ORIGEM DA CÉLULA: PRINCIPAIS TEORIAS (PROCARIÓTICA E EUCARIÓTICA) - BIOLOGIA - 2025

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

A origem da vida per se foi acompanhada 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.

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Diferentes experiências de laboratório têm demonstrado 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 replicação (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, que significa oca. 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 vida pré-existente.

Este último postulado é 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 da célula procariótica

A origem da vida é um fenômeno intimamente ligado à origem das células. Na terra, existem duas formas celulares de vida: procariotos 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 procarioto é uma aglomeração organizada e intrincada de vários complexos moleculares.

A evolução de ambos os ramos da vida é uma das questões mais excitantes 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, 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 N ₂, bem como uma série de de gases como H ₂, H ₂ S e CO.

Supõe-se que a hipotética atmosfera primitiva proporcionou 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

Após 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 - uma etapa crítica 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 são agrupadas voltadas para o meio aquoso e as caudas hidrofóbicas em seu 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 caminho 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 tiveram que aparecer 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 executam 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. Comunidades biológicas apresentam múltiplas interações, tanto antagônicas quanto sinérgicas. Um termo genérico 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 algum 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 foram 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

Atualmente, existem 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 em 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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