida?
Zaia et al. Adsorption of the L-amino Acids in Sea Sand J. Braz. Chem. Soc., 13, 679- 681, 2002.
Zaia, D. A. M.; Zaia, C.T.B.V. Adsorção de Aminoácidos sobre Minerais e a Origem da Vida Quim. Nova, 29, 786-789, 2006.
Klapper, M. H.; Biochem. Biophys. Res. Commum. 78, 1018, 1977
ROH
NH2
O
ROH
NH2
O
ROH
NH2
O+ -
13,8% 11,7% 74,5%
ADSORÇÃO DE BIOMOLÉCULASQual a importância desse mecanismo para a origem da vida?
ROH
NH2
O+ ou -
ADSORÇÃO DE BIOMOLÉCULASQual a importância desse mecanismo para a origem da vida?
Zaia et al. Adsorption of the L-amino Acids in Sea Sand J. Braz. Chem. Soc., 13, 679- 681, 2002.
Zaia, D. A. M.; Zaia, C.T.B.V. Adsorção de Aminoácidos sobre Minerais e a Origem da Vida Quim. Nova, 29, 786-789, 2006.
XADSORÇÃO DE BIOMOLÉCULASQual a importância desse mecanismo para a origem da vida?
Zaia et al. Adsorption of the L-amino Acids in Sea Sand J. Braz. Chem. Soc., 13, 679- 681, 2002.
Zaia, D. A. M.; Zaia, C.T.B.V. Adsorção de Aminoácidos sobre Minerais e a Origem da Vida Quim. Nova, 29, 786-789, 2006.
O MUNDO DE RNA E SUAS LIMITAÇÕESO nascimento de uma ideia
ALTMAN, S. Ribonuclease P: an enzyme with a catalytic RNA subunit Adv. Enzymol. Relat. Areas Mol. Biol. 62, 1-36, 1989
O MUNDO DE RNA E SUAS LIMITAÇÕESO nascimento de uma ideia
A ORIGEM ESPONTANEA DA VIDAO Mundo de RNA
O MUNDO DE RNA E SUAS LIMITAÇÕESO nascimento de uma ideia
Ribose + Base + Fosfato
Nucleotídeo
FERRIS, J. P. Prebiotic synthesis on minerals: Bridging prebiotic and RNA world. Bio. Bull., 196, 311-314, 1999.
SIMONOV, A. M. et. al. Possible prebiotic synthesis of monosaccharides from formaldehyde in presence of phosphates. Advanced in Space Research, 40, 1634-1640, 2007.
Obtenção dos constituintes do RNA sob
supostas condições pré-bióticas
O MUNDO DE RNA E SUAS LIMITAÇÕESO nascimento de uma ideia
ENERGIA
PROGRESSO DA REAÇÃO
RiboseBase
FosfatoER
EP
∆G < 0(espontâneo) Nucleotídeo
Ribose + Base + Fosfato
Nucleotídeo
∆G‡ Extremamente lenta!
Os constituintes do RNA deveriam
ter uma estabilidade muito grande
nas supostas condições
pré-bióticas!
O MUNDO DE RNA E SUAS LIMITAÇÕESO nascimento de uma ideia
BASE NITROGENADA
Meia-Vida (T1/2)
100°C 0°C
Adenina 1 ano ≥ 106 anos
Guanina 1 ano ≥ 106 anos
Uracila 12 anos ≥ 106 anos
Citosina 19 dias 17.000 anos
MILLER, S. L.; LEVY, M. The stability of the RNA base: Implication for the origin of life. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 7933-7938, 1998.
A escala de tempo evolutiva é da ordem de milhões de anos!
O MUNDO DE RNA E SUAS LIMITAÇÕESO nascimento de uma ideia
“Frente a estes resultados,
concluímos que adenina,
guanina, uracila e citosina
não poderiam ter sido
utilizadas no inicio da vida
na Terra”.
MILLER, S. L.; LEVY, M. The stability of the RNA base: Implication for the origin of life. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 7933-7938, 1998.
X
O MUNDO DE RNA E SUAS LIMITAÇÕESO nascimento de uma ideia
LARRALDE, R.; ROBERTSON, M. P.; MILLER, S. L. Rates of decomposition of ribose and other sugars: Implications for chemical evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92, 8158-8160, 1995.
73 minutos!
A INVIABILIDADE DO MUNDO DE RNAAnalisando a ideia de uma perspectiva química
“É difícil compreender
como a ribose poderia ter
desempenhado algum
papel na origem da vida”.
LARRALDE, R.; ROBERTSON, M. P.; MILLER, S. L. Rates of decomposition of ribose and other sugars: Implications for chemical evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92, 8158-8160, 1995.
XX
O MUNDO DE RNA E SUAS LIMITAÇÕESO nascimento de uma ideia
Mesmo entre os geólogos evolucionistas é
consenso que ácido fosfórico não era uma
substância abundante na Terra primitiva!
SCHWARTZ, A. W. Phosphorus in prebiotic chemistry. Phil. Trans. R. Soc. B, 361, 1743-1749, 2006.
XX
X
O MUNDO DE RNA E SUAS LIMITAÇÕESO nascimento de uma ideia
ASTERÓIDES E A ORIGEM DA VIDAUma outra fonte de biomoléculas
Síntese de Biomoléculas por
Impactos de Corpos Celestes (Impact-Shock Synthesis)
Chyba, C.; Sagan, C.; Endogenous production, exogenous delivery and impact-shock synthesis of organic molecules: an inventory for the origins of life. Nature, 355, 125-132, 1992.
ASTERÓIDES E A ORIGEM DA VIDAMais da relação ingredientes x condições favoráveis
Fragmentos do meteorito que caiu na Rússia em 02/2013
ASTERÓIDES E A ORIGEM DA VIDAMais da relação ingredientes x condições favoráveis
ASTERÓIDES E A ORIGEM DA VIDAMais da relação ingredientes x condições favoráveis
As elevadas temperaturas e pressões alcançadas em impactos de corpos celestes com a Terra, teriam proporcionado a formação de moléculas orgânicas!
ASTERÓIDES E A ORIGEM DA VIDAMais da relação ingredientes x condições favoráveis
ASTERÓIDES E A ORIGEM DA VIDAMais da relação ingredientes x condições favoráveis
A QUÍMICA DA VIDACaracterísticas dos seres vivos
Não basta apenas ter os
ingredientes, é preciso que
existam
condições favoráveis!
ASTERÓIDES E A ORIGEM DA VIDAMais da relação ingredientes x condições favoráveis
A origem da vida é abordada
de forma a não permitir o
desenvolvimento do
pensamento crítico nos
estudantes;
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Afirmar que a vida surgiu
espontaneamente e ao acaso
não está em acordo com o
conhecimento científico
[químico], sendo, na verdade,
crença e superstição!
CONSIDERAÇÕES FINAIS
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Não basta apenas ter os
ingredientes, é preciso
que existam as
condições favoráveis!
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BERNAL, J. D. The physical basis of life. Routledge and Kegan Paul Ltd.: London, 1951.
CAIRNS-SMITH, A. G. Genetic takeover and the mineral origin of life. Cambridge University Press, UK, 1982.
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HAYES, J. M. The earliest memories of life on Earth. Nature, 384, 21-22, 1996.
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LARRALDE, R.; ROBERTSON, M. P.; MILLER, S. L. Rates of decomposition of ribose and other sugars: Implications for chemical evolution. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 92, 8158-8160, 1995.
MANNING, C. E. et al. Geology, age and origin of supracrustal rocks at Akilia, West Greenland. Am.
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MILER, S. L. Production of amino acids under possible primitive earth conditions. Science, 117, 528-531, 1953.
MILLER, S. L.; LEVY, M. The stability of the RNA base: Implication for the origin of life. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 95, 7933-7938, 1998.
MORATO, M. A. et al. Representação visual de estruturas biológicas em materiais de ensino. Hist. Cienc. saude-Manguinhos, 5, 415-433, 1998.
PENNY, D. An Interpretative review of the origin of life research. Biology and Philosophy, 20, 633-671, 2005.
POWNER, M. W. et. al. Synthesis of activated pyrimidine ribonucleotides in prebiotically plausible conditions. Nature, 459, 239-242, 2009.
SALADINO, R.; Crestini, C.; Costanzo, G.; Negri, R.; Di MAURO, E. A possible prebiotic synthesis of purine, adenine, cytosine, and 4(3H)-pyrimidinone from formaldeide: Implications for the origin life. Bioorg. Med. Chem., 9, 1249-1253, 2001.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
SCHOPF, J. W. et al. Laser-Raman Imagery of Earth´s Earliest Fossils. Nature, 416, 73-76, 2002.
SCHWARTZ, A. W. Phosphorus in prebiotic chemistry. Phil. Trans. R. Soc. B, 361, 1743-1749, 2006.
SIMONOV, A. M. et. al. Possible prebiotic synthesis of monosaccharides from formaldehyde in presence of phosphates. Advanced in Space Research, 40, 1634-1640, 2007.
WÄCHTERSHÄUSER, G. Before enzymes and templates: theory of surface metabolism. Microbiol. Rev., 52, 452, 1988.
WALTER, G. The RNA world. Nature, 319, 618, 1986.
ZAIA, D. A. M., ZAIA, C. T. B. V. Algumas controvérsias sobre a origem da vida. Química Nova, 31, 1599-1602, 2008.
ZAIA, D. A. M.; ZAIA, C. T. B. V. Adsorção de aminoácidos sobre minerais e a origem da vida. Quim. Nova, 29, 786-789, 2006.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
OBRIGADO!
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