O protobiontes São complexos biológicos que, segundo algumas hipóteses relacionadas à origem da vida, precederam as células. Segundo Oparín, são agregados moleculares envolvidos por uma membrana lipídica semipermeável ou com estrutura semelhante a esta..
Esses agregados moleculares bióticos poderiam apresentar uma reprodução simples e um metabolismo que conseguisse manter a composição química do interior da membrana diferente de seu ambiente externo..
Alguns experimentos realizados em laboratório por diferentes pesquisadores revelaram que os protobiontes podem se formar espontaneamente usando compostos orgânicos criados a partir de moléculas abióticas como blocos de construção..
Exemplos dessas experiências são a formação de lipossomas, que são agregações de pequenas gotículas rodeadas por membranas. Eles podem se formar quando os lipídios são adicionados à água. Também ocorre quando outros tipos de moléculas orgânicas são adicionadas.
Pode acontecer que gotículas semelhantes a lipossomas se formem em lagoas de tempos pré-bióticos e incorporem aleatoriamente alguns polímeros de aminoácidos..
No caso de os polímeros tornarem certas moléculas orgânicas permeáveis à membrana, seria possível incorporar seletivamente as referidas moléculas.
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Os supostos protobiontes poderiam ser formados a partir de moléculas hidrofóbicas que se organizavam na forma de uma bicamada (duas camadas) na superfície de uma gota, que lembra as membranas lipídicas presentes nas células atuais..
Como a estrutura é seletivamente permeável, o lipossoma pode inchar ou desinflar, dependendo da concentração de solutos no meio..
Ou seja, se o lipossoma for exposto a um meio hipotônico (a concentração dentro da célula é maior), a água entra na estrutura, inchando o lipossoma. Em contraste, se o meio é hipertônico (a concentração da célula é menor), a água se move em direção ao meio externo..
Esta propriedade não é exclusiva dos lipossomas, mas também pode ser aplicada às células reais de um organismo. Por exemplo, se os glóbulos vermelhos forem expostos a um ambiente hipotônico, eles podem explodir..
Os lipossomas podem armazenar energia na forma de potencial de membrana, que consiste em uma voltagem na superfície. A estrutura pode descarregar a voltagem de uma forma que lembra o processo que ocorre nas células neuronais do sistema nervoso..
Os lipossomas têm várias características de organismos vivos. No entanto, não é o mesmo que afirmar que os lipossomas estão vivos..
Existe uma grande diversidade de hipóteses que procuram explicar a origem e evolução da vida em um ambiente pré-biótico. Os postulados mais destacados que discutem a origem dos protobiontes serão descritos a seguir:
A hipótese sobre a evolução bioquímica foi proposta por Alexander Oparin em 1924 e por John D. S. Haldane em 1928.
Esse postulado pressupõe que a atmosfera pré-biótica carecia de oxigênio, mas estava se reduzindo fortemente, com grandes quantidades de hidrogênio que levavam à formação de compostos orgânicos graças à presença de fontes de energia..
De acordo com essa hipótese, à medida que a terra esfriava, o vapor das erupções vulcânicas se condensava, precipitando-se na forma de chuvas fortes e constantes. Quando a água caiu, arrastou sais minerais e outros compostos, dando origem à famosa sopa primitiva ou caldo nutritivo.
Nesse ambiente hipotético, grandes complexos moleculares chamados de compostos prebióticos poderiam se formar, criando sistemas celulares cada vez mais complexos. Oparin chamou essas estruturas de protobiontes.
Conforme os protobiontes aumentavam em complexidade, eles adquiriam novas habilidades para transmitir informações genéticas, e Oparin deu o nome de eubiontes a essas formas mais avançadas..
Em 1953, após os postulados de Oparin, os pesquisadores Stanley L. Miller e Harold C. Urey desenvolveram uma série de experimentos para verificar a formação de compostos orgânicos a partir de materiais inorgânicos simples..
Miller e Urey conseguiram criar um desenho experimental que simulava em pequena escala ambientes prebióticos com as condições propostas por Oparin, conseguindo obter uma série de compostos como aminoácidos, ácidos graxos, ácido fórmico, uréia, entre outros..
Segundo as hipóteses dos atuais biólogos moleculares, os protobiontes carregavam moléculas de RNA, em vez de moléculas de DNA, o que lhes permitia se replicar e armazenar informações.
Além de ter papel fundamental na síntese de proteínas, o RNA também pode se comportar como uma enzima e realizar reações de catálise. Devido a essa característica, o RNA é um candidato indicado a ser o primeiro material genético em protobiontes..
Moléculas de RNA capazes de catálise são chamadas de ribozimas e podem fazer cópias com sequências complementares de trechos curtos de RNA e mediar o processo de emenda, removendo pernas da sequência.
Um protobionte que tinha uma molécula de RNA catalítico dentro dele variou de seus homólogos que não tinham a referida molécula.
Caso o protobionte pudesse crescer, dividir e transmitir o RNA para sua prole, os processos de seleção natural darwiniana podem ser aplicados a esse sistema, e os protobiontes com moléculas de RNA aumentariam sua frequência na população..
Embora o aparecimento desse protobionte possa ser muito improvável, é necessário lembrar que milhões de protobiontes podem ter existido nos corpos d'água da Terra primitiva..
O DNA é uma molécula de fita dupla muito mais estável em comparação com o RNA, que é frágil e se replica de maneira imprecisa. Essa propriedade de precisão em termos de replicação tornou-se mais necessária à medida que os genomas dos protobiontes aumentaram de tamanho..
Na Universidade de Princeton, o pesquisador Freeman Dyson propõe que as moléculas de DNA poderiam ter sido estruturas curtas, auxiliadas em sua replicação por polímeros de aminoácidos aleatórios com propriedades catalíticas..
Essa replicação inicial pode ocorrer dentro de protobiontes que armazenaram grandes quantidades de monômeros orgânicos..
Após o aparecimento da molécula de DNA, o RNA poderia começar a desempenhar seus papéis atuais como intermediários para a tradução, criando assim o "mundo do DNA".
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