Sinônimos bioquímicos otimizados (1 de 2)

DNA (Imagem de Robin em NightCafé Studio)

Leia a Parte 2

Obs.: Há links no artigo original que já não funcionam mais. Mesmo assim foram mantidos aqui na versão traduzida.

por Fazale Rana
21 de agosto de 2008

Estudo revela mais evidências da otimização bioquímica e design inteligente

A maioria das pessoas que escrevem muito acha um dicionário de sinônimos um recurso valioso. Ter uma lista de sinônimos à mão ajuda os escritores a escolher cuidadosamente a melhor palavra, tornando sua escrita mais exata. Também os ajuda a evitar usar a mesma palavra repetidamente.

Por mais útil que um thesaurus possa ser, ele pode causar problemas se não for usado corretamente. Sinônimos nem sempre são intercambiáveis, e se pouca atenção for dada à seleção de sinônimos, uma frase sem sentido pode resultar.

Sinônimos não são exclusivos das línguas humanas. Eles também fazem parte dos sistemas de informação bioquímica da célula. (Acesse aqui um artigo sobre informação bioquímica.) “Sinônimos bioquímicos” (também chamados de códons) são parte integrante do código genético, o conjunto de regras que definem os sistemas de informação da célula. A maquinaria da célula usa essas regras para produzir proteínas a partir das informações armazenadas no DNA.

Nos últimos anos, bioquímicos descobriram que esses sinônimos bioquímicos (códons) não são completamente intercambiáveis, como alguns sinônimos na língua portuguesa. (Por exemplo, vá aqui para um artigo técnico que ilustra esse fenômeno recém-reconhecido.) Acontece que alguns códons são mais adequados do que outros para produzir proteínas funcionais. Bioquímicos se referem a esses sinônimos bioquímicos preferidos como códons ótimos.

Um novo estudo demonstra que o uso de tais códons parece ser otimizado, fornecendo evidências adicionais de que a vida deriva do trabalho de um Criador. Nesta sequência de dois artigos, apresento as informações básicas necessárias para apreciar essa nova revelação (ou compreensão, se você consultar um dicionário inglês-português). Um bom lugar para começar é com proteínas.

Proteínas

Esta classe de bioquímicos serve como moléculas “burras de carga” da vida, participando essencialmente de todas as estruturas e atividades celulares e extracelulares. Esses compostos ajudam a formar estruturas dentro da célula e na matriz circundante da célula. Entre outras funções, as proteínas catalisam reações químicas, coletam energia química, participam dos sistemas de defesa da célula e armazenam e transportam moléculas.

Proteínas são moléculas em forma de cadeia que se dobram em estruturas tridimensionais precisas. A arquitetura tridimensional da proteína determina a maneira como ela interage com outras proteínas para formar complexos maiores. A estrutura da proteína dobrada determina sua função.

As proteínas se formam quando a maquinaria celular liga (de forma cabeça-cauda) moléculas de subunidades menores chamadas aminoácidos. A célula emprega vinte aminoácidos diferentes para fazer proteínas. Os aminoácidos que compõem as cadeias de proteínas da célula possuem uma variedade de propriedades químicas e físicas. Em princípio, os aminoácidos podem se ligar em qualquer uma das combinações e sequências de aminoácidos possíveis para formar uma proteína.

Cada sequência de aminoácidos confere à cadeia de proteínas um perfil químico e físico único ao longo de sua cadeia. À medida que os aminoácidos ao longo do comprimento da cadeia se atraem e repelem, o perfil químico e físico determina como a cadeia de proteínas se dobra. Como a estrutura determina a função de uma proteína, a sequência de aminoácidos define, em última análise, o tipo de trabalho que a proteína realiza.

Nem todos os aminoácidos em uma cadeia de proteína são iguais. Alguns são resíduos críticos, o que significa que se forem substituídos por outro aminoácido, a cadeia de proteína não se dobrará adequadamente e perderá a função. Outros podem ser substituídos com pouca consequência para a estrutura e função da proteína. Os bioquímicos se referem a esses aminoácidos como variáveis.

DNA

Assim como as proteínas, o DNA consiste em moléculas semelhantes a cadeias conhecidas como polinucleotídeos. Duas cadeias polinucleotídicas se alinham de forma antiparalela para formar uma molécula de DNA. (As duas fitas são dispostas paralelamente uma à outra com o ponto inicial de uma fita localizado próximo ao ponto final da outra fita, e vice-versa.) As cadeias polinucleotídicas pareadas se torcem uma em torno da outra formando a bem conhecida dupla hélice do DNA. A maquinaria da célula forma cadeias polinucleotídicas ligando quatro moléculas de subunidades diferentes chamadas nucleotídeos. Os quatro nucleotídeos usados ​​para construir cadeias de DNA são adenosina, guanosina, citidina e timidina, familiarmente conhecidas como A, G, C e T, respectivamente.

O DNA armazena as informações necessárias para fazer todas as proteínas usadas pela célula. A sequência de nucleotídeos nas fitas de DNA especifica a sequência de aminoácidos em cadeias de proteínas. Os cientistas se referem à sequência de nucleotídeos codificadores de aminoácidos (para construir proteínas) como um gene. Por meio do uso de genes, o DNA armazena as informações funcionalmente expressas nas sequências de aminoácidos das cadeias de proteínas.

O Código Genético

À primeira vista, parece haver uma incompatibilidade entre o armazenamento e a expressão funcional de informações na célula. Uma relação um-para-um não pode existir entre os quatro nucleotídeos diferentes do DNA e os vinte aminoácidos diferentes usados ​​para montar proteínas. A célula supera essa incompatibilidade usando um código composto de agrupamentos de três nucleotídeos, chamados códons, para especificar os vinte aminoácidos diferentes.

A célula usa um conjunto de regras para relacionar essas sequências de tripletos de nucleotídeos aos vinte aminoácidos que compõem as proteínas. Os biólogos moleculares se referem a esse conjunto de regras como o código genético. Os tripletos de nucleotídeos representam as unidades fundamentais do código genético. O código genético usa cada combinação de tripletos de nucleotídeos para significar um aminoácido. Esse código é essencialmente universal entre todos os organismos vivos.

Sessenta e quatro códons compõem o código genético. Como o código genético só precisa codificar vinte aminoácidos, alguns dos códons são redundantes. Ou seja, códons diferentes codificam o mesmo aminoácido. Na verdade, até seis códons diferentes especificam alguns aminoácidos. Outros aminoácidos são especificados por apenas um códon.

Como discuti no meu livro The Cell's Design (O design da célula) as regras do código genético e a natureza da redundância parecem ser projetadas para minimizar erros na tradução de informações do DNA para proteínas que ocorreriam devido a mutações de substituição. Essa otimização serve como evidência do trabalho de um Agente Inteligente.

Mutações

Uma mutação se refere a qualquer mudança que ocorre na sequência de nucleotídeos do DNA. O DNA pode experimentar vários tipos diferentes de mutações. Mutações de substituição são um tipo comum. Quando ocorre uma mutação de substituição, um (ou mais) dos nucleotídeos na fita de DNA é substituído por outro nucleotídeo. Por exemplo, um A pode ser substituído por um G, ou um C pode ser substituído por um T. Essa substituição altera o códon do qual o nucleotídeo participa. Curiosamente, o código genético é estruturado de tal forma que, quando ocorrem mutações de substituição, o códon resultante especifica o mesmo aminoácido (devido à redundância) ou um aminoácido que tem propriedades químicas e físicas semelhantes ao aminoácido originalmente codificado. Esse relacionamento habilmente orquestrado evidencia ainda mais o Design Inteligente.

Quando mutações de substituição geram um novo códon que especifica o mesmo aminoácido que foi codificado inicialmente, isso é chamado de mutação sinônima. Quando uma substituição, no entanto, produz um códon que especifica um aminoácido diferente, isso é chamado de mutação não sinônima.

Mutações não sinônimas podem ser deletérias se afetarem um aminoácido crítico ou se alterarem significativamente o perfil químico e físico ao longo da cadeia proteica. Se o aminoácido substituído possuir propriedades físico-químicas dramaticamente diferentes do aminoácido nativo, a proteína se dobra de forma inadequada. Esse dobramento inadequado impacta a proteína, produzindo uma biomolécula com função reduzida ou até mesmo perdida.

Mutações Sinônimas Não São Intercambiáveis

Os bioquímicos costumavam pensar que mutações sinônimas não tinham impacto algum na estrutura da proteína e, portanto, na função, já que a sequência de aminoácidos especificada pela alteração sinônima seria idêntica.

Recentemente, bioquímicos reconheceram que sua percepção sobre mudanças sinônimas estava errada. Embora a sequência de aminoácidos não tenha mudado, a estrutura da proteína pode ser alterada. Uma hipótese envolve a velocidade com que a maquinaria da célula lê as informações usadas para direcionar a produção da cadeia de proteínas. Alguns códons são lidos mais rápido pela maquinaria da célula do que outros. E essa taxa de leitura afeta a velocidade de produção da cadeia de proteínas. Quando as proteínas são produzidas, elas são colocadas juntas em uma linha de montagem, com um aminoácido adicionado por vez. À medida que a cadeia de proteínas é montada, ela começa a se dobrar antes de ser construída em sua totalidade. E o padrão de dobramento mudará dependendo do ritmo da construção da proteína.

Outra explicação tem a ver com a tendência da maquinaria da célula de cometer erros ao ler códons. Alguns códons que fazem parte de uma lista de códons sinônimos têm mais probabilidade de serem mal interpretados do que outros. Então, mesmo que a informação necessária para fazer uma proteína específica não tenha mudado, o aminoácido errado ainda pode ser introduzido na cadeia de proteínas por causa do códon usado. Esse erro, é claro, pode levar a anormalidades estruturais e funcionais naquela proteína, como se uma mudança não sinônima tivesse ocorrido.

Essa percepção recente sobre a não equivalência de mutações sinônimas preparou o cenário para que os bioquímicos descobrissem que o uso dos códons ótimos é, de fato, ótimo.

Já me estendi o suficiente por enquanto. Ou, para dizer de outra forma, vou guardar o resto da discussão para a parte 2, quando descreverei essa pesquisa e discutirei suas implicações.

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Traduzido de Biochemical Synonyms Optimized, Part 1 of 2 (RTB)

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genética - argumento do relojoeiro