terça-feira, 1 de dezembro de 2009

Evolução: um tique taque molecular

por Leandro Pereira Tosta
Universidade Federal do ABC
e-mail: leandropereiratosta@gmail.com

Recentemente, foi divulgado pela revista Nature a descoberta do fóssil de um representante dos dinossauros voadores (Darwinopterus modularis) que estaria situado cronologicamente no Período Jurássico, juntamente aos mais raros pterossauros e os mais conspícuos pterodactiloides, cerca de 200 milhões de anos atrás.Como se pode saber que esses animais existiam há tanto tempo? Além da inferência da idade das rochas em que foram encontrados os fósseis, há outras ferramentas para isso?

Para desenvolvermos tal raciocínio, deveremos nos debruçar mais tecnicamente sobre assuntos relacionados à “biomutagênese” e suas características.A evolução leva à diversidade das espécies. A variabilidade genética (variabilidade entre espécies) pode ser observada a partir de mudança da codificação original das posições de nucleotídeos que se ligam e formam os ácidos nucléicos. O promotor dessa “mudança” é a mutação gênica.

Figura 01- Ácido nucléico.

A idéia de que substituições alélicas (inserções, deleções e inversões) de sequências de nucleotídeos ocorrem em intervalos mais ou menos regulares de tempo esteve presente desde o surgimento dos primeiros modelos criados para explicar a evolução molecular. Quando duas ou mais sequências homólogas de nucleotídeos apresentam tamanhos diferentes, pode-se inferir que, durante a história evolutiva dessas sequências, ocorreram inserções ou deleções de nucleotídeos. As substituições são denominadas “indels” [inserção (Figura 02) ou deleção(figura 03)], pois muitas vezes não se pode inferir com certeza qual era o nucleotídeo na condição ancestral (Calcagnotto, 2001).

Figura 02- Mutação por Inserção.

Figura 03- Mutação por Deleção.

As mutações geradoras de substituições são as “transições” (quando uma purina (A,G) se transforma em outra purina ou uma pirimidina (C,G) se transforma em outra pirimidina) e “transversões” (quando uma purina se transforma em pirimidina ou o contrário) como na seguinte figura.

Figura 04- Transições e Transversões.

Quando se têm mutações nas regiões de codificação do genoma (exons), tais mutações são classificadas como “sinônimas” ou “não sinônimas”.

As substituições sinônimas ocorrem mais frequentemente que as não sinônimas e são responsáveis pela transformação de um nucleotídeo por outro que leva a uma expressão equivalente (codificação dos mesmos aminoácidos). Tais substituições geralmente são neutras.

As substituições não sinônimas são aquelas que levam às expressões diferentes daquela anterior à mutação. Nesse caso, as proteínas formadas podem ter novas funções, mas, no geral estas têm maior potencial deletério (levando à morte do indivíduo) como na figura 05.

Figura 05- Mutações Sinônimas e Não Sinônimas.

Ao se comparar uma amostragem de material genético a fim de detectar (por comparações) mutações, devem-se considerar as possíveis naturezas “degeneradas” do código genético (Calcagnotto, 2001). A maioria dos 20 aminoácidos é codificada por mais de um códon (figura 06).

Figura 06- Tabela mostrando códigos degenerados.

A amostragem retirada de uma proteína em estrutura terciária também pode influenciar nas taxas de substituição de nucleotídeos. Diferentes regiões da estrutura terciária (Figura 07) de uma proteína apresentam taxas evolutivas diferentes (Calcagnotto, 2001).

Figura 07- Estrutura Terciária de uma proteína.

Para regiões não codificadoras, os dados a respeito de substituições de nucleotídeos são bem menos abundantes. Comparando-se taxas de substituições de nucleotídeos entre essas sequências e os sítios degenerados (no caso 4x degenerados), onde todas as substituições são sinônimas, os valores são cerca de 50% maiores nos últimos.

Nem todo DNA dos eucariontes está armazenado no núcleo. Algumas organelas contêm DNA próprio (os cloroplastos nas plantas e as mitocôndrias, nos organismos com respiração celular). Tanto os genes das mitocôndrias como os dos cloroplastos somente codificam as proteínas necessárias para a manutenção de suas funções e para expressão gênica (há pequenas regiões não codificadoras) (Calcagnotto, 2001).

As taxas de substituições sinônimas em vertebrados são relativamente altas (5,7x10-8 /sítio/ano) (Brown et al., 1982). A alta taxa de substituição de nucleotídeos pode ser devida de uma alta taxa de mutação que poderia estar sendo causada pelo excesso de resíduos metabólicos, pela baixa fidelidade na replicação das mitocôndrias e pela ausência de um mecanismo de reparo (Li e Graur, 1991; Li, 1997).

Por fim, dada a fórmula “r = K/2T”, onde “r” é a taxa de substituição de nucleotídeos, “K” o número de substituições moleculares por sítio entre duas sequências homólogas e “T” o tempo de divergência (Li, 1997), comparando-se a quantidade de substituições de nucleotídeos em algumas proteínas e o tempo de divergência de algumas espécies, no exame de táxons cada vez mais distantes (Calcagnotto, 2001), pode-se se montar uma escala cronológica e, dessa forma, inferir as idades de surgimento dos grupos biológicos durante a história evolutiva do planeta.

Referências
Calcagnotto, D., Taxas de evolução e o relógio molecular, p.51-61, 2001.
Ji, Q. et al., Transition fossil, NATUREVol 46,122, 2009.
Ridley, M., Evolução, 3a ed., 2006.
Stearns & Hoekstra, Evolução uma introdução, 1999.

Fonte das Figuras
Figura 01:
http://scienceprofonline.googlepages.com/dna_cpk_lg_wiki.jpg/dna_cpk_lg_wiki-full.jpg
Figura 02:
www.intelihealth.com/i/I/InsertionMutationGEN.gif
Figura 03:
www.intelihealth.com/i/D/DeletionMutationGEN.gif
Figura 04:
http://chemistry.gravitywaves.com/CHEMXL153/GeneticsImages/DNAMutationRepair/TransitionTransversion.gif
Figura 05:
http://www.answersingenesis.org/tj/images/v18/i3/mistakes_fig1.gif
Figura 06:
http://farm2.static.flickr.com/1394/1208438396_5080ffeda8.jpg
Figura 07:
http://www.mse.ncsu.edu/yingling/wtTelomerase_pseudoknot.gif

2 comentários:

  1. È muito interessante saber como a evolução corre aos passos das modificações em nível molecular! Desenvolver a concepção de que os seres (interatores) mudam a partir da necessidade e egoísmo de seus replicadores ( Dawkins, 1982),e que esse processo é dinâmico e demarcatório, é enaltecer a prodigiosa grandeza da vida! Bom trabalho!
    Um abraço.
    Natália (Aluda de BCT da Universidade Federal de Alfenas, Campus Poços de Caldas/MG)

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  2. Ana Carolina SS Galvão28 de dezembro de 2009 11:22

    Olá Leandro,

    Ótimo texto sobre as bases moleculares por trás das datações evolutivas. Parabéns a você e ao professor Charles!
    Gostaria de saber sua opinião pessoal a respeito do que é dito em uma frase do texto: "Para regiões não codificadoras, os dados a respeito de substituições de nucleotídeos são bem menos abundantes". Você acha que essas regiões realmente não trazem informações significativas sobre a evolução dos seres vivos?
    Até mais, continue com o seu ótimo trabalho!

    Ana Carolina SS Galvão

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