A evolução das proteínas (com exemplos)

A evolução das proteínas (com exemplos)!

A evolução é um processo de mudança. No nível molecular, esse processo envolve a inserção, a exclusão ou a substituição de nucleotídeos no DNA. Se o DNA codifica um polipeptídeo, esses eventos podem causar uma alteração na sequência de aminoácidos.

Com o tempo, essas mudanças podem se acumular, levando a uma molécula que tem pouca semelhança com seu ancestral. Comparações das composições de aminoácidos de proteínas nos organismos atuais nos permitem assumir os eventos moleculares que ocorreram no passado.

O número de modificações de aminoácidos nas linhas de descendência pode ser usado como uma medida de tempo desde a divergência das duas espécies de um ancestral comum. Em princípio, as moléculas de proteína incorporam um registro de sua história evolutiva. Assim, as proteínas podem ser consideradas como "impressões digitais químicas" da história evolutiva, porque elas possuem seqüências de aminoácidos que mudaram como resultado de mudanças genéticas.

A evolução das proteínas:

As proteínas oferecem um campo preferível para o estudo evolutivo do que outras macromoléculas, como os ácidos nucléicos, porque as proteínas são mais heterogêneas tanto estrutural quanto funcionalmente, e são fáceis de isolar para a análise. Recentemente, várias proteínas foram caracterizadas pelo método de análise de sequências.

O procedimento comum para estabelecer a sequência de aminoácidos do polipéptido requer, em primeiro lugar, quebrar a proteína em pequenos fragmentos de péptidos com enzimas e depois determinar a sequência de aminoácidos em cada péptido separada por cromatografia. A sequência de aminoácidos em cada péptido é determinada geralmente com a ajuda de um aparelho conhecido como sequência proteica ou sequinador.

A comparação de sequências (agora disponíveis a partir de diversos grupos biológicos, desde microorganismos a mamíferos) permite o estudo da inter-relação entre estrutura e função e deduzir como as proteínas evoluíram.

As leis de governar a evolução das proteínas são semelhantes àquelas para traços hereditários, e a harmonização de diferentes organismos aponta para a sua descendência de um ancestral comum. Em geral, os seguintes recursos foram observados:

1. Proteínas idênticas não são encontradas entre diferentes espécies vivas. Mas proteínas homólogas com algumas semelhanças ocorrem em diversos organismos.

2. Posições diferentes na sequência de aminoácidos variam em relação ao número de substituição de aminoácidos que pode ocorrer sem prejudicar a função da cadeia polipeptídica. Assim, algumas proteínas permitem mais substituição do que outras.

3. Devido à estrutura tridimensional da proteína fortemente compactada, é provável que uma alteração sofrida por um aminoácido situado no interior afecte os resíduos nas posições vizinhas. Tais mudanças evolutivas, portanto, ocorrem em pares.

4. Estruturas semelhantes são exibidas por enzimas que desempenham funções semelhantes.

Exemplos de Evolução de Proteínas:

1. Insulina:

A primeira proteína a ser sequenciada foi a insulina, que é composta por apenas 51 aminoácidos. (Sanger e Thompson, 1953). A comparação da sequência de aminoácidos da insulina numa variedade de mamíferos mostrou que, com a excepção de um trecho de três aminoácidos, a proteína é idêntica em cada uma das espécies.

2. Hemoglobina:

Na comparação entre a hemoglobina de vertebrados, E. Zuckerkandl (1965), calculou uma média de 22 diferenças entre cadeias de hemoglobina humanas (ae P) e a hemoglobina semelhante de cavalo, porco, gado e coelho. Por conseguinte, concluiu-se que a hemoglobina humana divergiu da dos animais em cerca de uma alteração de aminoácidos por 7 milhões de anos.

Teoria Natural da Evolução de Proteínas:

A evolução de proteínas também foi estudada em outras proteínas, como citocromo, mioglobina, globina, anidrases carbônicas, histonas, etc. Análises da sequência de aminoácidos dos polipeptídeos sugerem que algumas mudanças evolutivas podem ser aleatórias. Isso levou à formulação da teoria da neutralidade da evolução de proteínas por Kimura (1968).

Essa teoria, também chamada de teoria não-darwinista da evolução, assume que, para qualquer gene, uma grande proporção de todos os possíveis mutantes é prejudicial aos seus portadores; esses mutantes são eliminados ou mantidos em freqüências muito baixas pela seleção natural. Acredita-se que uma grande fração de mutações seja equivalente adaptativa, isto é, a taxa de evolução é igual à taxa de mutação.