Aula 10 - Árvore da vida

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Árvore da vida: 
os três domínios
Complexidade e idade evolutiva dos 
organismos
• Não há organismos “superiores” ou “inferiores”;
“primitivos”ou “evoluídos”
- Apresentam diferentes graus de complexidade
- Podem ser mais antigos ou mais recentes
• Todos podem estar bem adaptados ao seu ambiente
As bactérias, por exemplo, apresentam grande
diversidade e capacidade de adaptação a diferentes
ambientes
• Darwin propôs que todos os organismos existentes 
hoje descendem de um mesmo ancestral (grupo de 
células primordiais)
• Hoje existem organismos extremamente 
diferentes? Por quê? 
Diversidade da vida
Modificações ao longo do tempo resultaram 
na diversidade que conhecemos hoje
Mutações
Vamos voltar à história da vida na 
Terra
• Mundo pré biota
• Mundo biota
• Replicador ou metabolismo?
• A história da vida na Terra mudou quando o 
DNA passou a ser o componente genético
• Surgimento de diversas formas de vida no 
planeta
• A vida na Terra tem uma origem comum
Relações evolutivas
• Relações de ancestralidade entre os
organismos
Dados moleculares
• Início na década de 1970
• Comparação de seqüências de nucleotídeos do DNA ou
seqüências de aminoácidos de proteínas
• Grande quantidade de informações (cada aminoácido de uma
proteína ou nucleotídeo de uma seqüência de DNA é uma
evidência filogenética)
• Possibilita o estudo de microorganismos
• Possibilita a comparação entre organismos distantes
evolutivamente
Como analisar estes dados?
• Todos os genes mutam
• Algumas destas mutações alteram proteínas
• Mutações sem efeito ou que as melhorem, se 
acumulam com o tempo
• Quando 2 espécies se divergem do ancestral, 
as seqüências dos genes que eles 
compartilham também divergem
• Quanto maior o tempo de divergência, maior a 
diferença entre os genes
Comparação entre sequências 
nucleotídicas
11 espécies de primatas (camundongo como grupo externo)
Como comparar todos os organismos 
existentes?
O que utilizar nas análises?
(qual região do DNA ou qual proteína?)
Ribossomos
RNA ribossomal (rRNA)
Compostos por RNA e proteínas
• Presente em todos os organismos
• Taxa de mudança (mutações) do 
gene é suficientemente lenta para 
permitir a comparação entre 
organismos de grupos distantes
Griffiths et al. Introduction to 
the Genetic Analysis (2000)
RNA ribossomal (rRNA)
• Sequências de rRNA dos diversos organismos 
podem ser comparadas
Importância de métodos computacionais 
(Bioinformática)
Grande quantidade de informações
Inovação extremamente importante
• Maior conhecimento sobre microorganismos
• Nossas semelhanças e diferenças
• Semelhanças...
• Somos parecidos com as bactérias!
• Até então, o mundo era dividido entre 
procariotos (bactérias) e eucariotos
• ...Mas os dados moleculares mostraram que 
haviam “bactérias” muito diferentes entre si
A árvore da vida
Os três domínios
Ancestral comum a 
todos os organismos
Futuyma, D. J. Evolution (2005)
Eukarya
Archaea
Bacteria
Eukarya
• Eucariotos
• Células apresentam núcleo envolvido por 
membrana
• Animais
• Plantas
• Fungos
• Protistas
Procariotos
Ancestral comum a 
todos os organismos
Futuyma, D. J. Evolution (2005)
Eukarya
Archaea
Bacteria
As arqueas são 
mais próximas
dos eucariotos 
O surgimento de um novo grupo: Archeas
Os três
domínios
Comparação entre Arqueas, Bactérias e Eucariotos
Característica Bactéria Archaea Eucariotos
Envelope nuclear Ausente Ausente Presente 
Organelas envoltas por membrana Ausente Ausente Presente
Parede celular com peptodoglicano Presente Ausente Ausente
Membrana com lipídeos Hidrocarbonos Alguns hidrocarbonos Hidrocarbonos
não ramificados ramificados não ramificados
RNA polimerase De um tipo Vários tipos Vários tipos
Aminoácido iniciador Formil-metionina Metionina Metionina
da síntese proteica
Introns (sequência não Ausente Presente em Presente
codificadora dos genes) alguns genes
Sensibilidade a antibióticos Reprodução inibida Reprodução Reprodução
não inibida por não inibida por
antibióticos antibióticos
Bactérias
• Procariotos
• Parede celular com peptideoglicano
• Genoma geralmente organizado em um 
único cromossomo circular 
• Grande diversidade de habitats
São procariotos extremistas! Geralmente quimiotróficos 
Sobrevivem em ambientes extremos, onde não há possibilidade 
de vida para outros seres
-Locais com altas temperaturas =100oC (Thermus aquaticus)
-Locais com baixas concentrações ou sem oxigênio
-Locais com baixo pH
-Lagos ou mares com salinidade altíssima
-Ambientes próximos a vulcões
-Fontes de enxofre, etc.
Arqueas
Acreditava-se que Arqueas só eram capazes de sobreviver
em ambientes extremos. No entanto sabe-se hoje que algumas
Arqueas sobrevivem em ambientes normais
•Morfologicamente e metabolicamente similares a bactérias
• Sequência e organização da informação genética
semelhante a eucariotos
-DNA associado a histonas
- Genes envolvidos nos processos de transcrição e tradução
são similares a eucariotos
Arqueas
Arqueas
Lipídeos das Arqueas (1-4, 10) contém 
hidrocarbonos de cadeia longa ramificada
conectados por ligações éter
A principal diferença entre Arqueas e outros 
organismos está na membrana celular
Os três domínios
• Archaea e Eucarya 
têm um ancestral 
comum
* Apesar do nome, 
Archaea não é o grupo 
mais antigo 
• Nenhum domínio se desenvolveu a partir do outro: os 3 domínios 
evoluíram por vias diferentes a partir de um ancestral comum
A maior parte da diversidade 
existente no planeta é 
representada por 
microorganismos
A base da árvore da vida
A base da árvore da vida
• LUCA: The Last Universal Common 
Ancestor 
• Características: as moléculas da vida
– DNA como material genético
– Código genético
– Reações químicas complexas
– Metabolismo do DNA
– DNA-RNA-proteína
– ATP como fonte de energia
Rede da vida
• Foram identificados em genes nucleares eucariotos que 
são semelhantes a genes de bactérias 
• Archaea também apresentam genes bacterianos
Material genético pode ser transmitido não só 
verticalmente (para a geração seguinte), mas 
também horizontalmente (entre organismos de 
espécies diferentes)
Transferência horizontal (ou lateral)
Rede da vida
Doolittle, F. Scientific American, fev. 2000 
Projeto “Tree of life”
http://www.tolweb.org/tree/
• Objetivo: reunir informações sobre todos os organismos 
existentes e as relações evolutivas entre eles
• Participação de pesquisadores de diversos países
• Informações sobre cada grupo de organismos estão dispostas 
em web sites organizados hierarquicamente, formando uma 
árvore
Projeto “Tree of life”
E os vírus? Onde entram nessa
história?
E os vírus ?
Os vírus não estão classificados em nenhum domínioda vida
Foram rebaixados como meros agentes químicos inertes a partir de 
1935, quando o vírus do mosaico do tabaco foi cristalizado. 
Observaram que consistia em um pacote de agentes bioquímicos 
complexos. Faltavam sistemas de funções metabólicas 
Propriedades virais
Vírus são pequenos parasitas obrigatórios
Compostos por material genético (DNA ou RNA) envolto por camada 
protéica. Pode abrigar algumas proteínas virais envolvidas nas 
infecções
O genoma viral dirige a síntese de componentes virais usando a
maquinaria metabólica da célula (Vírus não possuem a informação genética que 
codifica a maquinaria para a síntese de proteinas (ribossomos)
Os componentes virais são montados dentro da célula e formam novas 
partículas virais
Partículas virais recém formadas são veículos de transmissão de novos
genomas para novas células ou organismos
O que são vírus?
• Reprodução 
• Nutrição 
• Respiração 
• Irritabilidade 
• Movimento 
• Crescimento
• Excreção
Propriedades dos organismos: De acordo com a visão clássica
Uma visão mais moderna
Vírus: seres vivos ou seres não vivos?
A vida pode ser definida em termos gerais como o fenômeno associado 
com a replicação dos sistemas de informação auto codificadores
ou
Fenômeno associado com a replicação de ácidos nucleicos
Rybicki EP, 1996
O conceito de vírus como organismo desafia 
a maneira como definimos vida
•Vírus não se movem 
•Não se dividem
•Não crescem 
Contudo, os vírus certamente se reproduzem, 
e se adaptam a novos hospedeiros
Vírus: seres vivos ou seres não vivos?
Vírus, organismos vivos?
• Devido às suas características 
estruturais, por serem 
metabolicamente inertes e serem 
replicados por montagem de partes 
pré-formadas, ao invés de se 
multiplicarem por fissão binária, os 
vírus não se ajustam a nenhum dos 
sistemas de classificação biológica.
Um pouco de vida
• Estão no limiar entre vida e matéria inerte
• São compostos pelo mesmo tipo de proteínas 
e ácidos nucléicos que compõem a vida, mas 
precisam dela para se reproduzir 
• “Vida emprestada”?
• Um enorme número de vírus se replica e 
sofre mutações
• Neste processo, são formados novos genes, 
que podem ser incorporados ao genoma do 
hospedeiro
• Portanto, os vírus não são matéria inanimada
“Vírus podem ser definidos como organimos 
acelulares que se replicam dentro de uma 
célula hospedeira usando a maquinaria 
metabólica da célula para formar novas 
partículas virais, que protegem e transferem o 
genoma para outras células”
SE Luria, JE Darnell, D Baltimore and A Campbell (1978). General Virology, 3rd Edn. John Wiley 
& Sons, New York, p2 of 578.
Qual a melhor definição de vírus?
Origem dos vírus
• A origem dos vírus na escala evolutiva ainda não é conhecida
• Nenhum fóssil viral encontrado até hoje: são muito pequenos e muito frágeis
Teorias da origem dos vírus
• Origem pré-celular
• Involução de um organismo unicelular: redução
• Origem celular
Teorias da origem dos vírus
• Origem pré-celular
Formas de vida primordiais
Argumentos contra: 
- Todos os vírus são parasitas celulares 
obrigatórios
• Involução de um organismo unicelular 
Teoria da redução
Argumentos contra: 
-Até hoje não foram encontradas formas intermediárias entre vírus e células
-Todos os outros parasitas (pertencentes aos três domínios) derivados de 
células conservaram suas características celulares (Ex: ribossomos, 
maquinaria para síntese de ATP)
Teorias da origem dos vírus
• Origem celular – (“a mais aceita”)
Teorias da origem dos vírus
Evolução de "restos" de células: degradação de pedaços de ácidos nucléicos 
celulares que adquiriram o capsideo e envelope, deu origem aos vírus. Explicaria 
a notável semelhança entre as sequências do RNA ou DNA de vírus com as 
encontradas nos seres vivos 
No entanto: 
-Como um ácido nucléico livre pode ter adquirido um capsídeo?
-Estudos de sequenciamento demonstram que a maioria das proteínas virais 
não possuem similaridade (homologia) com proteínas celulares
Peças fundamentais da história da 
vida
• Todos os domínios da vida podem 
ser infectados por vírus
• Papel na evolução das espécies
• Trocam informações genéticas com o 
hospedeiro
• Vírus podem ser latentes 
• 3% do genoma humano
Partícula viral
Cada espécie de vírus apresenta virions de formato característico
• Genoma viral- DNA ou RNA. O material genético possui as informações 
para a produção de novos vírus
• Capsídeo- Envoltório dos vírus. Formado por proteínas e tem a função de
proteger o genoma viral. Os capsídeos apresentam diversos
formatos, porém todos são compostos de sub-unidades proteicas
• Envelope- Alguns vírus podem ainda possuir uma membrana lipídica 
contendo glicoproteínas proveniente da célula que infectam, 
denominada envelope
Um pouco sobre estrutura
Estrutura viral
Ácido nucleico
RNA DNA
fita dupla fita simples fita simples
Linear circular Linear circular
Genoma viral
Os vírus são os únicos organismos 
que possuem RNA como 
material genético
•É formado por DNA ou RNA, de fita dupla ou simples, linear ou circular, 
de polaridade positiva (senso) ou negativa (anti-senso)
•Codifica toda a informação genética necessária para a sua replicação
fita dupla
Estrutura viral
Capsídeo
helical Icosaédrico
• Armazena e protege o material genético viral
helical
Estrutura viral
Icosaédrico
Capsídeos são formados de unidades
estruturais proteicas
Capsídeos
• Armazena e protege o material genético viral
Vírus não envelopados Vírus envelopados
Estrutura viral
Envelope
• Membrana lipoprotéica, originada da célula hospedeira na qual o vírus foi sintetizado 
• As proteínas deste envelope podem ser de origem viral ou celular
• Protege o genoma viral contido nele e também provém o 
mecanismo pelo qual o vírus invade seu próximo hospedeiro
Estrutura viral 
Envelope 
HIV 
Todas as classes de organismos celulares
Hospedeiros virais
Procariotos Eucariotos
Arqueas Algas
Bactérias Plantas
Protozoários
Fungos
Animais
Replicação viral
1. Absorção
O virion se conecta a um local específico do receptor 
numa célula hospedeira e se fusiona com a 
membrana da célula hospedeira
2. Penetração
O virion penetra na membrana e o material genético 
viral entra na célula hospedeira
3. Liberação
O ácido nucléico viral é liberado a partir da 
capsídeo
Replicação viral
4. Transcrição e replicação
O material genético vital reprograma a célula 
hospedeira para fabricar os componentes virais
5. Montagem
O novo ácido nucléico e as capsídeos são montados 
de maneira a formar virions completos
6. Liberação
Os novos virions são liberados a partir da célula 
hospedeira 
Replicação viral
The simplest viral life cycle
Replicação viral
Vírus com genoma
de DNA dupla fita
• Cracraft, J.; Donoghue, M. J. Assembling the Tree of Life. 
Oxford University Press, USA (2004) (principalmente capítulos 
1 e 4)
• Futuyma, D. J. Evolution. Sinauer Associates (2005) 
(capítulo 2)
• Purves, W. K., et al. Vida. A Ciência da Biologia. Ed. 
Artmed (2005) (capítulo 1 e 26)
Bibliografia
• Doolittle, F. Uprooting the Tree of Life. Scientific 
American, fevereiro de 2000 
Artigo para leitura 
complementar