A bioquímica da Vida

Dos elementos às moléculas…

Já faz algum tempo, algo entre 1924 e 1929, dois cientistas A.I. Oparin e J.B.S. Haldane deram as primeiras pistas sobre como um local inóspito como a Terra primitiva poderia possuir os materiais necessários para formar seres tão complexos como os que vemos hoje.

sopaNa verdade, hoje sabemos que para se ter algo vivo não é preciso muita coisa não, e se juntarmos um punhado de elementos químicos (na verdade quase 100 elementos) teremos toda base de estrutura química que precisamos pare se ter algo que possua vida. Mas, 4 elementos são mais fundamentais que os outros, os CHON … ou seja … Carbono, Hidrogênio, Oxigênio e Nitrogênio!! No passado, antes de se ter algo vivo, estes elementos existiam nos oceanos de temperaturas elevadas e formavam então algo parecido com uma “sopa” a famosa “sopa primordial”.

Mas os cientistas tinham que provar que a partir dos elementos presentes nesta “sopa” era possível criar algo que tivesse vida, e assim em 1953, Stanley Miller testou a ideia. Em seu experimento, Miller passou descargas elétricas em uma solução que continha água (H2O), metano (CH4) e amônia (NH3) … reparem todos elementos presentes na “sopa primordial” (CHON). Os resultados foram incríveis!!! Uma variedade enorme de compostos orgânicos surgiu, incluindo ali aminoácidos, açúcares e até os elementos bases para formar o DNA e o RNA das células de hoje.

De fato sabemos hoje que se juntarmos estes elementos (CHON) em uma solução aquosa em uma temperatura um pouco elevada, estes compostos poderão se ligar, formando moléculas cada vez maiores … temos aqui então uma das primeiras respostas de como a partir de algo parecido com uma “sopa de letrinhas” surgem estruturas maiores e mais complexas (esquema 1), e assim, o início de tudo!!

O carbono entra aqui como peça fundamental, pois ele é capaz de se ligar a várias outras moléculas, inclusive com ele mesmo. A diversidade de  moléculas que puderam ser criadas a partir do carbono foram enormes, e assim surgiram as moléculas orgânicas (= formadas por carbono).

diagrama

esquema 1

Mesmo após estes experimentos ainda restavam alguns problemas a serem solucionados!! Os lipídios, que são importantes para a formação das membranas celulares, não estavam presentes nesta “sopa”, assim como também não havia açúcares (ribose neste caso) suficientes para formar as moléculas de DNA e RNA. Além disto, como seria possível juntar todas as peças que formam as proteínas (os aminoácidos) e o DNA (os ácidos nucléicos) da forma correta? O que estava faltando para unir estas moléculas isoladas e formar estruturas organizadas?

E assim, a teoria de Miller não agradava a todos! O primeiro problema é o fato de que nesta “sopa” os elementos livres estariam muito diluídos, tornando quase impossível que eles se encontrassem por acaso e dessem origem a moléculas complexas como proteínas e DNA. Uma alternativa para o problema foi dada pelo quase cientista (quase porque, na época, ele era um advogado especializado em patentes formado em química) Günter Wächtershäuser influenciado pelo seu amigo Karl Popper. Para ambos a teoria da “sopa” apresentava um problema energético, ou seja, os elementos livres dificilmente se ligariam uns aos outros sozinhos. Para Günter estes elementos deveriam ter um “ponto de encontro”, e este ponto seriam os minerais feitos de ferro e enxofre (= pirita) localizados nas fontes hidrotermais dentro dos oceanos, onde a temperatura e pressão eram bastante elevadas. Nesta teoria (talvez até pudéssemos chamar de “pizza primordial” no lugar de “sopa”) a energia necessária para ligar os elementos vem da pirita, qupizza primordiale ao mesmo tempo, por ser carregada positivamente, atraia os elementos, mantendo-os orientados e próximos suficientes para que se ligassem.

Além do problema da origem das moléculas temos que pensar também que, para que essas moléculas formassem algo vivo, era preciso também que quantidades grandes delas existissem. Todos os seres vivos são extremamente complexos, e tal complexidade não surgiu do nada. Moléculas complexas como proteínas, DNA, RNA  e carboidratos, são formadas a partir da união de várias subunidades compostas por elementos diferentes e  dispostas em uma seqüência precisa. Assim, a vida certamente teve origem a partir de uma série de pequenos passos, onde novos elementos foram sendo construídos em cima de algo que já havia surgido.

Mas, o que vemos em todos os organismos modernos é que, os ácidos nucléicos (DNA e RNA) contêm as informações necessárias para construir proteínas, e as proteínas são necessárias para construir os ácidos nucléicos … e agora?! Neste ponto os cientistas esbarraram no problema do tipo “quem veio primeiro o ovo ou a galinha??”. O que veio em primeiro lugar, o ácido nucléico ou a proteína? Este enigma foi solucionado quando se descobriu que alguns tipos de RNA podiam tanto armazenar informação genética como fazer as reações químicas necessárias para gerar cópias de si mesmo (= auto-replicação). Pronto, parece que o problema “do ovo e da galinha” havia sido resolvido: os ácidos nucléicos (especificamente o RNA) vieram primeiro, e mais tarde, a vida mudou para a herança baseada em DNA.

Bom neste ponto da história, a vida era baseada em um “mundo de RNA”, onde o RNA fazia muitos trabalhos: armazenava  informações genéticas, copiava a si mesmo e realizava também as funções metabólicas básicas. Hoje, existe uma divisão de trabalho dentro das células, as moléculas de DNA e RNA são responsáveis pela informação genética, enquanto as enzimas (que são proteínas) ficam encarregadas do metabolismo, e isto tornou os sistemas biológicos muito mais eficientes.

Mas vamos pensar um pouco … onde há replicação acontecendo, significa que algo está dobrando em número. Assim, temos que ter em mente que deve existir um fluxo constante de precursores e energia vindo de algum lugar para sustentar a síntese de novas moléculas, além de uma estrutura física que possibilite que os reagentes estejam reunidos para produzir e manter os moléculas formadas. E assim surgem as membranas celulares… mas como??

O fato é que a auto-replicação abriu as portas para a seleção natural. Uma vez que uma molécula auto-replicante se formou, algumas variantes destes primeiros replicadores teriam feito um trabalho melhor de copiar a si mesmos do que os outros, produzindo assim mais moléculas parecidas com si mesmo. Estes super-replicadores tornaram-se  mais comuns. Até que, um deles foi acidentalmente construído de uma forma que lhe permitiu ser um super-super-replicador, e assim, essa variante iria assumir o papel de melhor replicador com capacidade de deixar mais descentes. Através deste processo de seleção natural contínua, pequenas mudanças em moléculas replicadoras foram eventualmente sendo acumuladas, até que um dia … um sistema de replicação eficiente e estável foi mantido.

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4 comentários em “A bioquímica da Vida

  1. Emfim, o CHON, nada mais é do que a energia maior e superior que, os humanos chamam de Deus. Portanto, deveriam tratar melhor o planeta que vivem e ajudar os seus semelhantes, em vez de ficar questionando quem criou Deus !!!!

    • Sem dúvidas deveríamos tratar melhor nosso planeta e ajudar nossos semelhantes.
      Confira na quarta edição os vídeos da mesa de Agroecologia, por exemplo, as propostas para melhorar nossa relação com a natureza. As outras mesas, todas na mesma edição, também trazem propostas inovadoras para melhorarmos nossa relação com a natureza e com o próprio ser humano.

      Fraterno abraço.

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