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A teoria endossimbiótica explica o surgimento da mitocôndria e do cloroplasto, a partir de uma associação simbiótica. Em que um eucarioto anaeróbico ancestral engloba um procarionte aeróbio, de forma que ao longo do tempo o eucarioto ancestral torna-se um eucarioto aeróbio, gerando benefícios para ambas. A semelhança dessas organelas com bactérias, DNA e ribossomos próprios e a capacidade de se duplicar são características que sustentam essa teoria.

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Esse artigo explica como Carl Woese, microbiologista norte-americano conseguiu descobrir a existência das Arqueas, domínio caracterizado por sobreviver a condições de vidas extremas e inóspitas para boa parte dos demais seres vivos.

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Maria Eduarda Campos Castro dos Reis

Aluna do curso técnico em Segurança do Trabalho (Cefet/RJ - Uned Maria da Graça)

Fabiana Cordeiro

Doutora em Microbiologia, docente (Cefet/RJ - Uned Maria da Graça)

Luciana Ferrari Espindola Cabral

Doutoranda (Nutes/UFRJ), docente (Cefet/RJ - Uned Maria da Graça)

A evolução é um processo que envolve o surgimento de novas espécies de organismos; é um tema da área de estudo conhecida como filogenia. Uma importante ferramenta que é utilizada na determinação das relações evolutivas são os RNAs ribossomais (RNAr), justamente por comporem os ribossomos que estão presentes em todas as células.

O pioneiro no uso do RNAr foi Carl Woese (1928-2012), um microbiologista norte-americano que revolucionou o entendimento da evolução celular. As sequências de alinhamentos base por base nitrogenada realizadas com o auxílio de um computador permitem distinguir, com base na variação da sequência do RNAr entre dois organismos, a sua divergência evolutiva. Com base nisso, é possível determinar também quais são os ancestrais comuns recentes de um grupo de indivíduos. Dessa forma, é importante ressaltar que, com base nessas informações, é possível a construção de árvores filogenéticas que estabeleçam essas relações de parentesco entre os seres vivos.

Como descrito, por Charles Darwin, em 1859,

A hora vai chegar, eu acredito, embora eu não viva para ver, quando teremos árvores genealógicas muito justas de cada grande reino da natureza.

Darwin - diferentemente de Larmarck, que acreditava na geração espontânea - pensava que as espécies não eram estáticas e que havia uma origem comum a todos os organismos.

Como descrito por Fernandez-Medina em 2012, a grande contribuição e mudança no sistema de classificação dos organismos trazida por Darwin é que só há como considerar um sistema de classificação como válido se ele é baseado em suas relações filogenéticas.

A partir da análise comparativa do RNAr e da utilização das ferramentas de biotecnologia, três linhagens celulares filogeneticamente distintas foram identificadas. Essas linhagens, denominadas domínios, são: Bacteria, Eukarya e Archaea. Esta última é o objeto deste estudo.

Tanto Bacteria quanto Archaea são procariotos; o domínio Eukarya engloba todos os eucariotos.

Segundo Madigan e colaboradores (2009), é importante ressaltar que todos os procariotos não exibem estreita relação filogenética e que Archaeas estão mais estreitamente relacionadas à Eukarya que a Bacteria.

Basicamente, o domínio Archaea é constituído por dois filos: Euryarchaeota e Crenarchaeota. O filo Euryarchaeota engloba metanogênicos (com energia obtida durante a produção do metano) e halófilos extremos (aqueles que necessitam de grandes quantidades de sal para sobreviver), encontrados em lagos ricos em carbonato de cálcio; e os termoacidófilos (com alta afinidade por ácido).

O filo Crenarchaeota é composto por hipertermófilos que crescem em ambientes de altas temperaturas, como fontes termais e fendas hidrotermais. Por outro lado, existem alguns representantes deste filo que são encontrados em ambientes opostos aos de alta temperatura, de cerca de 3°C, localizados em mares abertos. Como observamos, esses micro-organismos possuem como característica comum sobreviver em condições inóspitas para a maioria dos organismos.

Considerações finais

E qual seria a importância disso? É possível imaginar micro-organismos vivendo em lavas vulcânicas ou em ambientes frios como o gelo? Pois é, alguns desses ambientes são povoados por organismos extremófilos, garantindo a vida nesses locais.

Na biotecnologia, a amplificação de ácidos nucleicos só é possível devido à presença de enzimas que, assim como os micro-organismos que as possuem, são estáveis a altas temperaturas.

Outro exemplo é a DNA polimerase (enzima responsável pela duplicação das cadeias de DNA) da hipertermófila Thermus aquaticus. A amplificação do DNA acontece in vitro (no laboratório), pois suporta altas temperaturas dos termocicladores nos quais as reações acontecem.Essa enzima permite que o DNA seja sequenciado, ou seja, toda a sua sequência de bases nitrogenadas seja determinada, ou que seja amplificado um gene de interesse tanto da Medicina como da Agricultura, trazendo importantes pesquisas em diferentes áreas de conhecimento.

Referências

DARWIN, Charles. The origin of species by means of natural selection or the preservation of favoured races in the struggle for life. 1st ed. London: John Murray, 1859.

FERNÁNDEZ MEDINA, Rita Daniela. Algunas reflexiones sobre la clasificación de los organismos vivos. História, Ciências, Saúde, Rio de Janeiro, v. 19, nº 3, p. 883-898, jul./set. 2012.

MADIGAN, Michael T. et al. Microbiologia de Brock. 12ª ed. Porto Alegre: ArtMed, 2009.

Publicado em 17 de setembro de 2019
Este artigo e os seus comentários não refletem necessariamente a opinião da revista Educação Pública ou da Fundação Cecierj.

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Revista Educação Pública - Archaea: o domínio dos extremos

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A evolução é um processo que envolve o surgimento de novas espécies de organismos; é um tema da filogenia. Uma importante ferramenta que é utilizada na determinação das relações evolutivas são os RNAs ribossomais, justamente por comporem os ribossomos que estão presentes em todas as células.

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Animação que explica de forma ilustrativa como ocorreu a modificação da classificação taxonômica para o modelo aceito atualmente, o qual é baseado nas relações entre o RNA.

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Os Três Domínios dos Seres Vivos | ANIMAÇÃO EM 03 MINUTOS

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O que um humano, uma rosa e uma bactéria tem em comum?

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O que um humano, uma rosa e uma bactéria tem em comum?

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Cada um destes possui algo em comum com todos os outros organismos da terra – eles possuem uma estrutura de moléculas que codifica as suas vidas – o DNA.
O DNA é responsável por codificar as informações individuais de cada organismos que existe na terra, e, como vimos, parte dele é herdada dos progenitores (pais), e, ao longo das gerações e trocas de DNA, é possível haver uma maior variabilidade genética e consequentemente mais espécies podem surgir ao longo do tempo.
O DNA codifica informações diversas, como a cor dos olhos de um humano, o tamanho dos espinhos de uma rosa, ou a maneira como uma bactéria é capaz de infectar outro organismo.

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O DNA é produzido de modo muito interessante, no sentido 3′ –> 5′ (três linha –> cinco linha). A produção do DNA inicia em um organismo vivo, à partir do momento em que o espermatozoide fecunda um óvulo. Nesse momento, todas as informações do futuro organismo vivo, serão criadas por meio da combinação de parte do material genético da mãe com a parte do pai.

Mas o que é o sentido 3′ – 5′?

Simples! Á partir de um nucleotídeo, o outro nucleotídeo que se ligar, vai se ligar por meio do 3º carbono livre na molécula de açúcar (OH) do nucleotídeo primário. Numa fita, só ocorrem ligações nesse sentido. Na outra fita, a adição de novos nucleotídeos vai ocorrer no 5º carbono livre da molécula de açúcar dos nucleotídeos. Por este fato é que temos o sentido 3′ – 5′.

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A transcrição é a primeira etapa da expressão do gene. Envolve a cópia da sequência de DNA de um gene para produzir uma molécula de RNA.
A transcrição é realizada por enzimas chamadas RNA polimerases, que ligam nucleotídeos para produzir uma cadeia de RNA (usando uma cadeia de DNA como modelo).
A transcrição tem três estágios: iniciação, alongamento e término.
Nos eucariontes, as moléculas de RNA devem ser processadas após a transcrição: elas são emendadas e têm um cap 5' e uma cauda poli A colocadas em suas extremidades.
A transcrição é controlada separadamente para cada gene em seu genoma.

Antes de seguir para a segunda etapa da expressão gênica, o RNA produzido na transcrição passa por um processo chamado Splicing. Esse processo consiste na retirada de regiões não codificantes (ÍNTRONS) e consequentemente na junção dos ÉXONS, que são regiões codificadoras. Assim, quando o RNAm migrar do núcleo para o citoplasma conseguirá gerar uma proteína funcional e de interesse para a célula.

O processo de tradução gênica consiste em unir aminoácidos de acordo com o a sequência de códons do RNA mensageiro. ... Como a sequência do mRNA é determinada pelo gene (sequência de bases nitrogenadas do DNA), então a síntese de proteína representa a tradução da informação genética

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As enzimas são proteínas primordiais para que as reações ocorram sem um aumento exagerado de temperatura, elas servem como catalisadores de reações químicas atuando sobre substratos específicos e em locais determinados desses substratos, ao se ligarem, a energia de ativação é diminuída.
Alguns termos como energia livre e energia de ativação são comuns de serem vistos quando se trata desse conteúdo. A energia livre é aquela que é aproveitada para realizar trabalho, já a energia de ativação é a quantidade necessária de energia para se dar início a uma reação.

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Fundamentalmente, existem dois tipos básicos de células: as procariontes e as eucariontes.

Células Procariontes

Constituem as bactérias e arqueobactérias;

Seres unicelulares;

Não apresentam um sistema de membranas que divide a célula em compartimentos funcionais, possuem apenas a membrana plasmática;

Não possui núcleo, o material genético se encontra disperso no citoplasma;

DNA circular (nucleóide);

Não tem citoesqueleto;

Forma simples (em geral, forma de esfera ou bastonete);

Apresentam parede extracelular rígida, formada por peptideoglicanos, que delimita suas formas e fornece proteção mecânica;

Reprodução por fissão binária assexuada.

Células Eucariontes

Células animais, vegetais, fungos e protistas;

Seres unicelulares ou pluricelulares;

Apresentam um sistema complexo de membranas, dividindo-a em compartimentos funcionais ➡ aumentando a eficiência e permitindo maior crescimento;

Citoplasma envolvido por pela membrana plasmática (fosfolipídios + proteínas);

Núcleo bem definido, envolvido pelo envoltório nuclear.

DNA linear;

Presença de organelas membranosas;

Mitocôndrias, complexo golgiense, retículo endoplasmático liso e rugoso, lisossomos, dentre outras.

Citoesqueleto fibrilar, responsável pelos movimentos e manutenção da forma;

Parede celular (nos vegetais) composta por celulose;

Reprodução por mitose ou meiose.

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A compartimentalização endocelular é tratada como o marco percursor essencial para a formação das organelas e, consequentemente, um dos eventos evolutivos mais importantes que levaram à diferenciação entre procariotos e eucariotos.
No entanto, estudos recentes, como o apresentado no artigo acima, liderado por DIECKMANN e PEREIRA-LEAL, revelam que a compartimentalização, aparentemente, está presente em todos os domínios da vida, não sendo restrita apenas a células eucariontes.
O estudo caracteriza os compartimentos intracelulares em três grupos principais: eles podem ser 1. baseados em membranas, 2. baseados em proteínas ou ainda 3. podem ser distinguidos quanto a sua origem, sendo autógenos (produzidos pela própria célula) ou exógenos (formados a partir de processos endossimbióticos). E, como discorrem os autores, exemplos de cada uma dessas classificações foram encontradas em procariotos, o que vai de encontro ao conhecimento estabelecido popularmente de que organismos procariotos possuíam apenas os ribossomos como suas organelas.
Porém, apesar da notável descoberta, os autores ainda estabelecem que "embora a presença de compartimentos intracelulares não mais distingue procariotos de eucariotos, a complexidade do plano celular compartimentado ainda é substancialmente maior em eucariotos". Além disso, ainda é notável a diferença da variedade e das origens das compartimentalizações nos dois domínios celulares.

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Mapa mental resumindo os principais domínios.

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O vídeo de animação do grupo TED-education apresenta uma breve história dos processos de evolução das células procariontes primitivas que culminaram na célula eucarionte que conhecemos hoje.

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How we think complex cells evolved - Adam Jacobson

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Processo de Compartimentalização das células eucarióticas

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Processo de Compartimentalização das células eucarióticas

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A imagem acima apresenta a teoria mais aceita dos processos de evolução da célula eucariótica: A Compartimentalização endocelular e A Teoria endossimbiótica.