Aula 3. os primeiros seres vivos e rotas metabólicas
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Aula 3. os primeiros seres vivos e rotas metabólicas
- 1. Biologia Ensino Médio Instituto Federal do Sul de Minas - IF Sul de Minas Campus Muzambinho Prof. Evandro Sanguinetto evandro.sanguinetto@muz.ifsuldeminas.edu.br
- 2. Os primeiros seres vivos Procariontes Eucariontes Evandro Sanguinetto-2013
- 3. Evandro Sanguinetto-2013 Os primeiros seres vivos
- 4. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 6. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 8. Estromatólitos • 3,5 bilhões de anos • Registro da vida mais antiga • Sul da África e oeste da Austrália • Formados por bactérias fotossintetizantes (cianobactérias) Evandro Sanguinetto-2013
- 9. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 12. 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) Evandro Sanguinetto-2013
- 13. Cianobactérias (cont.) • Apresentam lamelas internas (invaginações da membrana plasmática) onde se localizam os pigmentos Evandro Sanguinetto-2013
- 14. Cianobactérias (cont.) • Estas lamelas são consideradas precursores dos tilacóides, presentes nos cloroplastos de células eucariotas Evandro Sanguinetto-2013
- 16. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 20. Cianobactérias (cont.) • Podem estabelecer simbiose com outros organismos ou formar colônias filamentosas, por vezes envolvidas por uma cápsula mucilaginosa Evandro Sanguinetto-2013 http://simbiotica.org/cianobacterias.htm
- 21. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 22. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 24. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 25. 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_endossimbi ose Evandro Sanguinetto-2013
- 27. 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. Evandro Sanguinetto-2013
- 28. De procarionte a eucarionte Evandro Sanguinetto-2013
- 31. Procariota x Eucariota Características 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
- 32. Células vegetais e animais • Principais diferenças e semelhanças entre as células vegetais e animais Evandro Sanguinetto - 2013 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
- 33. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 34. Evolução do metabolismo energético Hipótese heterotrófica Hipótese autotrófica Evandro Sanguinetto-2013
- 35. Evandro Sanguinetto-2013 Evolução do metabolismo energético Imagem: Extremófilos do Rio Tinto, Espanha
- 36. 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? Evandro Sanguinetto-2013
- 37. Hipótese heterotrófica Alimentação à partir do meio externo ao organismo Evandro Sanguinetto-2013
- 38. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 39. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 40. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 41. 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 Evandro Sanguinetto-2013 Luz Clorofila
- 42. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 43. Resumindo • Ainda hoje estão presentes na Terra, seres que utilizam essas três vias para o metabolismo energético Fermentação Fotossíntese Respiração Evandro Sanguinetto-2013
- 44. Hipótese autotrófica Produção do próprio alimento Evandro Sanguinetto-2013
- 45. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 46. 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 Evandro Sanguinetto-2013 6 CO2 + 12 H2S C6H12O6 + 6H2O + 12S
- 47. Resumindo • Ainda não se sabe ao certo a via metabólica inicial • Os debates continuam • A hipótese autotrófica vem ganhando força Quimiossíntese Fermentação Fotossíntese Respiração Evandro Sanguinetto-2013
- 48. 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) Evandro Sanguinetto-2013
- 49. 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 Evandro Sanguinetto-2013
- 50. 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/ • 3º ano Ensino Médio: https://www.facebook.com/groups/IFSul.ensino.medio3.2014/ Evandro Sanguinetto - 2013 50