Origem da célula: principais teorias (procariótica e eucariótica) - Ciência - 2023

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o origem da célula tem mais de 3,5 bilhões de anos. A forma como essas unidades funcionais se originaram despertou a curiosidade dos cientistas por vários séculos.

A origem da vida per se foi acompanhado pela origem das células. Em um ambiente primitivo, as condições ambientais eram muito diferentes do que observamos hoje.A concentração de oxigênio era praticamente zero e a atmosfera era dominada por outra composição de gases.

Diferentes experiências de laboratório têm mostrado que nas condições ambientais iniciais da Terra é possível a polimerização de várias biomoléculas características de sistemas orgânicos, a saber: aminoácidos, açúcares, etc.

Uma molécula com capacidade catalítica e de se replicar (potencialmente, um RNA) poderia ser encerrada em uma membrana fosfolipídica, formando as primeiras células procarióticas primitivas, que evoluíram seguindo princípios darwinianos.

Da mesma forma, a origem da célula eucariótica geralmente é explicada usando a teoria endossimbiótica. Essa ideia sustenta que uma grande bactéria engolfou uma menor e com o passar do tempo deu origem às organelas que conhecemos hoje (cloroplastos e mitocôndrias).

A teoria celular

Célula é um termo que vem da raiz latina celula,o que significa oco. Essas são as unidades funcionais e estruturais dos seres vivos. O termo foi utilizado pela primeira vez no século XVII pelo investigador Robert Hooke, quando examinava uma lâmina de cortiça à luz de um microscópio e observava uma espécie de células.

Com esta descoberta, mais cientistas - notavelmente as contribuições de Theodor Schwann e Matthias Schleiden - ficaram interessados na estrutura microscópica da matéria viva. Assim nasceu um dos pilares mais importantes da biologia: a teoria celular.

A teoria sustenta que: (a) todos os seres orgânicos são constituídos por células; (b) as células são a unidade de vida; (c) as reações químicas que sustentam a vida ocorrem dentro dos limites da célula e (d) toda a vida vem de uma vida preexistente.

Este último postulado está resumido na famosa frase de Rudolf Virchow: “omnis cellula e cellula”- todas as células são derivadas de outras células já existentes. Mas de onde veio a primeira célula? A seguir descreveremos as principais teorias que buscam explicar a origem das primeiras estruturas celulares.

Evolução de células procarióticas

A origem da vida é um fenômeno intimamente ligado à origem das células. Na terra, existem duas formas celulares de vida: procariontes e eucariotos.

Ambas as linhagens diferem basicamente em termos de complexidade e estrutura, com os eucariotos sendo organismos maiores e mais complexos. Isso não quer dizer que os procariontes sejam simples - um único organismo procariótico é uma aglomeração organizada e intrincada de vários complexos moleculares.

A evolução de ambos os ramos da vida é uma das questões mais emocionantes do mundo da biologia.

Cronologicamente, a vida é estimada em 3,5 a 3,8 bilhões de anos. Isso apareceu cerca de 750 milhões de anos após a formação da Terra.

Evolução das primeiras formas de vida: experimentos de Miller

No início da década de 1920, surgiu a ideia de que macromoléculas orgânicas poderiam se polimerizar espontaneamente sob as condições ambientais de uma atmosfera primitiva - com baixas concentrações de oxigênio e altas concentrações de CO.₂ e n₂, além de uma série de gases como H₂, H₂S e CO.

Supõe-se que a hipotética atmosfera primitiva forneceu um ambiente redutor que, juntamente com uma fonte de energia (como a luz solar ou descargas elétricas), criou as condições propícias à polimerização de moléculas orgânicas.

Essa teoria foi confirmada experimentalmente em 1950 pelo pesquisador Stanley Miller durante seus estudos de pós-graduação.

A necessidade de uma molécula com propriedades autorreplicantes e catalíticas: o mundo do RNA

Depois de especificar as condições necessárias para a formação das moléculas que encontramos em todos os seres vivos, é necessário propor uma molécula primitiva com capacidade de armazenar informações e se replicar - as células atuais armazenam informações genéticas em uma linguagem de quatro. nucleotídeos na molécula de DNA.

Até o momento, o melhor candidato para essa molécula é o RNA. Não foi até 1980 que os pesquisadores Sid Altman e Tom Cech descobriram as capacidades catalíticas deste ácido nucleico, incluindo a polimerização de nucleotídeos - um passo crítico na evolução da vida e das células.

Por essas razões, acredita-se que a vida começou a usar o RNA como material genético, e não o DNA, como faz a grande maioria das formas atuais.

Limitando as barreiras da vida: Fosfolipídios

Uma vez obtidas as macromoléculas e a molécula capaz de armazenar informações e se replicar, a existência de uma membrana biológica é necessária para determinar os limites entre o ambiente vivo e o extracelular. Evolutivamente, essa etapa marcou a origem das primeiras células.

Acredita-se que a primeira célula tenha surgido de uma molécula de RNA envolvida por uma membrana feita de fosfolipídios. Estas últimas são moléculas anfipáticas, o que significa que uma parte é hidrofílica (solúvel em água) e a outra parte é hidrofóbica (não solúvel em água).

Quando os fosfolipídios são dissolvidos em água, eles têm a capacidade de se agregar espontaneamente e formar uma bicamada lipídica. As cabeças polares estão agrupadas voltadas para o meio aquoso e as caudas hidrofóbicas no interior, em contato uma com a outra.

Essa barreira é termodinamicamente estável e cria um compartimento que permite que a célula seja separada do ambiente extracelular.

Com o passar do tempo, o RNA encerrado na membrana lipídica continuou seu curso evolutivo seguindo mecanismos darwinianos - até apresentar processos complexos como a síntese de proteínas.

Evolução do metabolismo

Uma vez que essas células primitivas foram formadas, o desenvolvimento das vias metabólicas que conhecemos hoje começou. O cenário mais plausível para a origem das primeiras células é o oceano, portanto as primeiras células foram capazes de obter alimentos e energia diretamente do meio ambiente.

Quando os alimentos se tornaram escassos, certas variantes celulares devem ter surgido com métodos alternativos de obtenção de alimentos e geração de energia que lhes permitiu continuar sua replicação.

A geração e o controle do metabolismo celular são essenciais para sua continuidade. Na verdade, as principais vias metabólicas são amplamente conservadas entre os organismos atuais. Por exemplo, uma bactéria e um mamífero realizam a glicólise.

Foi proposto que a geração de energia evoluiu em três estágios, começando com a glicólise, seguida pela fotossíntese e terminando com o metabolismo oxidativo.

Como o ambiente primitivo carecia de oxigênio, é plausível que as primeiras reações metabólicas o dispensassem.

Evolução da célula eucariótica

As células eram exclusivamente procarióticas até cerca de 1,5 bilhão de anos atrás. Nesse estágio, surgiram as primeiras células com núcleo verdadeiro e organelas próprias. A teoria mais proeminente na literatura que explica a evolução das organelas é a teoria endossimbiótica (endo significa interno).

Os organismos não estão isolados em seu ambiente. As comunidades biológicas apresentam múltiplas interações, tanto antagônicas quanto sinérgicas. Um termo abrangente usado para diferentes interações é simbiose - anteriormente usado apenas para relações mutualísticas entre duas espécies.

As interações entre organismos têm consequências evolutivas importantes, e o exemplo mais dramático disso é a teoria endossimbiótica, que foi proposta inicialmente pela pesquisadora americana Lynn Margulis na década de 1980.

Postulados da teoria endossimbiótica

De acordo com essa teoria, algumas organelas eucarióticas - como cloroplastos e mitocôndrias - eram inicialmente organismos procarióticos de vida livre. Em certo ponto da evolução, um procarioto foi engolido por um maior, mas não foi digerido. Em vez disso, ele sobreviveu e foi preso dentro do organismo maior.

Além da sobrevivência, os tempos de reprodução entre os dois organismos eram sincronizados, conseguindo passar para gerações sucessivas.

No caso dos cloroplastos, o organismo engolfado exibia toda a maquinaria enzimática para realizar a fotossíntese, abastecendo o organismo maior com os produtos dessas reações químicas: os monossacarídeos. No caso das mitocôndrias, postula-se que o procarioto engolfado poderia ser uma α-proteobactéria ancestral.

No entanto, a identidade potencial do organismo hospedeiro maior é uma questão em aberto na literatura.

O organismo procariótico engolfado perdeu sua parede celular e, ao longo da evolução, sofreu as modificações pertinentes que deram origem às organelas modernas. Esta é, em essência, a teoria endossimbiótica.

Evidências para a teoria endossimbiótica

Existem atualmente vários fatos que sustentam a teoria da endossimbiose, a saber: (a) o tamanho das mitocôndrias e cloroplastos atuais é semelhante ao dos procariotos; (b) essas organelas possuem seu próprio material genético e sintetizam parte das proteínas, embora não sejam completamente independentes do núcleo e (c) haja múltiplas semelhanças bioquímicas entre as duas entidades biológicas.

Vantagens de ser eucariótico

A evolução das células eucarióticas está associada a uma série de vantagens em relação aos procariotos. O aumento de tamanho, complexidade e compartimentação permitiu a rápida evolução de novas funções bioquímicas.

Após a chegada da célula eucariótica, veio a multicelularidade. Se uma célula "deseja" desfrutar dos benefícios de um tamanho maior, ela não pode simplesmente crescer, pois a superfície da célula deve ser grande em relação ao seu volume.

Assim, organismos com mais de uma célula foram capazes de aumentar seu tamanho e distribuir as tarefas entre as múltiplas células que os compõem.

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