Sinônimos bioquímicos otimizados (2 de 2)
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| DNA (Imagem de ElMikey em NightCafé Studio) |
Leia a Parte 1
Obs.: Alguns links do artigo original não funcionam mais. Mesmo assim, foram mantidos aqui, na versão traduzida.
por Fazale Rana
28 de agosto de 2008
Novo estudo revela mais evidências para otimização bioquímica e design inteligente
Minha nova bebida favorita é a Coca-Cola Zero. Adoro como esse refrigerante de zero calorias tem gosto de refrigerante de verdade, sem nenhuma caloria.
A grande semelhança entre essas duas colas gerou uma das campanhas publicitárias mais criativas, com os figurões da Coca-Cola procurando um advogado para processá-los por violação de sabor, já que a Coca-Cola Zero tem um gosto muito parecido com o da Coca-Cola.
Às vezes, duas coisas parecem indistinguíveis, mesmo que na verdade sejam bem diferentes.
Como discuti no artigo passado, os bioquímicos recentemente reconheceram que os sinônimos bioquímicos — códons sinônimos que especificam o mesmo aminoácido no código genético — são, na verdade, distintos, embora tenham sido considerados indistinguíveis por muito tempo. Acontece que alguns códons são mais adequados do que outros para produzir proteínas funcionais. Os bioquímicos se referem a esses sinônimos bioquímicos preferidos como códons ótimos.
Um novo estudo demonstra que o uso de códons ótimos parece ser otimizado também, fornecendo evidências adicionais de que a vida deriva do trabalho de um Criador. Na semana passada, apresentei as informações básicas necessárias para apreciar esse novo insight. Esta semana, descrevo a pesquisa e discuto suas implicações.
Código Genético
Como discuti no artigo anterior, o código genético constitui um conjunto de regras que traduzem as informações armazenadas nas sequências de nucleotídeos do DNA para as sequências de aminoácidos das proteínas. Tripletos de nucleotídeos chamados códons representam as unidades fundamentais do código genético.
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 significam o mesmo aminoácido. Na verdade, até seis códons diferentes especificam alguns aminoácidos. Outros aminoácidos são representados por apenas um códon.
Mutações Sinônimas e Não Sinônimas
Uma mutação se refere a qualquer mudança que ocorre na sequência de nucleotídeos do DNA. 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. Às vezes, mutações de substituição geram um novo códon que especifica o mesmo aminoácido que foi codificado inicialmente. Os bioquímicos se referem a esse tipo de mudança como uma mutação sinônima. Quando uma mutação produz um códon que especifica um aminoácido diferente, é chamada 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.
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 suas visões sobre mudanças sinônimas estavam erradas. Mesmo que a sequência de aminoácidos não mude, a estrutura da proteína pode ser alterada. Essa estrutura alterada decorre de diferenças no dobramento da cadeia de proteínas devido a diferenças na taxa de produção de proteínas. Códons sinônimos são lidos em taxas diferentes. E o padrão de dobramento mudará dependendo da velocidade de construção da proteína.
Além disso, alguns códons sinônimos têm mais probabilidade de serem mal interpretados pela maquinaria da célula do que outros. Então, mesmo que a informação necessária para fazer uma proteína específica não seja alterada, o aminoácido errado ainda pode ser introduzido na cadeia de proteína 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.
Em ambos os casos, proteínas mal dobradas podem resultar. E esse mal dobramento tem consequências desastrosas para a célula.
Proteínas Mal Dobradas
Proteínas mal dobradas podem causar problemas profundos para a célula. Suas consequências negativas vão além da perda de função da proteína mal dobrada. Proteínas mal dobradas têm um impacto global na saúde celular. Essas proteínas deformadas tendem a formar agregados dentro da célula, entravando seu funcionamento interno. Os bioquímicos acreditam que muitas doenças neurodegenerativas podem ter uma etiologia que envolve agregados formados a partir de proteínas mal dobradas. Proteínas mal dobradas também podem espalhar a miséria para proteínas corretamente dobradas. Uma vez que uma proteína tenha adotado uma estrutura não nativa, ela pode induzir proteínas estruturalmente intactas a se tornarem incorretamente dobradas, induzindo-as a se juntar à bagunça agregada dentro da célula. (Como diz o ditado bíblico, "um pouco de fermento faz levedar toda a massa".)
Na verdade, até mesmo uma proteína mal dobrada é suficiente para desestabilizar o conjunto de proteínas dentro de uma célula. (Acesse aqui um artigo técnico sobre o efeito de proteínas mal dobradas na estabilidade global de proteínas.) Se todos esses problemas não fossem suficientes, proteínas mal dobradas podem até mesmo romper membranas celulares.
28 de agosto de 2008
Novo estudo revela mais evidências para otimização bioquímica e design inteligente
Minha nova bebida favorita é a Coca-Cola Zero. Adoro como esse refrigerante de zero calorias tem gosto de refrigerante de verdade, sem nenhuma caloria.
A grande semelhança entre essas duas colas gerou uma das campanhas publicitárias mais criativas, com os figurões da Coca-Cola procurando um advogado para processá-los por violação de sabor, já que a Coca-Cola Zero tem um gosto muito parecido com o da Coca-Cola.
Às vezes, duas coisas parecem indistinguíveis, mesmo que na verdade sejam bem diferentes.
Como discuti no artigo passado, os bioquímicos recentemente reconheceram que os sinônimos bioquímicos — códons sinônimos que especificam o mesmo aminoácido no código genético — são, na verdade, distintos, embora tenham sido considerados indistinguíveis por muito tempo. Acontece que alguns códons são mais adequados do que outros para produzir proteínas funcionais. Os bioquímicos se referem a esses sinônimos bioquímicos preferidos como códons ótimos.
Um novo estudo demonstra que o uso de códons ótimos parece ser otimizado também, fornecendo evidências adicionais de que a vida deriva do trabalho de um Criador. Na semana passada, apresentei as informações básicas necessárias para apreciar esse novo insight. Esta semana, descrevo a pesquisa e discuto suas implicações.
Código Genético
Como discuti no artigo anterior, o código genético constitui um conjunto de regras que traduzem as informações armazenadas nas sequências de nucleotídeos do DNA para as sequências de aminoácidos das proteínas. Tripletos de nucleotídeos chamados códons representam as unidades fundamentais do código genético.
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 significam o mesmo aminoácido. Na verdade, até seis códons diferentes especificam alguns aminoácidos. Outros aminoácidos são representados por apenas um códon.
Mutações Sinônimas e Não Sinônimas
Uma mutação se refere a qualquer mudança que ocorre na sequência de nucleotídeos do DNA. 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. Às vezes, mutações de substituição geram um novo códon que especifica o mesmo aminoácido que foi codificado inicialmente. Os bioquímicos se referem a esse tipo de mudança como uma mutação sinônima. Quando uma mutação produz um códon que especifica um aminoácido diferente, é chamada 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.
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 suas visões sobre mudanças sinônimas estavam erradas. Mesmo que a sequência de aminoácidos não mude, a estrutura da proteína pode ser alterada. Essa estrutura alterada decorre de diferenças no dobramento da cadeia de proteínas devido a diferenças na taxa de produção de proteínas. Códons sinônimos são lidos em taxas diferentes. E o padrão de dobramento mudará dependendo da velocidade de construção da proteína.
Além disso, alguns códons sinônimos têm mais probabilidade de serem mal interpretados pela maquinaria da célula do que outros. Então, mesmo que a informação necessária para fazer uma proteína específica não seja alterada, o aminoácido errado ainda pode ser introduzido na cadeia de proteína 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.
Em ambos os casos, proteínas mal dobradas podem resultar. E esse mal dobramento tem consequências desastrosas para a célula.
Proteínas Mal Dobradas
Proteínas mal dobradas podem causar problemas profundos para a célula. Suas consequências negativas vão além da perda de função da proteína mal dobrada. Proteínas mal dobradas têm um impacto global na saúde celular. Essas proteínas deformadas tendem a formar agregados dentro da célula, entravando seu funcionamento interno. Os bioquímicos acreditam que muitas doenças neurodegenerativas podem ter uma etiologia que envolve agregados formados a partir de proteínas mal dobradas. Proteínas mal dobradas também podem espalhar a miséria para proteínas corretamente dobradas. Uma vez que uma proteína tenha adotado uma estrutura não nativa, ela pode induzir proteínas estruturalmente intactas a se tornarem incorretamente dobradas, induzindo-as a se juntar à bagunça agregada dentro da célula. (Como diz o ditado bíblico, "um pouco de fermento faz levedar toda a massa".)
Na verdade, até mesmo uma proteína mal dobrada é suficiente para desestabilizar o conjunto de proteínas dentro de uma célula. (Acesse aqui um artigo técnico sobre o efeito de proteínas mal dobradas na estabilidade global de proteínas.) Se todos esses problemas não fossem suficientes, proteínas mal dobradas podem até mesmo romper membranas celulares.
Códons Ideais são Distribuídos de Forma Ideal nas Sequências Genéticas
Motivada pelo impacto de códons sinônimos no dobramento de proteínas, uma equipe de bioquímicos conduziu um estudo projetado para explorar o uso de códons ótimos dentro de genes e sua relação com o dobramento de proteínas. Esta pesquisa procurou correlações entre o uso de códons e uma série de parâmetros em um enorme banco de dados de sequências de DNA de uma ampla gama de organismos representativos, incluindo a bactéria, E. coli; a levedura, S. cerevisiae; o nematoide, C. elegans; a mosca da fruta, D. melanogaster; o rato, M. musculus; e humanos.
Os pesquisadores descobriram que aminoácidos críticos tendem a ser especificados por códons ótimos. Isso faz sentido, porque erros nessas posições serão muito mais prejudiciais do que outras posições na cadeia de proteínas. Erros nessas posições também têm muito mais probabilidade de alterar o dobramento de proteínas.
Eles também delimitaram que proteínas produzidas em níveis relativamente altos na célula têm uma fração maior de códons ótimos do que proteínas que ocorrem em níveis baixos. Novamente, isso reflete uma estratégia elegante. Quanto mais frequentemente uma proteína é produzida, mais oportunidade existe para que ocorra o dobramento incorreto da proteína.
Os bioquímicos também identificaram a dependência do tecido para a distribuição de códons ideais. Tecidos compostos de células de vida longa com baixa taxa de renovação (como neurônios) têm proteínas codificadas por genes com alta fração de códons ideais em comparação com tipos de células rapidamente substituídas. Isso novamente exibe uma lógica biológica notável. Esses tipos de células seriam suscetíveis ao acúmulo de agregados de proteínas construídos ao longo do tempo de vida de um organismo. O aumento de agregados de proteínas não seria um grande problema para células de vida curta com alta taxa de renovação.
Uma observação final: os pesquisadores encontraram essas correlações nos dados de todos os seis organismos, sugerindo que eles descobriram um padrão universal entre todas as formas de vida.
Conclusão: parece que o uso de códons ótimos é otimizado e parece ser sustentado por uma lógica bioquímica impecável.
As Implicações
Sistemas e objetos produzidos por designers humanos são otimizados. A otimização em um sistema de engenharia requer planejamento e previsão extensivos e, portanto, permanece como uma marca registrada do design inteligente. Na verdade, a otimização é frequentemente sinônimo de design superior.
Como descrevo em The Cell's Design (O design da célula), cientistas da vida descobriram que, assim como os designs humanos, muitos sistemas bioquímicos são otimizados de acordo com um propósito. O uso de códons ótimos marca apenas mais um exemplo.
A otimização dos sistemas bioquímicos excede em muito as realizações dos melhores engenheiros e designers humanos, de uma forma condizente com um Criador sobrenatural. A otimização bioquímica indica que a vida deve ter se materializado da mão do Artista Divino.
Design bioquímico: é a coisa real.
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Traduzido de Biochemical Synonyms Optimized, Part 2 of 2 (RTB)
Etiquetas:
argumento do relojoeiro
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