Organismo

Definição

De acordo com o dicionário Michaelis, a definição de organismo inclui:

“A constituição dos órgãos que formam o corpo humano.

Disposição dos órgãos que realizam suas funções específicas em todos os seres vivos.

Qualquer ser vivo e organizado.”

Já em Biologia, organismos vivos são aqueles que apresentam as seguintes características:  capacidade de extrair energia a partir de nutrientes, adaptação às mudanças ambientais e reprodução. O pesquisador Norman Horowitz propôs que organismos vivos devem ter as seguintes propriedades: replicação, catálise e mutabilidade. Outros autores definem a vida, que seria a propriedade definidora dos organismos vivos, como um sistema químico autossustentado capaz de sofrer evolução Darwiniana (Chodasewicz, 2014). Entretanto, essa definição possui sérias restrições pois não contempla, por exemplo, híbridos como a mula, que é claramente um organismo vivo mas não é capaz de se reproduzir. Já alguns cristais aumentam de tamanho em soluções supersaturadas de seus componentes, mas não são considerados organismos vivos. Por se tratar de um tema muito complexo há diversas formas de definir e classificar organismos baseados em características morfológicas, metabólicas e genéticas.

Origem da Vida

           Um dos primeiros a discutir a origem da vida sob uma ótica científica foi Charles Darwin, um dos criadores da teoria da evolução. Os elementos C, H, O, N, P e S são os principais constituintes da matéria viva, sendo assim considerados elementos químicos essenciais para vida. O carbono é o elemento predominante na matéria viva devido a sua versatilidade e capacidade de formar diversas moléculas biológicas.

           O desenvolvimento da vida aconteceu ao longo de três estágios importantes: a evolução química, onde biopolímeros constituídos de pequenas moléculas presentes na atmosfera da Terra pré-biótica foram formados; a auto-organização desses novos compostos em grupos e sua autorreplicação que conduziu à transição desses compostos a uma entidade viva seguida por uma compartimentalização desse organismo; e por fim a evolução biológica que ocasionou a formação dos organismos multicelulares.

           A competição de fontes de energia entre esses organismos primitivos induziu o desenvolvimento de sistemas metabólicos devido à necessidade de formar compostos ricos em energia que eram essenciais para as reações de formação dos biopolímeros. Assim como o surgimento dos processos de fotossíntese e respiração ocorreram como uma resposta a diferentes pressões ambientais.

           Durante a formação da vida, ocorreram uma série de reações espontâneas que deram origem a compostos simples solúveis em água como os aminoácidos, moléculas formadoras das proteínas (do grego: proteios, essencial). Além disso, as bases nitrogenadas que formam os ácidos nucleicos também podem ter sido formadas por reações pré-bióticas. A partir de então, é provável que o processo de origem da vida tenha seguido a teoria darwiniana de seleção natural: compostos mais resistentes à degradação tinham vantagem seletiva em relação aos outros. No entanto, o ambiente pré-biótico era algo como uma “lagoa ou “sopa” primitiva onde os compostos e reações químicas se misturavam, dificultando o desenvolvimento de um conjunto de compostos com vantagem seletiva, uma vez que eles ficavam diluídos na “lagoa”. O surgimento de compartimentos que englobassem esses compostos foi essencial para o estabelecimento de sítios mais resistentes e com maior vantagem evolutiva, através das modificações ao acaso ao longo da sequência de reações químicas. Acredita-se que esses compartimentos surgiram a partir de vesículas vazias que acabaram se dobrando e formando os estágios iniciais do que chamamos célula. Posteriormente, essas estruturas tornaram-se mais complexas, com a formação e especialização de organelas e membranas.

Classificação

Procariotos – São organismos unicelulares que apresentam seu material genético não delimitado por membrana. Apresentam-se em sua maior parte como células envoltas por parede celular polissacarídica rígida, sendo ainda encontrado em algumas espécies uma estrutura polissacarídica gelatinosa, conhecida como cápsula. Ainda apresentam mesossomos, que são estruturas multicamadas, originadas pelo dobramento da membrana plasmática, que servem de sítio para replicação do DNA e outras reações enzimáticas. Seu citoplasma apresenta um cromossomo único, que se condensa formando o nucleoide, além de numerosas moléculas de RNA, enzimas solúveis e ribossomos. São os organismos mais disseminados e numerosos na Terra, devido ao seu metabolismo altamente adaptável, o que lhes confere uma enorme capacidade de se adequar a habitats que sofrem constantes e abruptas alterações. Podem ser classificados quanto a sua forma em: esferoidal (cocos), Bastões (bacilos) e Helicoidal (espirilos). Quanto a composição da parede celular, estes organismos podem ser classificados em três grupos distintos: os micoplasmas, as bactérias gram-positivas e as bactérias gram-negativas. Os micoplasmas não apresentam parede celular rígida, encontrada nos demais procariotos. Já as bactérias gram-positivas e gram-negativas se distinguem pela capacidade de sua parede celular permitir a captação dos corantes da técnica de Gram, desenvolvida por Christian Gram em 1884.

Eucariotos – São organismos uni ou multicelulares, que apresentam o seu material genético delimitado por uma membrana. A célula eucariótica é constituída por membrana plasmática que apresenta muitas enzimas associadas à mesma, além de uma grande variedade de organelas, que são unidades funcionais delimitadas por membranas, compartimentalizando assim as operações realizadas por esta célula. O núcleo é a organela mais visível da célula eucariótica, onde se situa o material genético. A célula ainda apresenta retículo endoplasmático rugoso (RER), associado a ribossomos, que participa da síntese de proteínas destinadas a secreção e proteínas da membrana. O Retículo endoplasmático liso (REL), sem a presença de ribossomos associados, participa por sua vez, da síntese de lipídeos. Aparelho de Golgi, atua como receptor e secretor das proteínas provenientes do RER. As mitocôndrias participam do processo de respiração celular e geração de energia. Os lisossomos atuam na digestão celular. Os peroxissomos atuam na proteção da célula contra ataques oxidativos pelo peróxido de hidrogênio (H₂O₂). Além dessas organelas a célula eucariótica apresenta um citoesqueleto, formado por diferentes filamentos (microtubulos, filamentos intermediários e microfilamentos de actina), que são responsáveis pela sua forma e locomoção. Além disso, eles promovem a organização e movimento das organelas.

Vírus – Os vírus se apresentam como estruturas de menor complexidade do que as células, sem a presença de aparato metabólico capaz de proporcionar capacidade reprodutiva e de crescimento. Por causa disso, os vírus não são considerados pela maioria da comunidade científica como organismos vivos. A partícula viral é composta por núcleo, capsídeo e envelope. O material genético viral pode ser composto por RNA ou DNA, de estrutura de simples fita ou dupla fita, circular ou linear.

Composição dos organismos / seres vivos

Os organismos vivos são compostos por átomos de carbono (C), hidrogênio (H), oxigênio (O), nitrogênio (N), fósforo (P), potássio (K), sódio(Na), cálcio(Ca), magnésio(Mg), cloro(Cl) e enxofre(S). Duas moléculas de hidrogênio juntamente com uma de oxigênio formam a molécula de água. A água é o componente mais abundante das células, representando 70% do peso celular. Além disto, outros elementos estão presentes em menor quantidade, principalmente na forma de íons, dentre eles o ferro (Fe), zinco (Zn) e manganês (Mn). O carbono é o elemento químico predominante nos organismos vivos, grande parte dos compostos químicos conhecidos contém carbono em sua composição e são chamados de substâncias orgânicas. Esta característica é possível por meio da capacidade do carbono fazer até quatro ligações covalentes estáveis. A partir da interação dos átomos através de ligações químicas, tais como ligações covalentes, são formados os macronutrientes como proteínas, ácidos nucléicos e polissacarídeos. Esses macronutrientes são blocos construtores de organizações celulares mais complexas, como organelas e membranas plasmáticas. Apesar dos lipídios não serem considerados macronutrientes por serem muito pequenos, são moléculas biológicas muito importantes na construção modular.  Proteína são de fundamental importância, sendo compostos nitrogenados orgânicos presentes em todas as células vivas. O termo lipídio (grego lipos, Gordura) abrange um conjunto de moléculas orgânicas que tem como característica a insolubilidade em água. Os polissacarídeos (do grego: sakcharon, açúcar) são polímeros naturais de grande importância no armazenamento energético e também estrutural, juntamente com lipídios e as proteínas. Toda a informação genética celular está contida nos ácidos nucléicos, formados a partir de polímeros de nucleotídeos.

Metabolismo

Uma das propriedades dos seres vivos é a capacidade de transformar a matéria, produzindo suas próprias moléculas a partir de fontes externas de nutrientes e de energia. O conjunto de reações químicas características de um ser vivo é conhecido como metabolismo. De acordo com o tipo de metabolismo, os seres vivos podem ser classificados em autotróficos e heterotróficos. Os organismos autotróficos sintetizam seus componentes a partir de moléculas simples como H₂O, CO₂, NH₃ e H₂S. Os organismos heterotróficos adquirem energia pela oxidação de moléculas obtidas dos autotróficos.

Os organismos autotróficos podem ser classificados de acordo com a fonte de energia que usam para a síntese de suas moléculas. Os quimiolitotróficos oxidam compostos inorgânicos como NH₃, H₂S ou Fe²⁺. Já foram descritas grandes colônias de organismos quimiolitotróficos de crescimento muito lento, vivendo abaixo da terra a cinco quilômetros de profundidade.

2NH₃ + 4O₂ → 2HNO₃ + 2H₂O

H₂S + 2O₂ → H₂SO₄

4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O → 4Fe(OH)₃ + 4CO₂

Os organismos fotoautotróficos, como cianobactérias e plantas, obtêm energia a partir da fotossíntese. Nesse processo a energia luminosa é utilizada para catalisar a transferência de elétrons de compostos inorgânicos para o CO₂, gerando carboidratos [(CH₂O)_n]. O doador mais comum é a água (H₂O):

nCO₂ + nH₂O → (CH₂O)_n +nO₂

Esse tipo de reação provavelmente gerou o O₂ da atmosfera terrestre. Algumas cianobactérias também possuem a capacidade de fixar o nitrogênio da atmosfera em compostos orgânicos, tendo apenas a necessidade nutricional adicional de pequenas quantidades de minerais.

Algumas bactérias, como as bactérias fotossintéticas púrpuras e verdes, são capazes de realizar fotossíntese usando como doadores de elétrons H₂, H₂S, tiossulfatos ou compostos orgânicos. Essas bactérias vivem em habitats sem oxigênio, ricos em H₂S.

nCO₂ +2nH₂S → (CH₂O)_n + nH₂O +2nS

Os organismos heterotróficos podem ser aeróbios obrigatórios como os animais, usando o O₂ atmosférico, ou anaeróbios, como as bactérias redutoras de sulfato ou desnitrificantes, que usam o sulfato e o nitrato como agentes oxidantes. Um processo de oxidação-redução intramolecular muito comum na maioria dos organismos é a fermentação, que propicia a degradação de compostos orgânicos sem o uso do oxigênio molecular.

Os organismos anaeróbios podem ser classificados em anaeróbios facultativos ou anaeróbios obrigatórios. Os facultativos podem se desenvolver tanto na ausência como na presença de O₂. Já os obrigatórios não toleram a presença de O₂ e são provavelmente semelhantes às formas primitivas de vida da Terra.

A quantidade de reações químicas que compõem o metabolismo de um ser vivo é enorme. Essas reações podem fazer parte de vias metabólicas, que são sequências de reações as quais são controladas de forma a não gerar produtos desnecessários. De uma forma geral, o metabolismo é dividido em duas categorias, o catabolismo e o anabolismo.

O catabolismo é a degradação de nutrientes e constituintes celulares para recuperar seus componentes e gerar energia. O anabolismo é a síntese de biomoléculas a partir de componentes mais simples.

O catabolismo fornece energia para as vias anabólicas na forma de ATP (do inglês adenosine triphosphate, em português trifosfato de adenosina). Reações geradoras de energia como a fotossíntese e a oxidação de nutrientes produzem ATP a partir da condensação de uma molécula de ADP (do inglês adenosine diphosphate, em português difosfato de adenosina) e um íon fosfato.

ADP + HPO₄^2-  ↔ ATP + H₂O

As vias anabólicas, transporte de moléculas e a contração muscular usam a energia da hidrólise do ATP. Dessa forma o ATP acopla as vias catabólicas e anabólicas:

ATP + H₂O ↔ ADP + HPO₄^2-

Herança Genética

Os seres vivos possuem diferentes atributos que os distinguem uns dos outros. Dentro de uma mesma espécie, como os seres humanos por exemplo, há uma grande variedade de fenótipos resultante de várias características, como cor do cabelo, cor da pele e altura. Esses atributos são definidos, principalmente, por fatores genéticos.

O DNA (ácido desoxirribonucleico), é uma macromolécula que contém as informações genéticas que irão conferir tais características aos seres vivos. Ele é composto por combinações de 4 nucleotídeos: Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) e Citosina (C). Milhares desses nucleotídeos são combinados de diferentes maneiras, formando sequências definidas. Essas sequências de nucleotídeos estão presentes ao longo do DNA, e algumas delas formam os genes.

Genes são sequências de DNA que contém a informação para uma determinada característica do organismo. Ou seja, a informação genética está contida em sequências específicas de nucleotídeos (A,T,C,G) presentes no DNA, que serão interpretadas pela maquinaria celular (transcritas e/ou traduzidas), gerando um produto que confere um determinado atributo para o organismo. Dessa forma, diversas características são definidas por genes, desde a capacidade de utilizar a glicose como fonte de energia até a cor dos olhos de uma pessoa. A substituição, deleção ou inserção de nucleotídeos (mutações) em uma sequência de DNA que compõe um gene pode ser prejudicial ao organismo, pois o produto do gene pode conter uma alteração, resultante dessa mutação, e ter a sua forma ou função alterada. Por isso, existem várias doenças de natureza genética, como é o caso das distrofias musculares e várias síndromes.

Um gene contém formas alternativas, chamadas de alelos. A maioria das células possui um par de alelos para cada gene. A característica resultante dos alelos e genes é chamada fenótipo. Se um organismo possui pares de alelos iguais para uma característica, é chamado homozigoto, se possui diferentes alelos é chamado heterozigoto. Um alelo pode ser dominante, recessivo ou co-dominante. Por exemplo, a cor do olho é definida por um determinado gene, que possui dois alelos: “A”, que caracteriza olhos escuros e “a” que caracteriza olhos claros. Se um indivíduo possui um par de alelos “AA” ou “Aa” terá olhos escuros, e se possuir um par de alelos “aa” terá olhos claros. Ou seja, nesse exemplo, o alelo “A” é dominante, pois seu fenótipo prevalece sobre “a”, e o alelo “a” é recessivo, pois para que seu fenótipo seja expresso é necessário que haja um par “aa”. Em alguns casos, os alelos são expressos juntos, e não há a prevalência de um fenótipo sobre o outro, e sim a formação de um intermediário. É importante ressaltar que nem todas as características genéticas são definidas por pares de alelos que são expressos nesses formatos.

O DNA está disposto em estruturas chamadas cromossomos. Como a molécula de DNA é muito extensa, esta é enovelada em proteínas denominadas histonas, resultando em um formato condensado da molécula de DNA com auxílio dessas proteínas. Organismos eucariotos possuem cromossomos lineares em quantidades variáveis entre cada espécie. Por exemplo, os seres humanos contêm 23 pares de cromossomos. Organismos procariotos possuem um único cromossomo circular. A maioria das células eucarióticas possuem duas cópias de cada cromossomo, nomeados pares homólogos, e são chamadas de células somáticas ou diploides (2N). Como um gene normalmente contém um par de alelos, cada alelo está disposto em um dos pares dos cromossomos. Células germinativas ou haploides (N) contém apenas uma cópia de cada cromossomo, portanto possuem apenas um alelo de cada gene (para características que obedecem a essa regra).

A informação genética é passada para as próximas gerações de células, ou seja, para as células-filhas durante a divisão celular. Para que a divisão celular aconteça, a célula promove uma sequência organizada de eventos, dentre elas, a duplicação dos cromossomos que serão posteriormente segregados para cada uma das células-filhas.

O processo de divisão celular das células somáticas é conhecido como mitose, onde cada célula parental (diplóide, 2N) é responsável pela formação de duas células-filhas (diplóides, 2N). Para isso, cada cromossomo duplicado se liga pelo centrômero ao fuso mitótico, que posteriormente é posicionado na placa equatorial da célula (4N). Cada metade do cromossomo duplicado (cromátide) é então deslocada para um dos polos opostos da célula em divisão, culminando assim na divisão celular (citocinese).

O processo de formação de células germinativas (gametas) é conhecido como meiose e, diferentemente da mitose, requer dois ciclos de segregação cromossômica para a formação de 4 células-filhas, cada uma contendo metade do número de cromossomos da célula parental (haplóide, N). Um importante evento que ocorre na meiose é a chamada recombinação genética, ou seja, troca de partes correspondentes entre cromossomos homólogos, garantindo assim a variabilidade genética entre organismos de uma mesma população.

Referências

Alberts, Bruce. Biologia Molecular da Célula. 6. ed. Porto Alegre:Artmed, 2017.

Chodasewicz K. Theory Biosci. 2014 Mar;133(1):39-45. Evolution, reproduction and definition of life.

Dicionário Brasileiro da Língua Portuguesa. Editora Melhoramentos, 2015. em: http://michaelis.uol.com.br/moderno-portugues/busca/portugues-brasileiro/organismo/ (data acesso 27/02/2018)

Voet, Donald; Voet, Judith G. Bioquímica. 4ºedição. Porto Alegre: Artmed, 2013.

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