Evolução de íons metálicos em sistemas biológicos: diferenças entre revisões

A '''evolução de íons metálicos em sistemas biológicos''' refere-se à incorporação de íons metálicos em organismos vivos e como isso mudou ao longo do tempo. Os íons metálicos têm sido associados a sistemas biológicos há bilhões de anos, mas apenas no século passado os cientistas começaram a realmente apreciar a escala de sua influência. Íons metálicos maiores ([[ferro]], [[manganês]], [[magnésio]] e [[zinco]]) e menores ([[cobre]], [[cobalto]], [[níquel]], [[molibdênio]], [[tungstênio]]) se alinharam com os organismos vivos por meio da interação do [[Meteorização|intemperismo biogeoquímico]] e das [[Via metabólica|vias metabólicas]] envolvendo os produtos desse intemperismo. Os complexos associados evoluíram com o tempo.<ref name=":1">{{Citar periódico |url=https://publicacoes.even3.com.br/tcc/a-selecao-natural-dos-elementos-quimicos-estudo-da-selecao-de-elementos-para-os-processos-vitais-194064 |titulo=A SELEÇÃO NATURAL DOS ELEMENTOS QUÍMICOS: Estudo da Seleção de Elementos Para os Processos Vitais |data=2020 |acessodata=2021-02-22 |jornal=Publicações Even3 |publicado=Centro Universitário Uniages |ultimo=Lima |primeiro=Ricardo Junio Feitosa |doi=10.29327/4119406}}</ref>

A Terra começou como um mundo aquático de ferro com pouco oxigênio. O [[Grande evento de oxigenação|Grande Evento de Oxigenação]] ocorreu aproximadamente 2,4 bilhões de anos atrás quando as [[cianobactérias]] e a vida fotossintética induziram a presença de [[Alótropos do oxigénio|dioxigênio]] na atmosfera do planeta.<ref name=":1" /> O ferro se tornou insolúvel (assim como outros metais) e escasso, enquanto outros metais se tornaram solúveis. O [[enxofre]] foi um elemento muito importante nessa época. Depois que o oxigênio foi liberado no meio ambiente, os [[sulfato]]s dos metais tornaram-nos mais solúveis e os liberaram no meio ambiente; especialmente na [[água]].<ref name=":0"/> A incorporação de metais talvez combata o estresse oxidativo.

O [[Ferro]] (Fe) é o elemento mais abundante na Terra e o quarto elemento mais abundante na crosta, aproximadamente 5% em massa. Devido à abundância de ferro e seu papel nos sistemas biológicos,<ref name=":1" /> a transição e os estágios mineralógicos do ferro têm desempenhado um papel fundamental nos sistemas da superfície terrestre. Ele desempenhou um papel importante no passado geológico na [[Geologia marinha|geoquímica marinha]], como evidenciado pelos depósitos de sedimentos ricos em ferro do [[Pré-Cambriano|Pré-cambriano]]. A transformação [[Oxirredução|redox]] de Fe (II) em Fe (III), ou vice-versa, é vital para uma série de processos biológicos e do ciclo de elementos. A [[Oxirredução|redução]] de Fe (III) oxida o enxofre (de [[Sulfeto de hidrogênio|H₂S]] a [[Sulfato|SO4{{Exp|−2}}]] ), que é um processo central nos sedimentos marinhos. Muitas das primeiras [[metaloproteína]]s consistiam em complexos de ferro-enxofre formados durante a [[fotossíntese]].<ref name="Taylor2011">

A prevalência de ferro é aparentemente devido à grande disponibilidade de Fe (II) na evolução inicial dos organismos vivos <ref name=":1" />, antes do aumento da fotossíntese e um aumento nos níveis de oxigênio atmosférico que resultou na precipitação de ferro no meio ambiente na forma Fe(OH)3. Possui propriedades redox flexíveis porque tais propriedades são sensíveis à coordenação do [[ligante]], incluindo a geometria. O ferro também pode ser usado em enzimas devido às suas propriedades de [[Teoria ácido-base de Lewis|ácido de Lewis]], por exemplo, na [[nitrila hidratase]]. O ferro é frequentemente encontrado em sítios mononucleares na forma reduzida de Fe(II) e atua na ativação de [[dioxigênio]]; essa função é utilizada como um dos principais mecanismos adotados pelos organismos vivos para evitar que a barreira cinética impeça a transformação dos compostos orgânicos pelo [[O2|O₂]].<ref>

Por volta de 4–3 bilhões de anos atrás, [[Procarionte|procariotos]] [[Anaerobiose|anaeróbios]] começaram a desenvolver metais e [[Cofator (bioquímica)|cofatores]] orgânicos para absorção de luz. No final das contas, acabaram produzindo [[clorofila]] a partir do Mg (II), como é encontrado em [[Cyanobacteria|cianobactérias]] e [[plantas]], levando à [[fotossíntese]] moderna. No entanto, a síntese da clorofila requer várias etapas. O processo começa com a '''uroporfirina''', um precursor primitivo do anel [[Porfirina|porfirínico]] que pode ser de origem [[Fator biótico|biótica]] ou [[Fator abiótico|abiótica]], que é então modificado nas células de forma diferente para formar complexos de [[Magnésio|magnésio (Mg)]], [[Ferro|ferro (Fe)]], [[Níquel|níquel (Ni)]] e [[Cobalto|cobalto (Co)]]. Os centros desses anéis não são seletivos, permitindo assim a incorporação de uma variedade de íons metálicos. A porfirina de Mg dá origem à [[clorofila]], a porfirina de Fe às proteínas [[Hemo|heme]],<ref name=":1" /> a porfirina de Ni produz o fator F-430 e a porfirina de Co a [[Cianocobalamina|vitamina B12]].<ref>{{Citar periódico |ultimo=Frank |ultimo7=Pickersgill |doi=10.1042/BST0330811 |paginas=811–814 |volume=33 |data=2005 |periódico=Biochemical Society Transactions |titulo=Anaerobic synthesis of vitamin B₁₂: characterization of the early steps in the pathway |primeiro8=M.J. |ultimo8=Warren |primeiro7=R.W. |primeiro6=H.K. |primeiro=S. |ultimo6=Leech |primeiro5=A.D. |ultimo5=Lawrence |primeiro4=P. |ultimo4=Heathcote |primeiro3=E. |ultimo3=Deery |primeiro2=A.A. |ultimo2=Brindley |pmid=16042604}}</ref>

Antes do [[Grande evento de oxigenação|Grande Evento de Oxigenação]], o cobre não estava disponível para os organismos vivos. A maioria dos primeiros cobre era Cu⁺ e Cu. Este estado de oxidação do cobre não é muito solúvel em água. Um bilhão de anos atrás, após o grande evento de oxigenação, a pressão do oxigênio aumentou o suficiente para oxidar Cu⁺ a Cu²⁺, aumentando sua solubilidade em água. Como resultado, o cobre se tornou muito mais disponível para os organismos vivos.<ref name=":1" />