A complexidade intrínseca da vida mínima: desvendando as probabilidades
https://elohim.catsboard.com/t384-a-complexidade-intrinseca-da-vida-minima-desvendando-as-probabilidades
A comunidade científica tem historicamente destacado organismos mais simples como o Mycoplasma para enfatizar a vida minimalista (que se alinharia com uma origem naturalista da vida), mas esta perspectiva ignora a complexidade mínima inerente ao início da vida. O micoplasma, frequentemente apontado como a menor forma de vida, é simbiótico e depende de seu hospedeiro para sobreviver e, portanto, não é um bom candidato e representativo. Uma representação mais adequada da vida livre mínima pode ser a bactéria Pelagibacter Ubique, que possui aproximadamente 1.350 proteínas. Embora 1.350 possa parecer um mero número, é crucial reconhecer cada proteína como uma máquina molecular complexa com funções específicas essenciais à vida, cada uma tendo um papel único. Muitas dessas proteínas estão intrinsecamente ligadas, formando elaboradas linhas de microprodução.
Na minha exploração aprofundada das necessidades fundamentais das menores formas de vida conhecidas, cataloguei uma infinidade de proteínas e suas funções para uma suposta célula de vida livre em uma fonte hidrotermal, que é hoje a hipótese predominante de onde a vida começou. . Só esta empreitada ocupou cerca de 150 páginas A4.
https://reasonandscience.catsboard.com/t3383-puzzling-origins-reevaluating-luca-in-the-light-of-intelligent-design
Este exercício oferece uma dica da magnitude da complexidade inerente até mesmo aos organismos mais simples.
Artigos científicos recentes, como Bill Martins de 2021, postulam um metaboloma mínimo que consiste em 407 nós/proteínas, enquanto meu cálculo dobra esse número. De acordo com meus cálculos, seriam pelo menos 862 nós/enzimas.
Se considerarmos que o proteoma e o interactoma de LUCA foram uma questão de tentativa e erro (que é a alternativa ao design), as probabilidades de obter um tamanho mínimo com 1226 proteínas seriam:
Calcular as chances de formar um proteoma com 1.226 proteínas, cada uma com tamanho médio de 300 aminoácidos, puramente por tentativa e erro aleatório, é um desafio monumental devido à vastidão dos números envolvidos. Aqui está uma maneira básica de pensar sobre as probabilidades: Formação de Proteína Única: Cada um dos 20 aminoácidos comuns tem 1 chance em 20 de ser selecionado para cada posição na cadeia proteica. Para uma proteína com uma sequência de 300 aminoácidos, a probabilidade de obter uma sequência específica puramente por acaso é: (1/20) ^300, ou 1 em 10^390. Agora, se considerarmos que precisamos de 1.226 dessas sequências específicas, as probabilidades se tornam ainda mais minúsculas: ((1/20)^300)^1.226, ou
1 em 10^477.660 .
Premissa 1:Para existir uma célula funcional, é necessário um sistema intrincado e interdependente de códigos, linguagens e proteínas, com a probabilidade de esses sistemas se formarem aleatoriamente sendo de 1 em 10 ^ 477.660.
Premissa 2: Probabilidades além de 1 em 10 ^ 139 ( o número máximo de eventos possíveis em um universo que tem 13,8 bilhões de anos (10 ^ 16 segundos) onde cada átomo (10 ^ 80) está mudando seu estado na taxa máxima de 10 ^ 40 vezes por segundo é 10 ^ 139.. Conclusão
: Portanto, a formação aleatória e não guiada de sistemas interdependentes de uma célula funcional em nosso universo é estatisticamente impossível, sugerindo um design intencional
.Mesmo entre o grande número de sequências possíveis, apenas uma fração minúscula se dobrará em proteínas funcionais. Portanto, as probabilidades são ainda piores quando se considera a formação de proteínas funcionais.
Interações e Dependências: Além das proteínas individuais, muitas proteínas precisam estar em formas específicas e requerem parceiros ou cofatores específicos para funcionar. Portanto, a complexidade não vem apenas da formação das próprias proteínas, mas de suas interações e dependências.
Ocorrência Simultânea: Para uma célula funcional, muitas destas proteínas precisariam de existir simultaneamente, ou dentro de um período de vida que permita uma interação significativa.
A enorme complexidade de uma única célula e as probabilidades astronómicas de que os seus componentes se juntem puramente por acaso mostram a incrível complexidade e sofisticação inerentes à vida. Quando mergulhamos profundamente nos processos celulares, a improbabilidade estatística de a vida se originar e operar através de processos não guiados torna-se extremamente clara.
Considere as chances de formar um proteoma com 1.226 proteínas, cada uma com tamanho médio de 300 aminoácidos, puramente por acaso: 1 em 10 ^ 477.660 . Este número é insondavelmente vasto. Para colocar isso em perspectiva, o número total de átomos no universo observável é estimado em cerca de 10^80. Apenas para ilustrar o tamanho deste número:
Se você embaralhar um baralho padrão de 52 cartas, haverá aproximadamente 10^67 arranjos possíveis. Isto significa que as probabilidades de conseguir um arranjo específico de proteínas são muito maiores do que as probabilidades de embaralhar um baralho numa ordem específica, não apenas uma vez, mas milhares de milhões e milhares de milhões de vezes consecutivas.
Se cada átomo no universo observável fosse um cronômetro, e cada cronômetro pudesse contar até um trilhão (10^12) em apenas um segundo, e todos contassem simultaneamente desde o início do universo (cerca de 14 bilhões de anos atrás) até agora, ainda não teríamos nos aproximado de 10^477.660. Na verdade, não estaríamos nem perto.
As probabilidades de formação destas proteínas por processos aleatórios são tão remotas que estão além de qualquer evento concebível que possamos imaginar no nosso universo. Além disso, a complexidade não termina apenas na formação de proteínas. Muitas proteínas requerem formas e configurações específicas ou não funcionarão. Essas formas funcionais representam um subconjunto minúsculo de todas as formas proteicas possíveis. Portanto, as probabilidades já astronômicas de gerar aleatoriamente qualquer sequência proteica tornam-se ainda mais improváveis quando se consideram apenas as sequências que resultam em proteínas funcionais. Além disso, as proteínas não funcionam isoladamente. Eles fazem parte de uma intrincada rede de interações e dependências. Muitas proteínas requerem parceiros, cofatores ou condições específicas para realizar suas tarefas. Isso significa que múltiplas proteínas devem existir simultaneamente e interagir de maneira precisa para que as funções celulares prossigam. Os códigos e linguagens de fabricação, sinalização e regulamentação que sustentam os processos celulares exemplificam a irredutibilidade e a interdependência. Considere o código genético, onde as sequências de DNA são transcritas em RNA e depois traduzidas em proteínas. Cada uma dessas etapas depende de um conjunto de mecanismos moleculares, e cada parte desse mecanismo é vital. Sem transcrição, a informação no DNA permanece bloqueada. Sem tradução, as mensagens no RNA não têm sentido. Esses processos são interdependentes, sendo um inútil sem o outro. Além disso, os idiomas e códigos da célula permitem comunicação complexa e diafonia. As vias de sinalização permitem que as células respondam ao seu ambiente, regular a expressão genética e coordenar atividades. Sem estas redes de comunicação, a célula seria um conjunto de partes sem coordenação.
A maquinaria celular também necessita de mecanismos reguladores. Sem regulação, os processos celulares podem ficar descontrolados, levando a doenças ou à morte celular. Os mecanismos regulatórios garantem que tudo aconteça quando deveria, onde deveria e nas quantidades certas. É um desafio imaginar como tais sistemas interdependentes poderiam ter surgido passo a passo ao longo de milhões, ou mesmo milhares de milhões de anos. Se uma parte do sistema estivesse faltando ou não estivesse totalmente funcional, todo o sistema provavelmente falharia. Estes sistemas são uma prova clara de que todos os componentes precisavam estar presentes desde o início, sugerindo que foram concebidos para funcionar como um todo interligado.
LUCA é uma entidade teórica, um organismo unicelular do qual supostamente todas as formas de vida na Terra descendem através da evolução.
Um proteoma mínimo para o Último Ancestral Comum Universal (LUCA): A sequência a seguir começa com reações bioquímicas fundamentais e produção de energia celular, depois progride para portadores de informação, componentes estruturais e, finalmente, mecanismos de defesa e reparo.
Aglomerados de metais: Estimativa de enzimas/proteínas: 46
Essencial para diversas reações bioquímicas e estruturas proteicas.
Metabolismo energético, metabolismo central do carbono e outras vias específicas: Estimativa de enzimas/proteínas: 74
vias fundamentais que fornecem energia e precursores para outros processos biossintéticos.
Síntese e salvamento de nucleotídeos: estimativa de enzimas/proteínas: 89
A base para a geração de portadores de informação genética.
Biossíntese de aminoácidos: Estimativa de enzimas/proteínas: 135
Blocos de construção para síntese de proteínas.
Enzimas e Proteínas Reguladoras na Síntese de Aminoácidos: Estimativa de enzimas/proteínas: 76
Regulam a síntese de aminoácidos.
Tradução/Ribossomo no LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 125
Processos e máquinas para síntese de proteínas.
Biossíntese e montagem do ribossomo bacteriano: estimativa de enzimas/proteínas: 104
Elaboração adicional sobre montagem e função do ribossomo.
Transcrição/regulação no LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 63
Processos de leitura de informação genética e regulação.
Processamento de DNA em LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 48
Gerenciamento e replicação de informações genéticas.
Famílias/funções envolvidas em vários aspectos da divisão celular em LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 96
Divisão e proliferação celular.
Síntese de Peptidoglicano: Estimativa de enzimas/proteínas: 91
Essencial para a síntese da parede celular bacteriana.
Síntese de ácidos graxos e fosfolipídios em LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 48
Para fazer membranas celulares.
Cofatores: Estimativa de enzimas/proteínas: 85
Ajudantes essenciais para reações enzimáticas.
Metabolismo NAD: Estimativa de enzimas/proteínas: 63
Importante para reações redox na célula.
Espécies reativas de oxigênio (ROS): Estimativa de enzimas/proteínas: 3
Lidam com o estresse oxidativo e subprodutos do metabolismo.
A soma total de todas as entradas fornecidas é 1.226.
O número de 1.226 proteínas está próximo do que pode ser considerado um proteoma mínimo. Para contextualizar, a bactéria Pelagibacter ubique(um membro do clado SAR11, um dos micróbios marinhos mais abundantes e menores). P. ubique também possui um genoma pequeno (1.308.759 pb), atualmente o menor genoma conhecido para um organismo de vida livre. O genoma codifica 1.354 proteínas previstas, 1 operon de rRNA e 32 tRNAs. Dado que P. ubique tem um genoma simplificado adaptado ao seu ambiente oceânico específico, a sua contagem de proteínas está próxima do limite inferior para organismos de vida livre.
Algumas categorias gerais e enzimas que podem ser consideradas fundamentais para uma ampla gama de formas de vida celular:
Sistemas de transporte de membrana: embora alguns transportadores tenham sido mencionados, um organismo precisaria de sistemas de transporte para íons, água (aquaporinas) e outras moléculas essenciais não especificadas em sua lista.
Síntese de ATP:O complexo ATP sintase, crucial para a produção de ATP, a principal moeda energética da célula, não foi mencionado.
Máquinas de replicação de DNA: As enzimas fundamentais da DNA polimerase, helicases, primases, ligases e topoisomerases, que estão envolvidas na replicação e manutenção do DNA, não foram detalhadas.
Dobramento e degradação de proteínas: Acompanhantes (como GroEL/GroES e DnaK/DnaJ) auxiliam no dobramento de proteínas. As máquinas de proteassoma ou ClpXP ajudam a degradar proteínas desnecessárias ou mal dobradas.
Enzimas da glicólise e do ciclo do TCA: As enzimas centrais do metabolismo do carbono, como as da glicólise e do ciclo do TCA (Krebs), fornecem precursores vitais para várias vias biossintéticas e produzem ATP.
Máquinas de divisão celular:FtsZ e outras proteínas essenciais para a divisão celular e formação de septo.
Sistemas de resposta ao estresse: Várias enzimas e proteínas ajudam as células a lidar com o estresse oxidativo, danos ao DNA e outros estressores ambientais. Por exemplo, a superóxido dismutase (SOD) e a catalase ajudam a neutralizar as espécies reativas de oxigênio.
Síntese de lipopolissacarídeos: Em bactérias Gram-negativas, as enzimas envolvidas na síntese de lipopolissacarídeos são vitais para a biogênese da membrana externa.
Processamento e degradação de RNA: Embora você tenha mencionado ribonucleases, outras enzimas e proteínas associadas ao splicing, maturação e degradação de RNA em vários organismos poderiam ser incluídas.
Sistemas de Transdução de Sinal:Sistemas de dois componentes, proteínas quinases e outras moléculas sinalizadoras ajudam a célula a responder às mudanças ambientais.
Processos Autotróficos: Se considerarmos os autotróficos, o ciclo de Calvin e outras vias de fixação de carbono, juntamente com enzimas para fixação de nitrogênio, podem ser considerados essenciais.
Tamanho do Metaboloma Central
O metaboloma central geralmente se refere a um conjunto de vias e processos metabólicos que são onipresentes e fundamentais para a vida celular. Com base nesse entendimento, o seguinte pode ser considerado parte do metaboloma central:
Metabolismo Energético, Metabolismo Central do Carbono e Outras Vias Específicas: Estimativa de enzimas/proteínas: 74
Vias fundamentais que fornecem energia e precursores para outros processos biossintéticos.
Síntese e Salvamento de Nucleotídeos: Estimativa de enzimas/proteínas: 89
A base para a geração de portadores de informação genética.
Biossíntese de aminoácidos: Estimativa de enzimas/proteínas: 135
Blocos de construção para síntese de proteínas.
Enzimas e proteínas reguladoras na síntese de aminoácidos: Estimativa de enzimas/proteínas: 76
A regulação é crucial para manter a homeostase metabólica e garantir o uso eficiente dos recursos celulares.
Tradução/Ribossomo no LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 125
Processos e máquinas para síntese de proteínas.
Biossíntese e montagem do ribossomo bacteriano: estimativa de enzimas/proteínas: 104
Elaboração adicional sobre montagem e função do ribossomo.
Transcrição/regulação no LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 63
Processos de leitura de informação genética e regulação.
Processamento de DNA em LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 48
Gerenciamento e replicação de informações genéticas.
Cofatores: Estimativa de enzimas/proteínas: 85
Ajudantes essenciais para reações enzimáticas.
Metabolismo NAD: Estimativa de enzimas/proteínas: 63
Importante para reações redox na célula.
Total de 862 enzimas/proteínas
Os outros processos e entidades listados são essenciais para a vida, mas podem ser considerados mais especializados e não parte do núcleo central do metabolismo. Por exemplo, embora os "aglomerados de metais" e as "espécies reativas de oxigênio (ROS)" sejam vitais para muitos organismos, eles podem ser vistos como auxiliares dos processos metabólicos centrais em alguns contextos.
Considerações adicionais
A intrincada dança dos processos moleculares dentro de uma célula apresenta uma orquestra de sistemas, linguagens e códigos entrelaçados. A enorme complexidade e precisão destes processos sugerem um enigma fundamental: como poderia tal complexidade surgir passo a passo quando as fases intermédias não teriam qualquer função? Tomemos, por exemplo, o processo de transcrição e tradução. A transcrição lê a informação genética e a tradução converte essa mensagem em proteínas. Cada uma dessas etapas depende de um conjunto de máquinas moleculares. Sem transcrição, a informação no DNA permanece inacessível. Sem tradução, as mensagens no RNA não servem para nada. Os dois processos são interdependentes, tornando um inútil sem o outro. Além disso, as linguagens e os códigos que sustentam estes processos são irredutíveis na sua complexidade. O código genético, com seus conjuntos específicos de letras, palavras e regras, deve estar perfeitamente sincronizado com o mecanismo de tradução. Uma mudança ou ausência em um tornaria os outros absurdos. Depois, há a sinalização celular, uma vasta rede de canais de comunicação que coordena todas as atividades celulares. As vias de sinalização permitem que as células sintam o seu ambiente, regulem a expressão genética e orquestrem tarefas complexas. Sem essas vias, uma célula seria apenas um conjunto de partes sem nenhuma diretriz. Além disso, estas redes de sinalização não podem funcionar isoladamente. Eles requerem receptores específicos, mensageiros secundários e proteínas efetoras – todos interdependentes. A ausência ou mau funcionamento de um componente pode se espalhar pelo sistema, causando disfunções generalizadas. Mas a complexidade não para por aí. Mecanismos regulatórios governam esses sistemas, garantindo que tudo ocorra quando e onde deveria. Esta intrincada coreografia requer um conjunto sofisticado de códigos e linguagens. Por exemplo, uma sequência específica de DNA, conhecida como promotor, sinaliza onde a transcrição deve começar. Outra sequência chamada terminador sinaliza onde ela deve terminar. Estes códigos regulamentares são irredutíveis; sem eles, a transcrição não seria iniciada ou produziria sequências sem sentido. É um desafio imaginar como tais sistemas interligados poderiam ter surgido através de um processo linear e gradual, mesmo ao longo de milhares de milhões de anos. Os estágios intermediários, sem funcionalidade total, não proporcionariam uma vantagem de sobrevivência. A interdependência destes sistemas sugere que eles precisavam estar presentes e totalmente funcionais desde o seu início. Quando nos aprofundamos nesses sistemas, fica evidente que eles não poderiam ter surgido passo a passo. Um sem o outro é como uma fechadura sem chave – inutilizada. Esta complexidade interligada aponta para um design deliberado e intencional, exigindo uma compreensão profunda dos processos celulares. Concluindo, o mundo molecular dentro de uma célula não é apenas uma confusão de reações. É uma sinfonia harmonizada de códigos, linguagens e sistemas irredutivelmente complexos e interdependentes. A implausibilidade de tal dança coordenada emergir através de processos aleatórios e graduais sublinha a maravilha da vida celular e sugere uma orquestração inteligente por trás da sua existência. Um sem o outro é como uma fechadura sem chave – inutilizada. Esta complexidade interligada aponta para um design deliberado e intencional, exigindo uma compreensão profunda dos processos celulares. Concluindo, o mundo molecular dentro de uma célula não é apenas uma confusão de reações. É uma sinfonia harmonizada de códigos, linguagens e sistemas irredutivelmente complexos e interdependentes. A implausibilidade de tal dança coordenada emergir através de processos aleatórios e graduais sublinha a maravilha da vida celular e sugere uma orquestração inteligente por trás da sua existência. Um sem o outro é como uma fechadura sem chave – inutilizada. Esta complexidade interligada aponta para um design deliberado e intencional, exigindo uma compreensão profunda dos processos celulares. Concluindo, o mundo molecular dentro de uma célula não é apenas uma confusão de reações. É uma sinfonia harmonizada de códigos, linguagens e sistemas irredutivelmente complexos e interdependentes. A implausibilidade de tal dança coordenada emergir através de processos aleatórios e graduais sublinha a maravilha da vida celular e sugere uma orquestração inteligente por trás da sua existência. É uma sinfonia harmonizada de códigos, linguagens e sistemas irredutivelmente complexos e interdependentes. A implausibilidade de tal dança coordenada emergir através de processos aleatórios e graduais sublinha a maravilha da vida celular e sugere uma orquestração inteligente por trás da sua existência. É uma sinfonia harmonizada de códigos, linguagens e sistemas irredutivelmente complexos e interdependentes. A implausibilidade de tal dança coordenada emergir através de processos aleatórios e graduais sublinha a maravilha da vida celular e sugere uma orquestração inteligente por trás da sua existência.
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A comunidade científica tem historicamente destacado organismos mais simples como o Mycoplasma para enfatizar a vida minimalista (que se alinharia com uma origem naturalista da vida), mas esta perspectiva ignora a complexidade mínima inerente ao início da vida. O micoplasma, frequentemente apontado como a menor forma de vida, é simbiótico e depende de seu hospedeiro para sobreviver e, portanto, não é um bom candidato e representativo. Uma representação mais adequada da vida livre mínima pode ser a bactéria Pelagibacter Ubique, que possui aproximadamente 1.350 proteínas. Embora 1.350 possa parecer um mero número, é crucial reconhecer cada proteína como uma máquina molecular complexa com funções específicas essenciais à vida, cada uma tendo um papel único. Muitas dessas proteínas estão intrinsecamente ligadas, formando elaboradas linhas de microprodução.
Na minha exploração aprofundada das necessidades fundamentais das menores formas de vida conhecidas, cataloguei uma infinidade de proteínas e suas funções para uma suposta célula de vida livre em uma fonte hidrotermal, que é hoje a hipótese predominante de onde a vida começou. . Só esta empreitada ocupou cerca de 150 páginas A4.
https://reasonandscience.catsboard.com/t3383-puzzling-origins-reevaluating-luca-in-the-light-of-intelligent-design
Este exercício oferece uma dica da magnitude da complexidade inerente até mesmo aos organismos mais simples.
Artigos científicos recentes, como Bill Martins de 2021, postulam um metaboloma mínimo que consiste em 407 nós/proteínas, enquanto meu cálculo dobra esse número. De acordo com meus cálculos, seriam pelo menos 862 nós/enzimas.
Se considerarmos que o proteoma e o interactoma de LUCA foram uma questão de tentativa e erro (que é a alternativa ao design), as probabilidades de obter um tamanho mínimo com 1226 proteínas seriam:
Calcular as chances de formar um proteoma com 1.226 proteínas, cada uma com tamanho médio de 300 aminoácidos, puramente por tentativa e erro aleatório, é um desafio monumental devido à vastidão dos números envolvidos. Aqui está uma maneira básica de pensar sobre as probabilidades: Formação de Proteína Única: Cada um dos 20 aminoácidos comuns tem 1 chance em 20 de ser selecionado para cada posição na cadeia proteica. Para uma proteína com uma sequência de 300 aminoácidos, a probabilidade de obter uma sequência específica puramente por acaso é: (1/20) ^300, ou 1 em 10^390. Agora, se considerarmos que precisamos de 1.226 dessas sequências específicas, as probabilidades se tornam ainda mais minúsculas: ((1/20)^300)^1.226, ou
1 em 10^477.660 .
Premissa 1:Para existir uma célula funcional, é necessário um sistema intrincado e interdependente de códigos, linguagens e proteínas, com a probabilidade de esses sistemas se formarem aleatoriamente sendo de 1 em 10 ^ 477.660.
Premissa 2: Probabilidades além de 1 em 10 ^ 139 ( o número máximo de eventos possíveis em um universo que tem 13,8 bilhões de anos (10 ^ 16 segundos) onde cada átomo (10 ^ 80) está mudando seu estado na taxa máxima de 10 ^ 40 vezes por segundo é 10 ^ 139.. Conclusão
: Portanto, a formação aleatória e não guiada de sistemas interdependentes de uma célula funcional em nosso universo é estatisticamente impossível, sugerindo um design intencional
.Mesmo entre o grande número de sequências possíveis, apenas uma fração minúscula se dobrará em proteínas funcionais. Portanto, as probabilidades são ainda piores quando se considera a formação de proteínas funcionais.
Interações e Dependências: Além das proteínas individuais, muitas proteínas precisam estar em formas específicas e requerem parceiros ou cofatores específicos para funcionar. Portanto, a complexidade não vem apenas da formação das próprias proteínas, mas de suas interações e dependências.
Ocorrência Simultânea: Para uma célula funcional, muitas destas proteínas precisariam de existir simultaneamente, ou dentro de um período de vida que permita uma interação significativa.
A enorme complexidade de uma única célula e as probabilidades astronómicas de que os seus componentes se juntem puramente por acaso mostram a incrível complexidade e sofisticação inerentes à vida. Quando mergulhamos profundamente nos processos celulares, a improbabilidade estatística de a vida se originar e operar através de processos não guiados torna-se extremamente clara.
Considere as chances de formar um proteoma com 1.226 proteínas, cada uma com tamanho médio de 300 aminoácidos, puramente por acaso: 1 em 10 ^ 477.660 . Este número é insondavelmente vasto. Para colocar isso em perspectiva, o número total de átomos no universo observável é estimado em cerca de 10^80. Apenas para ilustrar o tamanho deste número:
Se você embaralhar um baralho padrão de 52 cartas, haverá aproximadamente 10^67 arranjos possíveis. Isto significa que as probabilidades de conseguir um arranjo específico de proteínas são muito maiores do que as probabilidades de embaralhar um baralho numa ordem específica, não apenas uma vez, mas milhares de milhões e milhares de milhões de vezes consecutivas.
Se cada átomo no universo observável fosse um cronômetro, e cada cronômetro pudesse contar até um trilhão (10^12) em apenas um segundo, e todos contassem simultaneamente desde o início do universo (cerca de 14 bilhões de anos atrás) até agora, ainda não teríamos nos aproximado de 10^477.660. Na verdade, não estaríamos nem perto.
As probabilidades de formação destas proteínas por processos aleatórios são tão remotas que estão além de qualquer evento concebível que possamos imaginar no nosso universo. Além disso, a complexidade não termina apenas na formação de proteínas. Muitas proteínas requerem formas e configurações específicas ou não funcionarão. Essas formas funcionais representam um subconjunto minúsculo de todas as formas proteicas possíveis. Portanto, as probabilidades já astronômicas de gerar aleatoriamente qualquer sequência proteica tornam-se ainda mais improváveis quando se consideram apenas as sequências que resultam em proteínas funcionais. Além disso, as proteínas não funcionam isoladamente. Eles fazem parte de uma intrincada rede de interações e dependências. Muitas proteínas requerem parceiros, cofatores ou condições específicas para realizar suas tarefas. Isso significa que múltiplas proteínas devem existir simultaneamente e interagir de maneira precisa para que as funções celulares prossigam. Os códigos e linguagens de fabricação, sinalização e regulamentação que sustentam os processos celulares exemplificam a irredutibilidade e a interdependência. Considere o código genético, onde as sequências de DNA são transcritas em RNA e depois traduzidas em proteínas. Cada uma dessas etapas depende de um conjunto de mecanismos moleculares, e cada parte desse mecanismo é vital. Sem transcrição, a informação no DNA permanece bloqueada. Sem tradução, as mensagens no RNA não têm sentido. Esses processos são interdependentes, sendo um inútil sem o outro. Além disso, os idiomas e códigos da célula permitem comunicação complexa e diafonia. As vias de sinalização permitem que as células respondam ao seu ambiente, regular a expressão genética e coordenar atividades. Sem estas redes de comunicação, a célula seria um conjunto de partes sem coordenação.
A maquinaria celular também necessita de mecanismos reguladores. Sem regulação, os processos celulares podem ficar descontrolados, levando a doenças ou à morte celular. Os mecanismos regulatórios garantem que tudo aconteça quando deveria, onde deveria e nas quantidades certas. É um desafio imaginar como tais sistemas interdependentes poderiam ter surgido passo a passo ao longo de milhões, ou mesmo milhares de milhões de anos. Se uma parte do sistema estivesse faltando ou não estivesse totalmente funcional, todo o sistema provavelmente falharia. Estes sistemas são uma prova clara de que todos os componentes precisavam estar presentes desde o início, sugerindo que foram concebidos para funcionar como um todo interligado.
LUCA é uma entidade teórica, um organismo unicelular do qual supostamente todas as formas de vida na Terra descendem através da evolução.
Um proteoma mínimo para o Último Ancestral Comum Universal (LUCA): A sequência a seguir começa com reações bioquímicas fundamentais e produção de energia celular, depois progride para portadores de informação, componentes estruturais e, finalmente, mecanismos de defesa e reparo.
Aglomerados de metais: Estimativa de enzimas/proteínas: 46
Essencial para diversas reações bioquímicas e estruturas proteicas.
Metabolismo energético, metabolismo central do carbono e outras vias específicas: Estimativa de enzimas/proteínas: 74
vias fundamentais que fornecem energia e precursores para outros processos biossintéticos.
Síntese e salvamento de nucleotídeos: estimativa de enzimas/proteínas: 89
A base para a geração de portadores de informação genética.
Biossíntese de aminoácidos: Estimativa de enzimas/proteínas: 135
Blocos de construção para síntese de proteínas.
Enzimas e Proteínas Reguladoras na Síntese de Aminoácidos: Estimativa de enzimas/proteínas: 76
Regulam a síntese de aminoácidos.
Tradução/Ribossomo no LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 125
Processos e máquinas para síntese de proteínas.
Biossíntese e montagem do ribossomo bacteriano: estimativa de enzimas/proteínas: 104
Elaboração adicional sobre montagem e função do ribossomo.
Transcrição/regulação no LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 63
Processos de leitura de informação genética e regulação.
Processamento de DNA em LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 48
Gerenciamento e replicação de informações genéticas.
Famílias/funções envolvidas em vários aspectos da divisão celular em LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 96
Divisão e proliferação celular.
Síntese de Peptidoglicano: Estimativa de enzimas/proteínas: 91
Essencial para a síntese da parede celular bacteriana.
Síntese de ácidos graxos e fosfolipídios em LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 48
Para fazer membranas celulares.
Cofatores: Estimativa de enzimas/proteínas: 85
Ajudantes essenciais para reações enzimáticas.
Metabolismo NAD: Estimativa de enzimas/proteínas: 63
Importante para reações redox na célula.
Espécies reativas de oxigênio (ROS): Estimativa de enzimas/proteínas: 3
Lidam com o estresse oxidativo e subprodutos do metabolismo.
A soma total de todas as entradas fornecidas é 1.226.
O número de 1.226 proteínas está próximo do que pode ser considerado um proteoma mínimo. Para contextualizar, a bactéria Pelagibacter ubique(um membro do clado SAR11, um dos micróbios marinhos mais abundantes e menores). P. ubique também possui um genoma pequeno (1.308.759 pb), atualmente o menor genoma conhecido para um organismo de vida livre. O genoma codifica 1.354 proteínas previstas, 1 operon de rRNA e 32 tRNAs. Dado que P. ubique tem um genoma simplificado adaptado ao seu ambiente oceânico específico, a sua contagem de proteínas está próxima do limite inferior para organismos de vida livre.
Algumas categorias gerais e enzimas que podem ser consideradas fundamentais para uma ampla gama de formas de vida celular:
Sistemas de transporte de membrana: embora alguns transportadores tenham sido mencionados, um organismo precisaria de sistemas de transporte para íons, água (aquaporinas) e outras moléculas essenciais não especificadas em sua lista.
Síntese de ATP:O complexo ATP sintase, crucial para a produção de ATP, a principal moeda energética da célula, não foi mencionado.
Máquinas de replicação de DNA: As enzimas fundamentais da DNA polimerase, helicases, primases, ligases e topoisomerases, que estão envolvidas na replicação e manutenção do DNA, não foram detalhadas.
Dobramento e degradação de proteínas: Acompanhantes (como GroEL/GroES e DnaK/DnaJ) auxiliam no dobramento de proteínas. As máquinas de proteassoma ou ClpXP ajudam a degradar proteínas desnecessárias ou mal dobradas.
Enzimas da glicólise e do ciclo do TCA: As enzimas centrais do metabolismo do carbono, como as da glicólise e do ciclo do TCA (Krebs), fornecem precursores vitais para várias vias biossintéticas e produzem ATP.
Máquinas de divisão celular:FtsZ e outras proteínas essenciais para a divisão celular e formação de septo.
Sistemas de resposta ao estresse: Várias enzimas e proteínas ajudam as células a lidar com o estresse oxidativo, danos ao DNA e outros estressores ambientais. Por exemplo, a superóxido dismutase (SOD) e a catalase ajudam a neutralizar as espécies reativas de oxigênio.
Síntese de lipopolissacarídeos: Em bactérias Gram-negativas, as enzimas envolvidas na síntese de lipopolissacarídeos são vitais para a biogênese da membrana externa.
Processamento e degradação de RNA: Embora você tenha mencionado ribonucleases, outras enzimas e proteínas associadas ao splicing, maturação e degradação de RNA em vários organismos poderiam ser incluídas.
Sistemas de Transdução de Sinal:Sistemas de dois componentes, proteínas quinases e outras moléculas sinalizadoras ajudam a célula a responder às mudanças ambientais.
Processos Autotróficos: Se considerarmos os autotróficos, o ciclo de Calvin e outras vias de fixação de carbono, juntamente com enzimas para fixação de nitrogênio, podem ser considerados essenciais.
Tamanho do Metaboloma Central
O metaboloma central geralmente se refere a um conjunto de vias e processos metabólicos que são onipresentes e fundamentais para a vida celular. Com base nesse entendimento, o seguinte pode ser considerado parte do metaboloma central:
Metabolismo Energético, Metabolismo Central do Carbono e Outras Vias Específicas: Estimativa de enzimas/proteínas: 74
Vias fundamentais que fornecem energia e precursores para outros processos biossintéticos.
Síntese e Salvamento de Nucleotídeos: Estimativa de enzimas/proteínas: 89
A base para a geração de portadores de informação genética.
Biossíntese de aminoácidos: Estimativa de enzimas/proteínas: 135
Blocos de construção para síntese de proteínas.
Enzimas e proteínas reguladoras na síntese de aminoácidos: Estimativa de enzimas/proteínas: 76
A regulação é crucial para manter a homeostase metabólica e garantir o uso eficiente dos recursos celulares.
Tradução/Ribossomo no LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 125
Processos e máquinas para síntese de proteínas.
Biossíntese e montagem do ribossomo bacteriano: estimativa de enzimas/proteínas: 104
Elaboração adicional sobre montagem e função do ribossomo.
Transcrição/regulação no LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 63
Processos de leitura de informação genética e regulação.
Processamento de DNA em LUCA: Estimativa de enzimas/proteínas: 48
Gerenciamento e replicação de informações genéticas.
Cofatores: Estimativa de enzimas/proteínas: 85
Ajudantes essenciais para reações enzimáticas.
Metabolismo NAD: Estimativa de enzimas/proteínas: 63
Importante para reações redox na célula.
Total de 862 enzimas/proteínas
Os outros processos e entidades listados são essenciais para a vida, mas podem ser considerados mais especializados e não parte do núcleo central do metabolismo. Por exemplo, embora os "aglomerados de metais" e as "espécies reativas de oxigênio (ROS)" sejam vitais para muitos organismos, eles podem ser vistos como auxiliares dos processos metabólicos centrais em alguns contextos.
Considerações adicionais
A intrincada dança dos processos moleculares dentro de uma célula apresenta uma orquestra de sistemas, linguagens e códigos entrelaçados. A enorme complexidade e precisão destes processos sugerem um enigma fundamental: como poderia tal complexidade surgir passo a passo quando as fases intermédias não teriam qualquer função? Tomemos, por exemplo, o processo de transcrição e tradução. A transcrição lê a informação genética e a tradução converte essa mensagem em proteínas. Cada uma dessas etapas depende de um conjunto de máquinas moleculares. Sem transcrição, a informação no DNA permanece inacessível. Sem tradução, as mensagens no RNA não servem para nada. Os dois processos são interdependentes, tornando um inútil sem o outro. Além disso, as linguagens e os códigos que sustentam estes processos são irredutíveis na sua complexidade. O código genético, com seus conjuntos específicos de letras, palavras e regras, deve estar perfeitamente sincronizado com o mecanismo de tradução. Uma mudança ou ausência em um tornaria os outros absurdos. Depois, há a sinalização celular, uma vasta rede de canais de comunicação que coordena todas as atividades celulares. As vias de sinalização permitem que as células sintam o seu ambiente, regulem a expressão genética e orquestrem tarefas complexas. Sem essas vias, uma célula seria apenas um conjunto de partes sem nenhuma diretriz. Além disso, estas redes de sinalização não podem funcionar isoladamente. Eles requerem receptores específicos, mensageiros secundários e proteínas efetoras – todos interdependentes. A ausência ou mau funcionamento de um componente pode se espalhar pelo sistema, causando disfunções generalizadas. Mas a complexidade não para por aí. Mecanismos regulatórios governam esses sistemas, garantindo que tudo ocorra quando e onde deveria. Esta intrincada coreografia requer um conjunto sofisticado de códigos e linguagens. Por exemplo, uma sequência específica de DNA, conhecida como promotor, sinaliza onde a transcrição deve começar. Outra sequência chamada terminador sinaliza onde ela deve terminar. Estes códigos regulamentares são irredutíveis; sem eles, a transcrição não seria iniciada ou produziria sequências sem sentido. É um desafio imaginar como tais sistemas interligados poderiam ter surgido através de um processo linear e gradual, mesmo ao longo de milhares de milhões de anos. Os estágios intermediários, sem funcionalidade total, não proporcionariam uma vantagem de sobrevivência. A interdependência destes sistemas sugere que eles precisavam estar presentes e totalmente funcionais desde o seu início. Quando nos aprofundamos nesses sistemas, fica evidente que eles não poderiam ter surgido passo a passo. Um sem o outro é como uma fechadura sem chave – inutilizada. Esta complexidade interligada aponta para um design deliberado e intencional, exigindo uma compreensão profunda dos processos celulares. Concluindo, o mundo molecular dentro de uma célula não é apenas uma confusão de reações. É uma sinfonia harmonizada de códigos, linguagens e sistemas irredutivelmente complexos e interdependentes. A implausibilidade de tal dança coordenada emergir através de processos aleatórios e graduais sublinha a maravilha da vida celular e sugere uma orquestração inteligente por trás da sua existência. Um sem o outro é como uma fechadura sem chave – inutilizada. Esta complexidade interligada aponta para um design deliberado e intencional, exigindo uma compreensão profunda dos processos celulares. Concluindo, o mundo molecular dentro de uma célula não é apenas uma confusão de reações. É uma sinfonia harmonizada de códigos, linguagens e sistemas irredutivelmente complexos e interdependentes. 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