VIDA - Cap 03-c

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Figura 3.23 Os nucleotídeos têm três
componentes Um nucleotídeo consiste em
um grupo fosfato, um açúcar pentose (ribose
ou desoxirribose) e uma base contendo nitro-
gênio, todos unidos por ligações covalentes.
As bases nitrogenadas têm duas diferentes
formas quimicas: as purinas com dois anéis
fundidos e as pirimidinas, mais pequenas, com
um ún'lco anel.
A base pode
ser tanto uma
pirimidinaou
uma purina.
Tanto no RNA quanto no DNA, o esque-
leto da molécula consiste em açúcares pen-
toses e fosfatos alternados (açúcar - fosfato
- açúcar - fosfato). As bases estão ligadas aos
açúcares e se projetam a partir da cadeia (Fi-
gura 3.24). Os nucleotídeos são unidos por
ligações fosfodiésteres, entre o açúcar de
um nucleotídeo e o fosfato do próximo eudi-
éster"refere-se às duas ligações formadas por
grupos -OH reagindo com grupos fosfato
Figura 3.24 Distinguindo as característi-
cas de DNA e RNA O RNA é geralmente
uma fita simples. O DNA geralmente consiste em duas fitas corren-
do em direções opostas.
~
'
3'
l'
4' O
5'
A numeraçãodos
carbonos da
ribose é a base
para a
identificaçãodas
terminações 5' e
3' das fitas de
DNAe RNA
RNA (fita simples)
No RNA, as bases são ligadas à ribose. As bases
em RNA são as purinas adenina (A) e guanina (G)e
as pirimidinas citosina (C) e uracila (U).
~ ~ ~
= 4t1 + 0 =~~
Ribose ou Nucleosídeo
desoxirribose
~H'2
CHC(~N')HC"", C""-
N O
H
Citosina (C)
o
IIcANH
H~",,-
N O
H
Uracila (U)
o
II
Cr-c/ "'NH
HC~_ I I
N---C'-..~C'-NH2
H
Guanina (G)
B .' 'd' O extemidade 5'
Desoxirribose ase PI\nml Ica Bas\epúrica "pçO
~
/ -""'0-
extremidade 3' 3H d····H~N °:CH
~H .... A 05 2
HC~O y
2 "O O O" çO
~p/ HN /P-.....o-·-o--- "o O···· O
/
~
NH •.•• ~'cH2Fosfato O
O H.···OHC .
2 " OO O " çO~ / P-""'O--o---~ N\-\ •••• O~c1
~ .... .{-\ T O "CH2
H2C O
O 'o O" çO
~ / P-""'O--0---\ NH·····o cI~ ~ ....HN0 "cH2
~. extremidade 3'
H C O ••\•.. I-W2" OH
extremidade 5' O O
~ / Pontes de
-o--- \ hidrogênio
No DNA, as bases estão ligadas à desoxirribose, e a base timina
(T)é encontrada, em vez de uracila; pontes de hidrogênio entre
purinas e pirimidinas unem as duas fitas de DNA.
ácidos). Os grupos fosfato ligam o carbono 3 de um açúcar pento-
se ao carbono 5 do açúcar adjacente.
A maioria das moléculas de RNA consiste em somente uma
única cadeia polinucleotídica. O DNA, entretanto, comumente
apresenta dupla-fita: tem duas cadeias polinucleotídicas unidas
por pontes de hidrogênio entre as suas bases nitrogenadas. As
duas fitas de DNA correm em direções opostas. Você pode ver o
que isso significa desenhando uma flecha através do grupo fosfato,
a partir do carbono 5 até o carbono 3 na próxima ribose. Fazendo
isso em ambas as fitas de DNA na Figura 3.24, as flechas aponta-
rão em direções opostas. Essa orientação antiparalela é necessária
para as fitas completarem-se no espaço tridimensional.
A singularidade de um ácido nucléico reside na
sua seqüência de nucleotídeos
Somente quatro bases nitrogenadas - e assim apenas quatro
nucleotídeos - encontram-se no DNA. As bases do DNA e suas
abreviações são adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina
(T).Uma chave para a compreensão das estruturas e das fun-
ções dos ácidos nucléicos é o princípio do pareamento de bases
complementares. Na dupla-hélice do DNA, a adenina e a timi-
na pareiam-se sempre (A-D, e a citosina e a guanina pareiam-se
sempre (C-C).
O pareamento das bases é complementar devido a três fa-
tores: os locais correspondentes para pontes de hidrogênio em
cada base; a geometria do esqueleto açúcar-fosfato, que traz bases
opostas próximas umas das outras; e os tamanhos moleculares
das bases pareadas. A adenina e a guanina são purinas; a timina
e a citosina são pirimidinas. O pareamento de uma purina grande
com uma pirimidina pequena assegura consistência e estabilidade
para a molécula em dupla-fita do DNA.
O RNA é constituído de quatro diferentes monômeros, mas
seus nucleotídeos diferem daqueles encontrados no DNA. No
RNA, os nucleotídeos são denominados ribonucleotídeos (aque-
les no D A são desoxirribonucleotídeos). Eles contêm ribose mais
do que desoxirribose e, ao invés da base timina, o RNA usa a
base uracila (U). As outras três bases são as mesmas do DNA
(Tabela 3.3).
Embora o RNA esteja geralmente em fita simples, pontes de
hidrogênio complementares entre os ribonucleotídeos desem-
penham papéis importantes em determinar as formas tridimen-
sionais de alguns tipos de moléculas de RNA (Figura 3.25). O
pareamento de bases complementares pode também ocorrer
entre ribonucleotídeos e desoxinucleotídeos. No RNA, a guanina
ÁCIDO NUCLÉICO
RNA
Segmentos de dupla
fita se formam quando
seqüências de
nucleotídeos do RNA
se pareiam.
o dobramento aproxima
seqüências de bases
complementares, mas
distantes.
Figura 3.25 Pontes de hidrogênio no RNA Quando uma fita
simples de RNA se dobra sobre si, pontes de hidrogênio podem
estabilizá-Ia em formato tridimensional.
e a citosina pareiam (G-C) como no DNA, mas a adenina pareia
com a uracila (A-U). A adenina em uma fita de RNA pode parear
tanto com a uracila (em outra fita de RNA) como com a timina
(em uma fita de DNA).
O DNA é uma molécula puramente informaóonal. A infor-
mação no DNA é codificada nas seqüências de bases carregadas
nas suas fitas - a informação codificada na seqüência TCAG é di-
ferente daquela na seqüência CCAG. O RNA usa a informação
contida na seqüência de nucleotídeos de uma molécula de DNA
para especificar a ordem de aminoácidos que, por sua vez, dita a
estrutura primária da proteína. Essas informações podem ser lidas
facilmente e com confiabilidade em uma ordem específica, con-
forme veremos no Capítulo 12.
A aparência física tridimensional do DNA é marcantemente
uniforme. O segmento demonstrado na Figura 3.26 poderia ser
de qualquer molécula de DNA. As variações no DNA - a diferen-
te seqüência de bases - são estritamente internas. Por meio de
pontes de hidrogênio, as cadeias polinucleotídicas complemen-
tares pareiam e se dobram para formar uma dupla-hélice. Quan-
do comparada com as complexas e variadas estruturas terciárias
das proteínas, essa uniformidade torna-se surpreendente. Mas
esse contraste estrutural faz sentido em termos de funções des-
sas duas classes de macromoléculas. Conforme vimos na Seção
3.2, as formas singulares e diferentes das proteínas permitem que
essas macromoléculas reconheçam moléculas-" alvo" específicas.
A singular forma tridimensional de cada proteína coincide com
pelo menos uma porção da superfície de suas moléculas-alvo. Em
outras palavras, a diversidade estrutural nas moléculas às quais as
Os átomos de fósforo em amarelo e seus átomos de
oxigênio ligados em vermelho, junto com
desoxirriboses, formam os esqueletos da dupla-hélice
As bases pareadas são empilhadas no
centro do dobramento (átomos de nitrogênio
em azul e átomos de carbono em cinza).
Figura 3.26 A dupla-hélice do DNA Os esqueletos das duas fitas
em uma molécula de DNAdobram-se em uma dupla-hélice. Neste
modelo, os pequenos átomos brancos representam hidrogênios.
proteínas se ligam requer diversidade correspondente na estrutu-
ra das proteínas. Diversidade estrutural também é necessária no
DNA. Entretanto, a diversidade de DNA encontra-se com maior
clareza na estrutura de sua seqüência de bases do que na forma
física da molécula.
Desde que o DNA transporta a informação hereditária entre
gerações, uma série de moléculas teóricas de DNA com mu-
danças nas suas seqüências de bases estendem -se através das
linhagens de todos os organismos até o início dos tempos evo-
lucionários.
Espécies vivas proximamente relacionadas deveriam ter se-
qüências de bases mais similares do que espécies, consideradas
por outros critérios, mais distantes. Detalhes de como os cientistas
utilizam essas informaçõessão discutidos no Capítulo 25.
A elucidação e o exame das seqüências de bases de DNA
confirmaram muitas das relações evolucionárias que têm sido
inferidas a partir das comparações mais tradicionais das estru-
turas corporais ou dos estudos da bioquímica e da fisiologia. Por
exemplo, o parente vivo mais próximo dos humanos (Hama sa-
piens) é o chimpanzé (gênero Pan) e, de fato, o D A do chim-
panzé compartilha mais de 98% da sua seqüência de bases do
DNA com o DNA humano. Freqüentemente, os cientistas usam
análises de DNA para elucidar relações evolucionárias quando
estudos de estrutura não são possíveis ou não são conclusivos.
Por exemplo, estudos de DNA revelaram uma relação próxima
entre o estorninho e um outro pássaro (Mimus pa/yg/attas) que
não era esperada com base na suas anatomias ou comporta-
mentos.
Os nucleotídeos são mais do que apenas os blocos construtores
dos ácidos nucléicos. Conforme descreveremos em capítulos pos-
teriores, existem diversos nucleotídeos com outras funções:
• ATP (adenosina trifosfato) age como transportador de energia
em muitas reações bioquímicas (ver Seção 6.2).
• GTP (guanosina trifosfato) serve como fonte de energia,
especialmente na síntese protéica. Possui também papel na
transferência da informação do ambiente para as células (ver
Seção 15.2).
• AMPc (adenosina monofosfato dclico), nucleotídeo especial
com uma ligação adicional entre o açúcar e os grupos fosfato,
é essencial em muitos processos, incluindo as ações de hor-
mânios e a transmissão da informação pelo sistema nervoso
(ver Seção 15.3).
3.5 RECAPITULAÇÃO
Os ácidos nucléicos DNA e RNA são polímeros de nucleo-
tídeos. A seqüência de nucleotídeos no DNA transporta a
informação usada pelo RNA a fim de especificar a estrutu-
ra primária da proteína. A informação genética no DNA é
passada de geração a geração e pode ser estudada para
compreender relações revolucionárias.
• Você pode descrever as diferenças-chave entre DNA e
RNA? E entre purinas e pirimidinas? Ver p. 57-59, Figura
3.23 e Tabela 3.3.
• Você compreende como as purinas e pirimidinas pareiam
em ligações complementares entre nucleotídeos? Ver p.59
e Figura 3.24.
• Como pode existir uma imensa diversidade de moléculas
de DNAmesmo parecendo estruturalmente similares? Ver
p.59-60.
Vimos que os ácidos nucléicos RNAe D A possuem o protótipo da
vida, e que a herança dessas macromoléculas se origina do começo
do tempo evolucionário. Mas de onde os ácidos nucléicos vieram?
Como os blocos construtores da vida Originalmente surgiram?
3.6 Como começou a vida na Terra?
Conforme vimos no Capítulo 2, os organismos vivos são compos-
tos dos mesmos elementos atômicos que o universo inanimado
- os 92 elementos da tabela periódica que ocorrem naturalmente
(ver Figura 2.2).Mas os arranjos desses átomos em moléculas são
especiais nos sistemas biológicos.Vocênão encontrará moléculas
biológicas em matéria inanimada (a menos que elas venham de
um organismo que já foi vivo).
Como começou a vida na Terra, ou onde, é impossível saber
com certeza. Existem duas teorias científicas prevalentes para a
origem da vida na Terra:
• As moléculas da vida chegaram na Terra por fontes extrater-
restres.
• A vida é o resultado da evolução química na Terra.
Como mencionado no Capítulo 2, tem-se pensado que os come-
tas trouxeram para aTerra a maioria da água geradora de vida. Re-
centemente, tem -se tornado aparente que diversos meteoritos de
\!farte aterrissaram na Terra e que alguns desses meteoritos apre-
sentam algumas moléculas possivelmente características da vida.
Em 1984, uma pedra do tamanho de uma bola de softbol' foi
encontrada no gelo, na região de Allan Hills, na Antártida. ALH
4001, como veio a ser chamado, tratava -se de um meteorito de
\!farte (Figura 3.27). Sabemos isso porque a composição dos ga-
ses encontrados dentro da pedra era idêntica à atmosfera mar-
ciana, que é diferente da atmosfera terrestre. Análises minerais
e de determinação de datas, por meio de compostos radioativos,
indicaram que oALH 84001 tinha 4,5 bilhões de anos e foi remo-
vido da superfície de Marte 16 há milhões de anos, aterrissando
na Terra recentemente, há cerca de 13.000 anos.
Os cientistas encontraram água escondida abaixo da superfí-
cie do meteorito marciano. Essa descoberta não era surpreenden-
te, considerando que as observações da superfície demonstravam
Figura 3.27 Havia vida aqui? OmeteroritoALH84001, que veio
:J8 Marte e aterrissou na Antártida, contém diversas características
a vida.
• "! de T. O diâmetro da bola do softbol é maior que a de beisebol (30,4 cm contra
22,8 cm), esportes"irmãos"por suas características, mas com regras próprias. O
softbol é considerado um beisebollight.
que água líquida foi abundante uma vez em Marte (ver Capítulo
2). Como a água é essencial para a vida, os cientistas buscaram no
meteorito outros sinais da sua presença. Suas análises revelaram
duas substâncias relacionadas aos sistemas vivos. Primeiro, mo-
léculas de carbonos simples, chamadas hidrocarbonetos aromá-
ticos policíclicos, estavam presentes em pequenas quantidades;
essas substâncias podem ser formadas por organismos vivos. Se-
gundo, cristais de magnetite, um mineral de óxido de ferro pro-
duzido por muitos organismos vivos na Terra, foi encontrado no
interior da pedra.
O ALH 84001 não foi o único visitante do espaço a demons-
trar sinais químicos de vida. Em fragmentos de um meteorito que
caiu ao redor da cidade de Murchinson,Austrália, em 1969, foram
constatadas moléculas que são exclusivas de seres vivos, incluin-
do purinas, pirimidinas e aminoácidos. Embora a presença dessas
moléculas nas pedras pode sugerir que essas pedras abrigavam
vida, isso não prova que existiam seres vivos nas pedras quando
elas aterrissaram na Terra.
A maioria dos cientistas acha difícil acreditar que um organis-
mo em um meteorito sobreviveria aos milhares de anos viajando
através do espaço e ao intenso calor na passagem pela atmosfera
terrestre. Todavia, existe evidência de que o calor dentro de alguns
meteoritos pode não ter sido tão severo. Quando a pedra pouco
magnetizada é aquecida, ela reorienta seu campo magnético para
alinhar com o campo magnético ao redor dela. No caso do ALH
84001, isto teria sido o campo magnético da Terra, que teria afeta-
do o meteorito à medida que ele se aproximou de nosso planeta.
Medidas cuidadosas indicam que a reorientação ocorreu na su-
perfície da pedra, mas não ocorreu no interior. Os cientistas que
obtiveram essas medidas, Benjamim Weiss e Joseph Kirschvink,
do California Institute of Technology, concluíram que dentro do
ALH 84001 a temperatura nunca foi superior a 4üoCdurante a sua
viagem para a Antártida. Essa evidência torna mais plausível uma
longa viagem interplanetária dos organismos vivos.
Terra e Marte tiveram água e outras moléculas que poderiam,
sob condições corretas, formar as grandes moléculas únicas para
a vida. A segunda teoria da origem da vida na Terra, a evolução
química, sustenta que condições na Terra primitiva conduziram à
emergência dessas moléculas. Os cientistas têm tentado recons-
truir aquelas condições primitivas.
No início do século XX,pesquisadores propuseram que exis-
tia pouco gás oxigênio (02) na primeira superfície terrestre. O gás
oxigênio se acumulou em quantidade por cerca de 2,5 bilhões de
anos, como um subproduto da fotossíntese realizada por formas
de vida unicelulares (hoje, o oxigênio constitui 21% de nossa at-
mosfera). Na década de cinqüenta, Stanley Miller e Harold Urey
criaram uma atmosfera experimental contendo os gases que eles
acreditavam terem estado presentes na atmosfera primitiva da
Terra: hidrogênio, amônia, metano e vapor de água. Através des-
ses gases, eles passaram uma faísca para simular o relâmpago,
então resfriaram o sistema de forma que os gases condensassem
e coletassem uma solução aquosa, ou" oceano" (Figura 3.28).Em
poucos dias, o sistema continha numerosas moléculas complexas,
incluindo aminoácidos, purinas e pirimidinas - alguns dos blocos
construtores da vida.
Em ciência, um experimento e seus resultados devem ser
constantemente reinterpretados, repetidos e refinados à medida
que mais conhecimento se acumula. Os resultados de Miller-Urey
têm sofrido diversos refinamentos:
EXPERIMENTO
HIPÓTESE: Compostos químicos orgânicos podem ser
gerados sob condições similares àquelas existentes na
Terra primitiva.
Uma solução de
compostos simples
químicos é
aquecida,
produzindo uma
atmosfera de
metano, amônia,
hidrogênio e vapor
de água.
Um condensador resfria
os gases atmosféricos em
uma chuva contendo
novos compostos. Os
compostos são coletados
em um "oceano".
Condensação -........J..l
Condensado
é coletado e
analisado.
Os compostos reagem em água, finalmente
formando purinas, pirimidinas e aminoácidos.
CONCLUSÃO: Os blocos químicos construtores da
vida poderiam ter sido gerados na provável atmosfera da
Terra primitiva.
Figura 3.28 Síntese de moléculas prebióticas em uma atmos-
fera experimental O experimento de Miller-Urey simulou condi-
ções atmosféricas possíveis na Terra primitiva e obteve alguns dos
blocos construtores dos sistemas biológicos.
PESQUISA ADICIONAL: Se o O2 estivesse presente na atmosfera
neste experimento, que resultados você preveria?
• Os aminoácidos em seres vivos são sempre L-isômeros (ver
Figura 3.2 e p. 40). Entretanto, uma mistura de D- e L-isôme-
ros apareceu nos aminoácidos formados nos ensaios de Mil-
ler-Urey. Experimentos recentes demonstraram que processos
naturais poderiam ter selecionado os L-aminoácidos desta
mistura. Alguns minerais, especialmente pedras baseadas em
caleita, possuem estruturas em cristal únicas que seletivamen-
te se ligam a aminoáeidos D ou L, separando os dois. Tais pe-
dras eram abundantes na Terra primitiva.
• As visões dos cientistas sobre a atmosfera original da Terra
mudaram desde que Miller e Urey fizeram seu experimento.
Existe abundante evidência de importantes erupções vulcâ-
nicas há 4 bilhões de anos, que teriam liberado dióxido de
carbono (C02), nitrogênio (N2)' sulfeto de hidrogênio (H2S)
e dióxido de enxofre (S02) para a atmosfera. Experimentos
usando esses gases, além daqueles do experimento original,
produziram muitas moléculas.
A evolução química pode ter
conduzido à polimerização
O experimento de Miller-Urey e outros que o seguiram fornece-
ram um plausível cenário para a formação dos blocos construtores
da vida. O próximo passo seria a condensação desses monômeros
em polímeros (ver Figura 3.4). Isso induz um problema principal,
porque na água os polímeros pequenos tendem a se hidrolisar em
monômeros.
Os cientistas utilizam-se de sistemas-modelo para tentar si-
mular condições (a maioria com baixo conteúdo de água), sob as
quais os polímeros poderiam ser feitos:
• Superfícies de minerais sólidos, como a argila finamente divi-
dida, tem grande área de superfície, e os silicatos dentro dos
minerais podem ter sido catalíticos (acelerado as reações) para
as moléculas primitivas baseadas em carbono.
• As rachaduras hidrotérmicas no fundo do oceano, onde água
quente emerge a partir da crosta terrestre, contêm metais tais
como ferro e níquel. Demonstrou-se que esses metais em la-
boratório catalisam a polimerização de aminoáeidos na au-
sência de oxigênio.
• Piscinas de água quente na beira dos oceanos, por evaporação,
podem ter concentrado monômeros até o ponto em que a po-
limerização foi favorecida (a hipótese da"sopa primordial").
Independente da forma com que os estágios primitivos da evolu-
ção química ocorreram, eles resultaram na emergência de monô-
meros e polímeros que provavelmente permaneceram inalterados
em suas estruturas e funções gerais por 3,8 bilhões de anos.
o RNA pode ter sido o primeiro
catalisador biológico
A estrutura tridimensional de uma molécula de RNA dobrada
apresenta uma superfície singular para o ambiente externo (ver
Figura 3.25). Essas superfícies são tão específicas quanto as das
proteínas. Assim como as formas das proteínas as permitem
funcionar como catalisadores, acelerando reações que ordina-
riamente ocorrem muito devagar para serem biologicamente
úteis, as formas tridimensionais e outras propriedades químicas
de certas moléculas de RNA as permitem funcionar como ca-
talisadores.
Os experimentos de Miller-Urey e outros na química pré-
biótica produziram tanto aminoáeidos quanto nucleotídeos. Os
organismos podem sintetizar RNA e proteínas a partir desses mo-
nômeros. Todavia, se a síntese de proteína requer DNA e RNA e a
síntese de áeidos nucléicos requer proteínas (enzimas), confronta-
mo-nos com uma questão do tipo ovo e galinha: quando a vida se
originou, quem veio primeiro, as proteínas ou os ácidos nucléicos?
A descoberta de RNAs catalíticos forneceu uma solução para esse
dilema. Os RNAs catalíticos, chamados ribozimas, podem catali-
Este RNA dobrado é
uma ribozima, que pode
acelerar uma reação.
As seqüências curtas
pareiam com a ribozima.
A ribozima catalisa a
polimerização de
seqüências curtas.
DAs seqüências curtas são
agora uma seqüência mais
nga de RNA.
Estas seqüências
curtas de RNA
são
complementares
à ribozima.
5a:' reações nos seus próprios nucleotídeos, bem como em outras
3:J.' tâncias celulares.
Dado que o RNA pode ser imormacional (na sua seqüência de
:-:rcleotídeos) e catalítico (devido à sua habilidade de criar formas
_::úas tridimensionais; ver Figura 3.25), tem sido hipotetizado que
~--: a primitiva existiu em um"mundo de RNA"- um mundo an-
__ '0DNA. Pensa-se que quando o RNAfoi primeiramente feito,
~:xíeria ter agido como catalisador para sua própria replicação e o
?.'--\para a síntese de proteínas. O DNA poderia eventualmente
~ ê\'oluído a partir do RNA.Algumas evidências laboratoriais su-
:--:cam esse cenário:
~ As de diferentes seqüências foram colocados em um tubo
:este para se replicarem por si só.Tais ribozimas auto-replica-
::::\'asaceleram a síntese de RNA em 7milhões de vezes.
_-o tubo teste, uma ribozima pode catalisar a organização de
R...'\JAcurtos em uma molécula maior - o início de um modelo
'e RNA para a síntese de proteínas (Figura 3.29).
noje, nos organismos vivos, a formação de ligações peptídicas
'er Figura 3.6) é catalisada por uma ribozima.
Figura 3.29 Um catalisador primitivo para a vida Esta re-
construção de laboratóriodemonstra que a ribozima(umamolécula
de RNA dobrada) pode catalisar a polimerizaçãode diversas ca- .
deias de RNA curtas em uma moléculamaior.Talprocesso poderia
ser um precursor para copiar ácidos nucléicos, essencial para sua
duplicação e expressão.
• Em certos vírus chamados de retrovírus, existe uma enzima
chamada transcriptase reversa, que catalisa a síntese de DNA
a partir de RNA.
Enquanto essas evidências sugerem que o RNA poderia ter sido
o primeiro polímero, cientistas estão longe de achar explicações
plausíveis para as origens de outras moléculas grandes caracterís-
ticas da vida, como polissacarídeos, proteínas e lipídeos.
Experimentos invalidaram a geração
espontânea da vida
A idéia de que a vida se originou de matéria não-viva é agora
novidade. De fato, muitas culturas e religiões têm descrições de
tais eventos. Durante a Renascença (período de 1450 a 1700, que
marcou o nascimento da ciência moderna), a maioria das pessoas
pensava que ao menos algumas formas de vida surgiram repe-
tidamente e diretamente de matéria inanimada, ou em decom-
posição, por geração espontânea. Por exemplo, sugeriu-se que os
camundongos surgiam de roupas suadas colocadas em luz difusa;
sapos vinham de solo úmido e moscas eram produzidas a partir
da carne. Alguns cientistas, como o físico e poeta italiano Fran-
cesco Redi, entretanto, duvidaram dessas propostas. Redi afirmou
que as moscas surgiam não por uma misteriosatransformação de
carne em decomposição, mas de outras moscas e de ovos postos
sobre a carne. Em 1668, Redi realizou um experimento científico,
conceito relativamente novo naquele tempo, para testar sua hipó-
tese. Ele dispôs diversos frascos contendo pedaços de carne.
• Um frasco continha carne exposta ao ar e às moscas.
• Um segundo frasco continha carne em um recipiente coberto
com um fino tecido de forma que a carne era exposta ao ar,
mas não às moscas.
• A carne no terceiro frasco estava em um recipiente vedado e,
dessa forma, não estava exposta ao ar ou às moscas.
Como já hipotetizamos, Redi encontrou larvas, que então se trans-
formaram em moscas, somente no primeiro frasco. O achado de-
monstrou que as larvas poderiam ocorrer apenas onde as moscas
estavam presentes. A idéia de que um organismo complexo como
uma mosca poderia aparecer de novo, a partir de uma substância
não-viva na carne ou a partir de"alguma coisa"no ar foi deixada
de lado.
Com o advento do microscópio de Leeuwenhook em 1660,
um vasto novo mundo biológico foi desvendado. Sob a observa-
ção microscópica, constatou-se que praticamente todo ambiente
na Terra era virtualmente rico em pequenos organismos, como
as bactérias. Alguns cientistas acreditavam que esses organismos
cresceram espontaneamente a partir de seus ricos ambientes quí-
micos. Experimentos do grande cientista francês Louis Pasteur
invalidaram essa idéia, demonstrando que os microrganismos
surgiam somente de outros microrganismos, e que um ambiente
sem vida permanecia assim, a não ser que fosse contaminado com
criaturas vivas (Figura 3.30).
Figura 3.30 Invalidando a geração espontânea da vida Os
clássicos experimentos de Louis Pasteur demonstraram que, sob
as condições hoje existentes na Terra, uma solução inanimada per-
manece sem vida, a menos que um organismo vivo a contamine.
Os experimentos de Pasteur provaram que a vida não pode
surgir de matéria não-viva, mas os experimentos de Miller-Urey
indicaram que isso pode ocorrer - ao menos ao nível molecular.
De que forma podemos conciliar os resultados desses dois expe-
rimentos? Tenha em mente que os constituintes atmosféricos e
planetários da Terra atualmente são muito diferentes daqueles da
época prebiótica. O oxigênio na atmosfera atual degradaria muitas
moléculas tão logo elas fossem formadas, e as fontes de energia
que podem ter impulsionado aquelas reações químicas iniciais
não mais dominam nosso planeta.
3.6 RECAPITULAÇÃO
Os compostos químicos da vida se originaram em qualquer
lugar no universo ou poderiam ter evoluído na Terra. Sinais
químicos de vida nos meteoritos de Marte tornam a primei-
ra idéia plausível. Experimentos de laboratório suportam a
segunda hipótese.
• Qual evidência experimental indica que a evolução química
da vida poderia ter acontecido na Terra? Ver p. 61-62 e Fi-
gura 3.28.
• Você compreende o que é a polimerização? Revisando as
macromoléculas descritas neste capítulo, você entende por
que este processo químico é tão importante? Ver p. 62 e
Figura 3.29.
• O experimento de Francesco Redi, descrito na página 63,
é um dos mais antigos exemplos conhecidos do método
científico. Você vê todos os elementos do método, como
descrito na Seção 1.3, nesse experimento? Esses elemen-
tos estão presentes nos experimentos demonstrados nas
Figuras 3.28 e 3.30?
As diversas formas de vida na Terra são compostas de blocos
construtores químicos, incluindo átomos, pequenas moléculas e
moléculas biológicas grandes. Mas, a partir dessa base molecular,
emerge a célula: a estrutura que fundamenta a vida como a co-
nhecemos hoje. É a célula que perpetua a vida. A célula é a base
para a crença de Pasteur de que "toda a vida se origina da vida". O
próximo capítulo descreve a estrutura e função das células vivas.
EXPERIMENTO
HIPÓTESE: A vida deve surgir de vida preexistente e
não é gerada espontaneamente.
A fervura mata todos os
microrganismos que
crescem em um meio com
nutriente.
Um longo pescoço
de "cisne" aberto
para o ar capta
partículas de pó
com organismos
vivos.
Se o pescoço de cisne é
quebrado, as partículas de
pó e os mícrorganísmos
vivos entram no frasco. Os
microrganismos crescem
rapidamente em um meio
rico em nutrientes.
"" Crescimento
microbiano
Sem crescimento
microbiano
(sem geração
espontãnea)
CONCLUSÃO: Toda a vida se origina de vida existente.
RESUMO DO CAPíTULO
m Que tipos de moléculas caracterizam os organismosvivos?
As macromoléculas são polímeros construídos pela formação
de ligações covalentes entre moléculas menores chamadas
monõmeros. As macromoléculas nos organismos vivos in-
cluem polissacarídeos, proteínas e ácidos nucléicos.
Os grupos funcionais são pequenos grupos de átomos con-
sistentemente encontrados em uma variedade de diferentes
macromoléculas. Os grupos funcionais têm propriedades
químicas particulares, que eles conferem a qualquer molécula
maior da qual fazem parte. Rever Figura 3.1.
Isômeros ópticos e estruturais têm os mesmos tipos e números
de átomos, mas diferem nas suas estruturas e propriedades.
Rever Figura 3.2.
s muitas funções de macromoléculas estão diretamente re-
lacionadas a suas formas tridimensionais, que por sua vez
resultam das seqüências e propriedades químicas de seus
monômeros.
s monômeros são unidos por reações de condensação, que
liberam uma molécula de água para cada ligação formada. As
reações de hidrólise usam água para quebrar polímeros em
monômeros. Rever Figura 3.4.
m Quais são as estruturas químicas e as funções dasproteínas?
funções das proteínas incluem suporte, proteção, catálise,
transporte, defesa, regulação e movimento.
aminoácidos são os monômeros a partir dos quais as proteí-
nas são construídas. As propriedades dos aminoácidos de-
endem das suas cadeias laterais ou grupos R, que podem
ser carregadas, polares ou hidrofóbicas. Rever Tabela 3.2.
·-ligações peptídicas unem covalentemente aminoácidos a
s as cadeias polipeptídicas. Essas ligações se formam por
ações de condensação entre os grupos carboxila e amino.
ever Figura 3.6.
- estrutura primária de uma proteína é a seqüência de aminoá-
idos da cadeia. Essa cadeia é dobrada em uma estrutura se-
cundária, que em diferentes partes da proteína pode ser uma
a-hélice ou uma folha 13-pregueada. Rever Figura 3.7A-C.
::::-:es dissulfeto e interações não-covalentes entre aminoácidos
:::ermitem que a cadeia polipeptídica se dobre em uma estru-
ra terciária tridimensional e que cadeias múltiplas interajam
s uma estrutura quaternária. Rever Figura 3.7D, E.
_ a e a estrutura específicas de uma proteína permitem a ela
SE ligar não-covalentemente a outras moléculas freqüente-
-:; e chamadas de ligantes.
~::·o alterações de pH ou certos compostos químicos podem
= Itar em desnaturação da proteína, que envolve a perda
::z estrutura terciária e/ou secundária, bem como da sua fun-
.;;:. biológica. Rever Figura 3.11.
-~ peroninas auxiliam o dobramento das proteínas, prevenin-
:::: 'erações com Iigantes inadequados. Rever Figura 3.12.
Quais são as estruturas químicas e as funções dos
. carboidratos?
- ::art>oidratos contêm carbono ligado a átomos de hidrogênio
'::: 'gênio em uma razão de 1:2:1 ou (CH,Q}n'
- - nossacarídeos são monômeros que constituem os car-
:::: :Jratos. Hexoses, como a glicose, são monossacarídeos
::': se:s átomos de carbono; pentoses possuem cinco carbo-
- . ever Figura 3.14.
As ligações glicosídicas de orientação espacial a ou ~ ligam
monossacarídeos covalentemente em unidades maiores,
como dissacarídeos, oligossacarídeos e polissacarídeos.
Rever Figura 3.15.
O amido armazena energia em plantas. O amido e o glicogênio
são formados por ligações a-glicosídicas entre monômeros
de glicose e são distinguidos pela quantidade de ramificação
que apresentam. Eles podem ser facilmente quebrados pare
liberar a energia armazenada.
A celulose, umpolímero de glicose muito estável, é o compo
te principal das paredes celulares das plantas.
EU Quais são as estruturas químicas e as funções dos-.:u lipídeos?
Gorduras e óleos são triglicerídeos, compostos de três ácidos
graxos covalentemente ligados a uma molécula de glicerol
por ligações ésteres. Rever Figura 3.18.
Os ácidos graxos saturados têm uma cadeia hidrocarbonad2
sem duplas ligações. As cadeias hidrocarbonadas de ácíd
graxos insaturados têm uma ou mais duplas ligações que o
clinam a cadeia, tornando mais difícil a interação entre essas
Rever Figura 3.19.
Os fosfolipídeos têm uma "cauda" hidrocarbonada hidrofó
e uma "cabeça" de fosfato hidrofílica. Na água, as intera -
das caudas hidrofóbicas e das cabeças hidrofílicas de .
lipídeos geram uma bicamada fosfolipídica, com duas
léculas de espessura. Os grupos polares estão direcionac~
para fora, onde interagem com a água ao redor. As cau as 2S-
tão empacotadas no interior da bicamada. Rever Figura
m Quais são as estruturas químicas e as funçõesácidos nucléicos?
A função única dos ácidos nucléicos - DNA e RNA - é o ê.['""""E-
zenamento da informação; eles formam o material herediz
que passa o dado genético para a próxima geração.
Os ácidos nucléicos são polímeros de nucleotideos. Um nu-
c1eotídeo consiste em um grupo fosfato, um açúcar pen°
(ribose em RNA e desoxirribose em DNA), e uma base n"
genada. Rever 3.23.
No DNA, as bases nucleotídicas são adenina, guanina, citosina
e timina. Uracila substitui timina no RNA. Os nucleotídeos
são unidos por ligações fosfodiéster entre o açúcar de
nucleotídeo e o fosfato do próximo.
RNA apresenta fita simples. DNA é uma dupla fita na qual" -"
pareamento das bases complementares, baseado as
tes de hidrogênio entre adenina e timina (A-T) e entre gU2.'"''-=
e citosina (G-C). As duas fitas da dupla-hélice do D --=--
em direções opostas. Rever Figuras 3.24 e 3.26.
O conteúdo de informação de DNA e RNA reside nas suas se-
qüências de bases.
RI Como começou a vida na Terra?
A evolução química propôs que condições na Terra
poderiam ter produzido macromoléculas que dis °
organismos vivos. Rever Figura 3.28.
Porque pode formar uma estrutura tridimensional, o •
como uma ribozima, uma superfície de RNA e
químicas procedem em uma taxa rápida. Rever Fig -a~_
Experimentos têm descartado a contínua geração "'-pc--z::::: =
vida. Rever Figura 3.30.