Genética: Notas Curtas sobre Genes e Enzimas

Leia este artigo para aprender sobre Genética: Notas curtas sobre genes e enzimas

Archibald Garrod (1902) foi o primeiro a sugerir que os genes operam através de enzimas. Ele estudou vários distúrbios humanos hereditários e descobriu que são erros inatos do metabolismo ou falha do mecanismo metabólico do organismo em desempenhar uma função específica devido à formação de enzimas defeituosas associadas à herança de genes defeituosos.

Imagem Cortesia: ninds.nih.gov/img/genes_brain8.jpg

Garrod (1902) estudou a alcaptonúria, que é um distúrbio genético ou doença de seres humanos caracterizada pela cor marrom ou preta da urina exposta. Ele chegou à conclusão através de análise de pedigree que a doença foi causada pela herança de um par de genes recessivos. Alkapton ou ácido homogentísico é produzido em seres humanos devido ao não metabolismo da tirosina. É normalmente catabolizado por uma enzima oxidase para produzir C0 ₂ e H ₂ 0. Em pessoas que sofrem de alcaptonúria, a enzima oxidase (alcapton oxidase) está ausente.

Como resultado, o ácido homo-gentísico ou alcapton se acumula no corpo. Parte dela é excretada na urina. Em pé, o ácido é oxidado para formar um produto preto pardo semelhante à melanina. Alcalóide ou sabão intensifica o efeito de escurecimento. O produto preto marrom também se acumula no corpo em tecido conjuntivo e cartilagem.

Muda o olho branco, nariz e orelhas para preto cinzento ou azul. Devido à deposição contínua de alcapton no tecido conjuntivo, um tipo de artrite se desenvolve em anos posteriores. Ombro, quadril e coluna são particularmente afetados. O pigmento também pode se depositar nas artérias e nas válvulas cardíacas, causando seu descolamento.

Hipótese Um-Gene Enzimática:

É a hipótese apresentada por Beadle e Tatum (1948), que afirma que um gene controla uma característica estrutural ou funcional através do controle da síntese de uma proteína específica ou enzima formada pelo último. Chegaram a esta conclusão através das seguintes observações, (a) Beadle e colaboradores descobriram que a cor dos olhos vermelhos de Drosophila melanogaster é controlada por dois genes e é causada pela mistura de pigmentos marrons e vermelhão. Um pedaço de larva destinada a formar um olho vermelho pode produzir cor dos olhos vermelhos se for colocado na cavidade do corpo da larva com olhos vermelhos, porque este último fornece a sua enzima para a cor castanha que o transplante não tem, (b) Em 1944, Beadle e Tatum irradiaram Neurospora crassa com raios X e obtiveram um número de mutantes nutricionais chamados auxotróficos.

Um mutante auxotrófico ou nutricional é aquele mutante que não é capaz de preparar os seus próprios metabolitos a partir das matérias-primas obtidas a partir do exterior. Portanto, não pode viver em ambiente natural, mas pode ser mantido em cultura, fornecendo os metabólitos necessários. O tipo selvagem é chamado prototrófico. Um tipo prototrófico ou selvagem é o indivíduo normal que pode sintetizar todos os metabólitos complexos necessários para o seu crescimento a partir de matérias-primas obtidas do exterior. Pode crescer em laboratório em meio mínimo composto de amônia, açúcar, sais e biotina.

Beadle e Tatum (Fig. 6.15) encontraram três tipos de auxotrofos que requerem aminoácidos ornitina, citrulina e arginina. Os prototróficos foram encontrados para ter aminoácido arginina em seu corpo. Obviamente, ele foi sintetizado a partir de amônia e açúcar do meio mínimo.

Auxotroph exigindo ornitina para o seu crescimento não contém arginina e morre devido à deficiência de proteína. Quando fornecido com ornitina, é encontrado possuir arginina. Auxotroph exigindo citrulina possui ornitina, mas sem arginina. Quando a citrulina é fornecida, o auxotrofo passa a ter arginina. O mutante nutricional que requer arginina contém ornitina e citrulina. Parece que a arginina é sintetizada a partir de amônia e açúcar do meio mínimo por pelo menos três etapas, cada uma exigindo sua própria enzima.

Beadle e Tatum argumentaram que as enzimas defeituosas são devidas a genes defeituosos ou mutantes. Assim, os genes expressam seu efeito controlando a síntese de enzimas. Em 1948, Beadle e Tatum propuseram que um gene controla a síntese de uma enzima. Eles receberam o Prêmio Nobel por este trabalho em 1958. Assim, Beadle e Tatum fundaram a nova ciência da genética bioquímica.

Hipótese de um polipeptídeo de um gene:

Um gene uma hipótese de enzima tem alguns defeitos:

(i) Todos os genes não produzem enzimas ou seus componentes. Alguns deles controlam outros genes,

(ii) As enzimas são geralmente de natureza proteica mas todas as proteínas não são enzimas,

(iii) Alguns RNAs também exibem atividade enzimática,

(iv) Uma prote�a ou mol�ula de enzima pode consistir num ou mais tipos de polip�tidos. Yanofsky et al (1965) descobriram que a enzima triptofano sintetase da bactéria Escherichia coli consiste de dois polipeptídeos separados, A e B. O polipeptídeo A é do tipo α, enquanto o polipeptídeo  é do tipo-β.

A síntese dos dois polipéptidos é controlada por genes diferentes, trp A e trp B. Uma alteração em qualquer um dos dois genes provoca a inactivação da triptofano sintetase através da não síntese do polipéptido α ou β. A inativação da enzima interrompe a síntese do triptofano a partir do fosfato de indol 3-glicerol e da serina. Uma situação semelhante é encontrada no caso da formação da molécula de hemoglobina.

A hemoglobina consiste em quatro polipeptídeos, 2α e 2β. A síntese dos dois tipos de polipeptídeos é controlada por dois genes diferentes situados em diferentes cromossomos. Portanto, um gene de uma hipótese de enzima foi alterado para uma hipótese de um gene polipeptídico. A hipótese afirma que um gene estrutural especifica a síntese de um único polipeptídeo.