Origem e Evolução das Células

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ORIGEM DAS CÉLULAS E BIOGÊNESE 
DAS BIOMEMBRANAS 
(EUCARIOGÊNESE)
Adriana Uchôa /2024
Objetivos da aula
ORIGEM E BIOGÊNESE DAS CÉLULAS E BIOMEMBRANAS
– Explicar como ocorreu a evolução química das biomoléculas
– Compreender a abordagem experimental que explica a hipótese de 
evolução química pré-biótica;
– Listar as características necessárias das biomoléculas para biogênese das 
células;
– Conhecer as teorias mais aceitas e recentes quanto a origem das primeiras 
células eucarióticas (eucariogênese);
– Defender as evidências científicas que fortalecem o conhecimento atual 
deste processo. 
BIBLIOGRAFIA??? QUEM PROCURA ACHA... NA INTERNET É SÓ BUSCAR NO GOOGLE 
Grupo A (https://loja.grupoa.com.br)
https://loja.grupoa.com.br/?gclid=CjwKCAjwloynBhBbEiwAGY25dJwrIFdrRd3ypDyXiwp8KTbDUvmBgaeVJfccyC4RoiX9O0VPgH4UxRoCoiQQAvD_BwE#search-term=Biologia%20Celular&filter=Preco:167.2&filter=Preco:548
Candida albicans
Escherichia cole
O QUE É UMA CÉLULA, AFINAL? 
Unidade morfofuncional dos organismos vivos que atua
como uma máquina de decodificação de genes para a síntese
de proteínas que executam todo o trabalho celular, incluindo
a síntese e degradação de outras biomoléculas, desse modo
se auto-montando.
Precisamos compreender a célula para compreender o
corpo humano e consequentemente exercer a Medicina de
forma cientificamente aprimorada. 
Micrografia Eletrônica da Célula Animal 
Adriana Uchôa/2023
Níveis de organização em Biologia
- Átomos
- Moléculas
- Organelas
- Células
- Tecidos
- Órgãos
- Organismos
- Populações
- Comunidades
- Ecossistemas
- Biosfera 
Se todos os seres vivos são 
constituídos por células e 
todas são derivadas de 
células pré-existentes. Como 
surgiu o primeiro ser vivo??? 
Como ele evoluiu até os 
seres atuais?
Adriana Uchôa/2024
DIFERENÇAS QUANTO A MORFOLOGIA CELULAR = Procarióticas x Eucarióticas
Procariotos
► eubactérias, cianobactérias e arqueas
►organismos unicelulares de vida livre, 
simbiontes ou parasitas (patógenos)
► Material genético sem membrana (nucleoide)
► células desprovidas de sistemas internos de 
membranas (há exceções)
Eucariotos
► protozoários, algas, fungos, plantas e animais
► organismos unicelulares ou multicelulares
► núcleo delimitado por membranas (envelope 
nuclear)
► células ricas em sistemas internos de membranas 
(organelas)
Vivem em todos os ambientes
(Livre ou formando colônias)
- Sem núcleo, DNA no citoplasma
- Ribossomos e síntese de 
proteínas no citoplasma
- Parede celular
- Diversidade molecular
- Colonizam muitos nichos
UNICELULARES
PROCARIOTOS Surgiram há mais de
 4 bilhões de anos 
Classificação
Relações ecológicas
Forma
Simbiontes Saprófitas Parasitas
Fotossintetizan
tes
Coccus Bacilos
Espirilos Vibrios
Desempenham inúmeras 
funções benéficas em 
nosso corpo, como auxílio 
na digestão e absorção de 
nutrientes, produção de 
vitaminas, ácidos graxos, 
ômega-3, inativação de 
toxinas, regulação do 
nosso sistema de defesa e 
regulação do açúcar 
sanguíneo e pressão 
arterial.
Conseguem 
alimento a partir da 
decomposição de 
matéria orgânica. 
São essas bactérias 
que participam da 
decomposição de 
cadáveres e de 
outros tipos de 
matéria orgânica.
Conseguem alimento 
através dos tecidos 
corporais dos seres 
vivos, causando 
doenças como 
hanseníase, 
coqueluche, 
tuberculose, cólera, 
tétano, entre outras.
São organismos 
unicelulares capazes 
de fixar carbono 
inorgânico 
utilizando energia 
radiante do sol.
Heterotróficas Autotróficos
Quimiossintetiza
ntes
São organismos 
unicelulares capazes 
utilizar a energia das 
reações de oxidação 
de compostos 
inorgânicos para 
formar substâncias 
orgânicas.
REINO MONERA 
(EUBACTÉRIAS E 
AQUEOBACTÉRIAS)
Multiplicam-se por 
bipartição 
MARCOS DA 
EVOLUÇÃO DA 
VIDA NA TERRA
4,6B
i
Formação 
da Terra 
4,0 
Bi
Formação 
dos oceanos 
e 
continentes
3,8 
Bi
Evidências 
fósseis da vida –
Procariontes 
Bactérias 
sulfúricas 
fotossintéticas e 
metanogênicos
3,0 
Bi
2,5 
Bi
Bactérias 
aeróbicas 
Atmosfera 
primitiva 
rica 
em O2
1,5 
Bi
1,0 
Bi
500 
Mi
Diversificação 
dos eucariotos 
multicelulares
(plantas, 
Animais,
Fungos)
Cianobactérias 
fotossintéticas 
produtoras de 
O2
Surgimento 
dos 
Eucariontes 
Anaeróbicos
(Protistas)
Surgimento de 
endossimbiontes
(mitocôndrias e 
plastídeos)
Adriana Uchôa / 2023
Síntese química pré-biótica
Fontes de energia para a atividade 
biológica
reações de oxidação e redução
organização e metabolismo celular
diversidade e evolução dos seres 
vivos
Água fator 
sine qua non 
para a vida
Cerca de 2 Bi
Novas hipóteses de 
eucariogênese por 
cultivo de 
archeobactérias 
sugerem uma fusão de 
archeon + α-
proteobactéria 
aeróbica
Oparin (1924) / Haldane (1929)
EVOLUÇÃO QUÍMICA DA VIDA
Propuseram que na atmosfera primitiva 
da terra há bilhões de anos a combinação 
de fatores físico-químicos levaram ao 
surgimento das primeiras biomoléculas, 
percussores dos lipídios, carboidratos, 
proteínas e ácidos nucleicos (SOPA 
NUTRITIVA) a partir das quais se 
organizaram as protocélulas. 
Adriana Uchôa / 2023
Aminoácidos Proteínas
Coacervados
Ambiente redutor
PROTOBIONTES
ATMOSFERA PRIMITIVA BASEADA NA TEORIA 
DA SÍNTESE PRÉ BIÓTICA DE OPARIN (1924) E 
HALDANE (1929)
Composição básica: Vapor de água, CH4, H2, 
H2S, NH3
 
Fatores físicos (ambientais): Atividade 
vulcânica, irradiação ultravioleta, relâmpagos e 
raios (descargas elétricas).
Essa combinação de fatores físicos e químicos 
permitiu o surgimentos das moléculas 
orgânicas simples dissolvidas nas massas de 
água dando origem aos primeiros compostos 
contendo carbono.
EVOLUÇÃO QUÍMICA 
PRÉ-BIÓTICA NA TERRA 
PRIMITIVA
A Terra primitiva era extremamente quente, 
estando sujeita a intensas intempéries, como: 
erupções vulcânicas, descargas elétricas, alta 
radiação ultra violeta de origem solar, sendo 
constantemente bombardeada por meteoritos. É 
importe realçar a ausência da camada de ozônio 
que surge posteriormente com o aumento da 
concentração de oxigênio na atmosfera. 
• Adriana Uchôa / 2023
SIMULAÇÃO EXPERIMENTAL DAS CONDIÇÕES DA 
ATMOSFERA PRIMITIVA PARA SÍNTESE PREBIÓTICA
MILLER-UREY (1953)
 Universidade Chicago
Compartimento 
atmosférico
Compartime
nto oceânico
Vapor 
de água
Altas 
temperaturas
O oceano enriquecido 
em compostos 
orgânicos, é coletado e 
sua composição 
analisadas
- Na fase gasosa Miller 
encontrou os gases bases do 
experimento, além de CO e 
CO2. Na fase líquida observou 
compostos orgânicos 
(aminoácidos, ácidos orgânicos, 
aldeídos (formaldeído - HCHO) 
e HCN).
- Em 2010 as amostra de Miller 
foram reanalisadas por técnicas 
mais sensíveis (HPLC e 
espectrometria de massas) e 
comprovaram seus achados. 23 
aminoácidos e outros 
compostos orgânicos. 
- Fox aqueceu uma mistura de 
aminoácidos e obteve proteínas.
- Melvin Calvin, submeteu gases 
primitivos a radiações e obteve, 
entre outros, compostos 
orgânicos do tipo carboidrato.
Adriana Uchôa / 2024
https://www.pbslearningmedia.org/resource/buac16-912-sci-ess-nvlrsmillerurey/wgbh-nova-lifes-rocky-start-the-miller-urey-experiment/
A amostra intocada do asteroide carbonáceo 
Ryugu próximo à Terra (162173) coletada pela 
espaçonave Hayabusa2 nos permitiu analisar o 
material extraterrestre sem exposição à 
atmosfera e biosfera da Terra. Coletado durante 
missão Hayabusa2 da Agência Espacial Japonesa 
em 2018. — Foto: AXA, Universidade de Tóquio, 
Universidade Kochi, Universidade Rikkyo, 
Universidade Nagoya, Instituto Chiba de 
Tecnologia, Universidade de Meiji, Universidade 
de Aizu e AIST/Divulgação via REUTERS
21/03/2023 - Asteroide contem uracila e
niacina (B3)
Os achados sustentam a hipótese de que 
corpos celestes como cometas e 
asteroides bombardearam a Terra 
primitiva e semearam o planeta com 
compostos que abriram caminho para a 
evolução pré-biótica.
https://www.nature.com/articles/s41467-023-36904-3PANSPERMIA CÓSMICA
ASTROBIOLOGIA - Meteorito Murchison na Austrália em 1969, um condrito carbonáceo que contém 
cerca de 2% de carbono (carbonato inorgânico e compostos orgânicos), Hidrocarbonetos de C-15 a C-
30, Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos, cetonas, heterociclos com nitrogênio e enxofre - além das 
nucleobases adenina, guanina, uracila, xantina e hipoxantina.
COMO SURGIU A VIDA???
VAMOS CONSIDERAR QUE EM ALGUM MOMENTO NO 
TEMPO DE EXISTÊNCIA DO
NOSSO PLANETA (HÁ 4 BILHÕES DE ANOS)
SURGIRAM OS PRIMEIROS SERES CAPAZES DE
 “MANTER CONTÍNUA ATIVIDADE,
MANIFESTADA EM FUNÇÕES ORGÂNICAS COMO:
 (1) METABOLISMO, (2) CRESCIMENTO, 
(3) REAÇÃO A ESTÍMULOS, (4) ADAPTAÇÃO AO MEIO, 
(5) REPRODUÇÃO, E OUTRAS” 
Sabemos que a expressão da informação hereditária requer uma 
maquinaria extraordinariamente complexa que vai do DNA à 
proteína, por intermédio do RNA. Essa maquinaria apresenta um 
paradoxo central: se são necessários ácidos nucleicos para a síntese 
de proteínas e, por sua vez, são necessárias proteínas para a síntese 
de ácidos nucleicos, como pode esse sistema de componentes 
interdependentes ter se originado?
Fósseis moleculares de um mundo antigo (MUNDO DO RNA).
ORIGEM E EVOLUÇÃO DAS CÉLULAS 
(MUNDO DO RNA)
Adriana Uchôa / 2023
Nesse contexto prebiótico, que propriedade as moléculas deveriam apresentar para que não 
ocorresse a exaustão das biomoléculas formadas e permitisse que a evolução química 
desencadeasse o surgimento da organização favorável a origem da vida? 
1. Atividade catalítica
2. Capacidade de armazenamento da informação que poderia ser transmitida
QUEM ATENDE A ESSE CRITÉRIOS???
RNA autoperpetuante (precedente a proteínas e DNA)
Evidências atuais: Ribossomos (RNA) promovem a formação da ligação peptídica nas 
proteínas. RNA é base para a replicação do DNA (primers)
Moléculas orgânicas de carbono: nucleotídeos, aminoácidos, ácidos orgânicos foram concentrados por 
ciclos de aquecimento e resfriamento e sofreram reações gerando polímeros e coacervados. 
Vesículas lipídica se formaram contendo compostos orgânicos e RNA autorreplicante dando 
origem às primeira células (PROTOCÉLULAS) com capacidade autorreplicante foram 
aumentando em número dando início a EVOLUÇÃO BIOLÓGICA.
PROTOCÉLULA (PRIMEIRA CÉLULA)
Membrana isolando um conjunto de biomoléculas com 
capacidade de autorreplicação
Adriana Uchôa / 2024
hidrofóbicas
CÉLULA PROCARIOTA ANCESTRAL
LAST UNIVERSAL COMMON ANCESTOR (LUCA)
Pistas genéticas baseadas em funções das 
vias metabólicas apresentam LUCA como 
um procarioto anaeróbico, fixador de CO2 
e N2, dependente de H2 e termófilo 
(habitat: hidrotermais, castelo de Loki no 
Ártico). COMPARTILHANDO ESTILO DE 
VIDA COM ORGANISMOS MODERNOS: 
Clostridium (bactéria anaeróbia) e 
metanogênicas (arqueias que usam H2)
Adriana Uchôa / 2021
ANCESTRAL 
PROCARIOTO
Ancestral 
eucarioto
Cianobactérias
(Fotossintéticas)
Bactérias 
vermelhas
(aeróbicas)
Eucariontes 
aeróbicos
Eucariontes
primitivos 
anaeróbicos
Eubactérias
Arqueobacterias
Descendentes 
modernos
Plantas
Protistas
Animais
Fungos
Synechococcus
Paracoccus
Tempo
Como ocorreu a evolução das células? NUTRIENTES LIMITANTES
Células procarióticas 
heterotróficas 
anaeróbias
Fermentação
Células 
procarióticas 
autotróficas 
anaeróbicas
Célula procarióticas 
quimiossintetizantes 
e fotossintetizantes
Células 
procarióticas 
aeróbicas
Células 
eucarióticas 
anaeróbicas
Células eucarióticas 
aeróbicas e 
fotossintetizantes
LUCA
Mais de 200 famílias de genes são comuns a todos os três ramos primários da árvore 
da vida
Adriana Uchôa/2023
A célula eucariótica
Alberts et al., 2017
?
?
?
?
? ?NúcleoMembrana
Mitocôndria
Retículo
Peroxissomo
Lisossomos
EVOLUÇÃO DOS SISTEMAS DE 
ENDOMEMBRANAS: ORIGEM 
ENDOSSIMBIÓTICA E ORIGEM AUTÓGENA
- Células procariontes heterotróficas anaeróbias - 
perderam a parede celular, aumentaram de tamanho, 
e sofreram invaginações (mesossomos) na 
membrana.
- As invaginações se desprendem, formando 
vesículas intracelulares e levando o DNA preso as 
membranas para o interior da célula (surgindo o 
Envelope Nuclear).
- Aumento do DNA – organização dos cromossomos 
protegidos pelo envoltório nuclear (núcleo) 
- As membranas se diferenciam em 
subcompartimentos, Retículo Endoplasmático, 
Aparelho de Golgi, Lisossomos e Vacúolos. 
EVIDÊNCIAS???
eucarioto
protoeucarioto
Lokiarchaeota (ou Loki)
LUCA
Sintrofia – simbiose 
metabólica
EUCARIOGÊNESE
Estremeceu as bases do 
conhecimento da origem das 
eucarióticas, pois sugere a aquisição 
prévia das α-protobactérias
Imachi et al., 2020; Spang et al., 2019
Parecido com a endossimbiose, porém a mitocôndria teria 
favorecido a formação posterior de membrana
A archeon se torna o núcleo dentro da deltaproteobactéria e depois 
aquisição da mitocôndria
Envolve sintrofia porém a archeon hospedeira dependente de hidrogênio 
e carbono adquire α-proteobactéria (futura mitocôndria)
Envolve sintrofia porém a archeon sofre remodelagem da membrana e a 
aquisição da uma α-proteobactéria aumentando gradualmente as 
endomembranas
Sintrofia – indica que as formas celulares procariotas ancestrais evoluíram para a célula eucariótica por interações cruzadas. 
Procariotos dependentes metabolicamente uns dos outros. 
Proteínas de 
remodelagem das 
membranas 
codificados dos genes 
do complexo 
archaeon que 
favorecem o 
desenvolvimento de 
endomembranas e 
fagocitose. 
Mecanismos de 
invaginação 
conservados ao 
longo da evolução
Relacionada a 
absorção de 
nutrientes.
CITOESQUELETO PROCARIONTE - Invaginações na membrana - 
Formação das endomembrana. 
Proteínas do citoesqueleto procarionte: 
FtsZ, FtsA (tubulin-like), MreB, crenactin (actin-like), 
CreS (IF-like).
ESCRT II – Conservado entre archaea e eucarionte – complexo 
de polímeros dinâmicos envolvidos na citocinese
Bill Wickstead, Keith Gull; The evolution of the cytoskeleton. J Cell Biol 22 August 2011; 194 
(4): 513–525. doi: https://doi.org/10.1083/jcb.201102065
ORIGEM DAS MITOCÔNDRIAS 
NAS CÉLULAS EUCARIÓTICA
TEORIA ENDOSSIMBIÓTICA DE LYNN MARGULIS (1980)
EVIDÊNCIAS
1 - Mitocôndrias e cloroplastos – Apresentam DNA circular (semelhante aos procariotos).
2 - Têm ribossomos e apresentam síntese de proteínas, parcialmente independente da célula.
3 - Membrana interna (quimicamente semelhante as das bactéria) e membrana externa (semelhante a 
membrana plasmática).
4 - Autonomia parcial na divisão por bipartição ou fissão primária
Alberts et al., 2017
ORIGEM DAS MITOCÔNDRIAS E CLOROPLASTOS NAS CÉLULAS 
EUCARIÓTICA AERÓBICAS / FOTOSSINTETIZANTES
Figura 14-59 Coloração de DNA nuclear e 
mitocondrial. Nesta micrografia confocal de uma 
única célula de fibroblasto, o DNA nuclear está 
corado com um corante fluorescente (azul), enquanto 
o DNA mitocondrial é visualizado indiretamente 
utilizando-se um fator transcricional mitocondrial 
marcado (verde). A rede mitocondrial está corada 
com um marcador de matriz mitocondrial 
fluorescente (vermelho). A imagem foi adquirida com 
auxílio de microscopia de iluminação estruturada 
(SIM), que fornece cerca do dobro da resolução de 
um microscópio confocal. Numerosas cópias do 
genoma mitocondrial podem ser vistas distribuídas 
em nucleoides distintos pelas mitocôndrias que 
serpenteiam pelo citoplasma. (Cortesia de Uri Manor 
e J. Lippincott-Schwartz.)
Mycobacterium tuberculosis
Se liga em vários receptores da membrana, 
evasão das defesa por inibir a fusão do 
fagolisossomo, inativar enzimas lisossomais.
Mycobacterium leprae ou bacilo de Hansen
Biópsia de nódulos eritematosos e escamosos nas extremidades. 
Os bacilos estão densamente agrupados (clusters) nos vacúolos 
citoplasmáticos de histiócitos. Coloração pelo método Fite de 
coloração Ziehl-Neelsen.
Conservação dos 
mecanismos de invasão 
e escape da digestão 
nos patógenos atuais. 
	Slide 1: ORIGEM DAS células ebiogênese das biomembranas (EUCARIOGÊNESE)
	Slide 2: origem e biogênese das células e biomembranas
	Slide 3
	Slide 4
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	Slide 6: O que é uma célula, afinal? 
	Slide 7
	Slide 8
	Slide 9
	Slide 10
	Slide 11
	Slide 12
	Slide 13: Marcos da evolução da vida na terra 
	Slide 14
	Slide 15: EVOLUÇÃO QUÍMICA PRÉ-BIÓTICA NA TERRA PRIMITIVA
	Slide 16
	Slide 17
	Slide 18: Panspermia cósmica
	Slide 19: Como surgiu a vida??? Vamos considerar que em algum momento no tempo de existência do nosso planeta (há 4 bilhões de anos) surgiram os primeiros seres capazes de “manter contínua atividade, manifestada em funções orgânicas como: (1) metaboli
	Slide 20
	Slide 21
	Slide 22
	Slide 23
	Slide 24
	Slide 25
	Slide 26: PROTOCÉLULA (PRIMEIRA CÉLULA) Membrana isolando um conjunto de biomoléculas com capacidade de autorreplicação
	Slide 27: Célula procariota ancestral Last Universal Common Ancestor (luca)
	Slide 28
	Slide 29
	Slide 30
	Slide 31
	Slide 32
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	Slide 34
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	Slide 37
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