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LÓGICA Origem e Evolução dos Sistemas de Endomembranas.

Resumo As primeiras células procarióticas incrementaram enormemente o seu arsenal enzimático e suas rotas metabólicas. Isso exigiu um contato mais específico e eficiente entre as diversas moléculas envolvidas nessas rotas. Com o sistema de endomembranas, toda essa comunicação celular se tornou mais fácil, pois além de regular a entrada e saída de eletrólitos por seus canais protéicos, há a divisão de tarefas de cada organela. A mitocôndria, o cloroplasto, o núcleo e o retículo endoplasmático foram os aqui discutidos. A mitocôndria, assim como o cloroplasto, surgiu de células procariotas que acabaram por viver com uma relação simbiótica com a célula eucariota, tornando-se, assim, ao longo da evolução, parte dessa célula. No caso dos cloroplastos, permaneceram apenas em células fotossintetizantes, as vegetais. O núcleo e o retículo endoplasmático foram separados devido às constantes invaginações da membrana plasmática, o que fez com que, mais tarde, o núcleo abrigasse a carga genética celular e o retículo sintetizasse as proteínas necessárias a sua atividade metabólica. A Teoria da Endossimbiose foi a chave central de todo o trabalho.


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Introdução A célula percorreu um longo caminho até chegar ao que é hoje. O grande avanço adaptativo sofrido pelas células foi a formação de dobras, cisternas, vesículas, compartimentos e retículos originados da membrana primordial - era o nascimento da célula eucariótica, com seu sistema de endomembranas. Esse

novo

sistema

possibilitou

maior

crescimento

celular,

maior

especialização, divisão de tarefas entre componentes celulares e eficiência metabólica, maior proteção do material hereditário, maior diversidade de rotas metabólicas, facilidade no contato e na aglomeração intermolecular. Todo esse trajeto será discutido a seguir.


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Elementos textuais 1. Mitocôndrias A mitocôndria é uma das mais importantes organelas citosólicas, responsável pela respiração celular e pela produção de energia. Seu funcionamento acontece quando as substancias nutritivas as penetram, onde reagem com o gás oxigênio, em um processo comparável à queima de um combustível, a partir daí é produzido energia em forma de ATP (adenosina trifosfato). São abundantes em células do tecido nervoso e do cardíaco, pois estes apresentam grande demanda de energia. Presentes na maioria dos eucariontes, exceto em um grupo de protistas (Archezoa). No entanto, análises genômicas mostram que estes podem ter perdido essas estruturas ao longo de sua evolução. Estas importantes estruturas apresentam duas membranas fosfolipídicas, uma externa e uma interna. Esta última forma microvilosidades chamadas de cristas mitocondriais. As mitocôndrias possuem DNA, RNA e ribossomos próprios, o que faz com que cientistas indaguem sua origem. “É virtualmente certo que as mitocôndrias originaram-se de eubactérias de vida livre (aeróbicas) metabolizadoras de oxigênio, que foram englobadas por uma célula eucariótica ancestral que poderia, por outro lado, não fazer tal uso de oxigênio (anaeróbia). Escapando da digestão, essas bactérias evoluíram em simbiose com a célula predadora e sua progênie, recebendo abrigo e alimento em troca do poder de reprodução que proporcionaram a seus hospedeiros” (Alberts et al. - 2004). A partir desse pensamento, começaram a surgir os pensamentos para a Teoria da Endossimbiose, a qual diz que as mitocôndrias foram seres procariontes e que viviam em perfeita simbiose com os eucariontes. Há também a hipótese de que essa simbiose iniciou-se quando a atmosfera primitiva começou a se tornar oxidativa (isso explica a importância do oxigênio), há cerca de 1,5 bilhão de anos atrás.


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A questão das endomembranas é um ponto a mais de toda essa evolução. Cada ser unicelular possuía uma membrana, esta formada desde o surgimento dos coacervados, descritos por A. Oparin: “As primeiras substâncias protéicas estavam simplesmente em solução; a seguir suas micelas se reuniram para formar aglomerações moleculares e, depois, se desprenderam da solução aquosa, na forma de pequeninas gotas flutuantes na água: coacervatos, já visíveis ao microscópio (...)”. “No decorrer de inúmeros milhões de anos, a estrutura das gotas de coacervato variava e se aperfeiçoava. As gotas de estrutura mais simples se desprendiam, as mais perfeitas cresciam e se multiplicavam, dividindo-se. Finalmente, nasceram em conseqüência disso seres vivos elementares”. Esses coacervatos eram, segundo L. E. Orgel, dispersões coloidais, que são soluções contendo partículas que possuem uma cabeça hidrofílica e uma cauda hidrofóbica (anfipáticas). Essas partículas anfipáticas se agruparam, formando uma bicamada lipídica primitiva. Esta membrana foi a que envolveu as primeiras células na história evolutiva, as quais eram procariontes. A teoria da endossimbiose diz que uma célula eucariota (mais evoluída) englobou uma célula procariota, que por sua vez possuía uma membrana plasmática, a qual se tornara a endomembrana da mitocôndria.


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2. Cloroplastos Os cloroplastos são estruturas semelhantes às mitocôndrias. São compostos de tilacóides (lugar onde a clorofila é armazenada) e duas membranas, uma interna e outra externa, assim como a mitocôndria. Eles sintetizam carboidratos, fabricando alimento à célula, a partir do dióxido de carbono atmosférico e água, através da fotossíntese. “Como as mitocôndrias, os cloroplastos têm seu próprio genoma e, provavelmente, se originaram como bactérias fotossintetizantes simbiontes, adquiridas por células que já possuíam as mitocôndrias” (Alberts et al. – 2004).

A figura mostra uma célula eucariótica inicial, incapaz de fotossintetizar. Como houve um momento em que o alimento da sopa pré-biótica estava se esgotando, a célula se viu em uma necessidade de produzir seu próprio alimento. Fagocitou, então, uma bactéria capaz de fazer fotossíntese (cianobactéria), a qual foi mais tarde chamada de cloroplasto quando presente no interior desta célula.


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3. Núcleo e Retículo Endoplasmático O envelope nuclear consiste de duas membranas: a nuclear externa (é contínua com a do Retículo Endoplasmático) e a nuclear interna (que contém proteínas específicas que atuam como sítios de ligação para a cromatina e a malha protéica da lâmina nuclear, que dá suporte estrutural a essa membrana). Sabe-se que as primeiras células existentes foram procariontes e mais tarde produziram esse envelope nuclear, tornando-se eucariontes. A maneira como isso ocorreu foi relativamente simples. Por mutação genética, alguns procariontes teriam passado a sintetizar novos tipos de proteínas, e isso levaria ao desenvolvimento de um complexo sistema de membranas, que, invaginando-se da membrana plasmática, teria dado origem às diversas organelas delimitadas por membranas. Assim teriam aparecido o retículo endoplasmático e a membrana nuclear, principal característica das células eucariontes. Lynn Margulis sugere que as células eucarióticas seriam o resultado da associação de células procarióticas simbióticas. Alguns outros fatos parecem apoiar a teoria endossimbiótica:  Material genético igual entre procariontes e eucariontes;  Transcrição e tradução semelhantes;  Simbiose é um processo muito comum no mundo vivo;  Tamanho de cloroplastos e mitocôndrias muito semelhante ao dos procariontes atuais;  Membrana interna dos cloroplastos e mitocôndrias é produzida pelos próprios organitos;  Ribossomos

dos

cloroplastos

semelhantes

em

tamanho

e

características aos dos procariontes;  Síntese protéica das mitocôndrias e cloroplastos é inibida por substâncias inibidoras de procariontes (estreptomicina e cloranfenicol) mas não por inibidores de eucariontes (cicloheximida);  Aminoácido iniciador da cadeia polipeptídica de uma mitocôndria ou cloroplasto é a formil-metionina, como nas bactérias, e não a metionina, como nos eucariontes (e arqueobactérias);


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 DNA próprio nas mitocôndrias e cloroplastos, semelhante, em estrutura, ao material genético bacteriano, não associado a histonas;  divisão autônoma das mitocôndrias e dos cloroplastos;  Protozoários que vivem em simbiose com bactérias não têm mitocôndrias, mas realizam respiração aeróbia por intermédio das bactérias, localizadas no interior de vacúolos.


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Referências: http://curlygirl.naturlink.pt/eucariotica.htm http://www.consulteme.com.br/biologia/citologia/teoria_origem.htm http://pt.wikipedia.org/wiki/Mitoc%C3%B4ndria http://www.guia.heu.nom.br/mitocondrios.htm Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., Walter, P. – Biologia Molecular da Célula, Quarta edição, 2006. Editora Artmed. Orgel, L. E. – As Origens da Vida: Moléculas e Seleção Natural, Segunda edição, 1973. Editora UnB. Oparin, A. – A Origem da Vida, Sétima edição, 1978. Editora Símbolo.


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