Sinônimos bioquímicos reafirmam a defesa de um criador

Genética (Imagem de Gnose8887 em NightCafé Studio)

por Fazale Rana

13 de março de 2019

Às vezes, eu simplesmente não consigo evitar. Eu sei que é clickbait, mas clico no link mesmo assim.

Há alguns dias, como resultado de uma fraqueza momentânea, me peguei lendo um artigo do site ScoopWhoop, “16 coisas que a maioria de nós pensa que são iguais, mas, na verdade, não são”.

OK. OK. Agora que você viu o título, também deseja clicar no link.

Para evitar que você perca cinco minutos de sua vida, aqui está a lista do ScoopWhoop:

• Tempo e clima
• Tartaruga e Cágado*
• Compota e Geleia
• Apagador e Borracha
• Grã-Bretanha e Reino Unido
• Pílula e comprimido
• Camarão e Pitu**
• Manteiga e Margarina
• Laranja e Tangerina
• Biscoitos e bolachas
• Cupcakes e Muffins
• Cogumelos e fungos
• Tofu e Paneer
• Coelhos e Lebres
• Jacarés e crocodilos
• Ratos e Camundongos

E aí está. Não é uma lista muito impressionante, na verdade.

Se eu estivesse montando uma versão bioquímica dessa lista, começaria com mutações sinônimas. Embora muitos cientistas da vida pensem que são iguais, estudos indicam que “na verdade não são”.

 

Se você não tem ideia do que estou falando ou o que essa revelação tem a ver com o debate criação/evolução, deixe-me explicar começando com algumas informações básicas, começando com o dogma central da biologia molecular e do código genético.

Dogma Central da Biologia Molecular

De acordo com este princípio da biologia molecular, a informação armazenada no DNA é expressa funcionalmente através das atividades das proteínas. Quando chega a hora de a maquinaria da célula produzir uma proteína específica, ela copia a informação apropriada da molécula de DNA por meio de um processo chamado transcrição e produz uma molécula chamada RNA mensageiro (mRNA). Uma vez montado, o mRNA migra para o ribossomo, onde direciona a síntese de proteínas por meio de um processo conhecido como tradução.

Figura 1: O dogma central da biologia molecular (Imagem de Michigan State University Libraries)

O Código Genético

À primeira vista, parece haver uma incompatibilidade entre a informação armazenada no DNA e a informação expressa nas proteínas. Não pode existir uma relação um-para-um entre os quatro nucleotídeos diferentes que constituem o DNA e os vinte aminoácidos diferentes usados para montar proteínas. A célula lida com essa incompatibilidade usando um código composto por agrupamentos de três nucleotídeos, chamados códons, para especificar os vinte aminoácidos diferentes.

Figura 2: Códons (Imagem de MECU em Wikimedia Commons - domínio público)

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

Sessenta e quatro códons constituem o código genético. Como o código 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 são especificados por apenas um códon. [1]

Figura 3: O código genético (Imagem de Dunk em Flickr - CC BY 2.0)

Um pouco mais de informações básicas sobre mutações ajudará a completar o quadro.

Mutações

Uma mutação refere-se a qualquer alteração que ocorre na sequência de nucleotídeos do DNA. O DNA pode sofrer vários tipos diferentes de mutações. Mutações de substituição são um tipo comum. Quando ocorre uma mutação de substituição, um (ou mais) dos nucleotídeos da 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. Esta substituição altera o códon. Curiosamente, o código genético está estruturado de tal forma que, quando ocorrem mutações de substituição, o códon resultante especifica frequentemente o mesmo aminoácido (devido à redundância) ou um aminoácido que possui propriedades químicas e físicas semelhantes às do aminoácido originalmente codificado.

Mutações Sinônimas e Não Sinônimas

Quando mutações de substituição geram um novo códon que especifica o mesmo aminoácido inicialmente codificado, isso é chamado de mutação sinônima. No entanto, quando uma substituição produz um códon que especifica um aminoácido diferente, ela 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 das do aminoácido nativo, isso pode fazer com que a proteína se dobre de forma inadequada. O dobramento inadequado impacta a estrutura da proteína, produzindo uma biomolécula com função reduzida ou mesmo perdida.

 

Por outro lado, os bioquímicos há muito pensam que mutações sinônimas não têm efeito na estrutura e função das proteínas porque esses tipos de mutações não alteram as sequências de aminoácidos das proteínas. Embora os bioquímicos pensem que as mutações sinônimas são silenciosas – sem consequências funcionais – os biólogos evolucionistas encontram formas de as utilizar, incluindo a utilização de padrões de mutações sinônimas para estabelecer relações evolutivas.

Padrões de Mutações Sinônimas e a Defesa da Evolução Biológica

Os biólogos evolucionistas consideram as características genéticas compartilhadas encontradas em organismos que se agrupam naturalmente como uma evidência convincente de uma descendência comum. Uma característica de particular interesse são os padrões de sequência de DNA idênticos (ou quase idênticos) encontrados nos genomas. De acordo com esta linha de raciocínio, os padrões partilhados surgiram como resultado de uma série de mutações de substituição que ocorreram no genoma do ancestral comum. Presumivelmente, à medida que as diversas linhagens evolutivas divergiam do ponto de ligação, elas carregavam consigo as sequências alteradas criadas pelas mutações primordiais.

Mutações sinônimas desempenham um papel significativo neste argumento específico em favor da descendência comum. Como as mutações sinônimas não alteram a sequência de aminoácidos das proteínas, seus efeitos são considerados irrelevantes. Assim, quando os mesmos (ou quase os mesmos) padrões de mutações sinônimas são observados em genomas de organismos que se agrupam no mesmo grupo, a maioria dos cientistas da vida interpreta-os como provas convincentes da história evolutiva comum dos organismos.

É concebível que mutações não sinônimas, que alteram as sequências de aminoácidos das proteínas, possam conferir algum tipo de benefício e, portanto, padrões partilhados de alterações não sinônimas possam ser entendidos como evidência para um design partilhado. (Veja a última seção deste artigo.) Mas este não é o caso quando se trata de mutações sinônimas, o que levanta a questão: por que um Criador introduziria intencionalmente novos códons que codificam o mesmo aminoácido em genes quando essas mudanças não têm utilidade funcional?

Além de invocar um Criador, os padrões partilhados de mutações sinônimas fazem todo o sentido se os genomas tiverem sido moldados por processos evolutivos e por uma história evolutiva. Contudo, este argumento a favor da evolução biológica (ancestralidade partilhada) e do desafio a uma interpretação do modelo de criação (design partilhado) depende do pressuposto subjacente de que mutações sinônimas não têm consequências funcionais.

Mas e se essa suposição não for mais válida?

Mutações Sinônimas Não São Intercambiáveis

Os bioquímicos costumavam pensar que mutações sinônimas não tinham qualquer impacto na estrutura e, portanto, na função das proteínas, mas esta visão está mudando graças a estudos como o realizado por pesquisadores da Universidade do Colorado, em Boulder. [2]

Esses pesquisadores descobriram mutações sinônimas que aumentam a eficiência translacional de um gene (encontrado no genoma da Salmonella enterica). Este gene codifica uma enzima que desempenha um papel na via biosintética do aminoácido arginina. (Esta enzima também desempenha um papel na biossíntese da prolina.) Eles acreditam que estas mutações alteram a estrutura tridimensional da sequência de DNA perto do início da porção codificadora do gene. Eles também pensam que as mutações sinônimas melhoram a estabilidade da molécula de RNA mensageiro. Ambos os efeitos levariam a uma maior eficiência translacional no ribossomo.

Por mais radical (e inesperada) que esta descoberta possa parecer, ela segue os passos de outras descobertas recentes que também reconhecem a importância funcional de mutações sinônimas. [3] De modo geral, os bioquímicos descobriram que mutações sinônimas funcionam para influenciar não apenas a taxa e a eficiência da tradução (como aprenderam os cientistas da Universidade do Colorado, Bolder) e o enovelamento das proteínas depois de serem produzidas no ribossomo.

Embora mutações sinônimas deixem a sequência de aminoácidos da proteína inalterada, elas podem exercer influência alterando:

• regiões reguladoras do gene que influenciam a taxa de transcrição
• estrutura secundária e terciária do RNA mensageiro que influencia a taxa de tradução
• estabilidade do RNA mensageiro que influencia a quantidade de proteína produzida
• taxa de tradução que influencia o dobramento da proteína à medida que ela sai do ribossomo

Os bioquímicos estão apenas começando a compreender o significado destas descobertas, mas já está claro que mutações sinônimas têm consequências biomédicas. [4] Eles também impactam modelos de evolução molecular. Mas, por enquanto, quero concentrar-me no impacto que estas descobertas têm no debate criação/evolução.

Padrões de Mutações Sinônimas e a Defesa da Criação

Conforme observado, muitas pessoas consideram que a evidência mais convincente de uma descendência comum são as características genéticas compartilhadas apresentadas por organismos que se agrupam naturalmente. Mas se a vida é o produto da obra de um Criador, as características genéticas partilhadas poderiam ser entendidas como designs partilhados implantados por um Criador. Na verdade, existe um precedente histórico para a interpretação comum do design. Antes de Darwin, os biólogos viam as características biológicas partilhadas como manifestações de designs arquetípicos que existiam na mente do Criador.

Mas a interpretação comum do projeto exige que os recursos compartilhados sejam funcionais. (Ou que surgem independentemente de uma forma não aleatória.) Para aqueles que veem a vida a partir da estrutura do paradigma evolutivo, os padrões partilhados de mutações sinônimas invalidam a explicação do design comum – porque estas mutações são consideradas funcionalmente insignificantes.

Mas face à evidência crescente da importância funcional das mutações sinônimas, esta objeção ao design comum começou a desaparecer. Embora muitos cientistas da vida sejam rápidos a rejeitar a interpretação comum da biologia, os avanços na biologia molecular continuam a fortalecer esta explicação e, com ela, a defesa de um Criador.

Recursos

• Who Was Adam? A Creation Model Approach to the Origin of Humanity (Quem foi Adão? Uma abordagem de modelo de criação para a origem da humanidade), 2ª ed, de Fazale Rana com Hugh Ross (livro)
• Cell's Design: How Chemistry Reveals the Creator's Artistry (O design da célula: como a química revela a arte do criador), de Fazale Rana (livro)
• “Sinônimos Bioquímicos Otimizados, Parte 1” por Fazale Rana (artigo)
• “Sinônimos Bioquímicos Otimizados, Parte 2” por Fazale Rana (artigo)
• “Mutações não aleatórias embaralham a defesa da descendência comum” por Fazale Rana (artigo)
• “Sequências de Alu em genomas de primatas: evidências de descendência comum ou design comum?” por Fazale Rana (artigo)
• “Arquétipo ou Ancestral? Sir Richard Owen e a defesa do design” por Fazale Rana (artigo)

Notas de Fim

1. Como discuto em The Cell's Design (O design da célula), as regras do código genético e a natureza da redundância parecem ser concebidas para minimizar erros na tradução da informação do ADN em proteínas que ocorreriam devido a mutações de substituição. Esta otimização é uma prova do trabalho de um Agente inteligente.
2. John Carlo Kristofich et al., “Synonymous Mutations Make Dramatic Contributions to Fitness When Growth Is Limited by Weak-Link Enzyme”, PLoS Genetics 14, n.º 8 (27 de agosto de 2018): e1007615, doi:10.1371/journal.pgen.1007615.
3. Aqui estão alguns estudos representativos que atribuem significado funcional a mutações sinônimas: Anton A. Komar, Thierry Lesnik e Claude Reiss, “Synonymous Codon Substitutions Affect Ribosome Traffic and Protein Folding during in vitro Translation”, FEBS Letters 462, n.º 3 (30 de novembro de 1999): 387–91, doi:10.1016/S0014-5793(99)01566-5; Chung-Jung Tsai et al., “Synonymous Mutations and Ribosome Stalling Can Lead to Altered Folding Pathways and Distinct Minima”, Journal of Molecular Biology 383, n.º 2 (7 de novembro de 2008): 281–91, doi:10.1016/j.jmb.2008.08.012; Florian Buhr et al., “Synonymous Codons Direct Cotranslational Folding toward Different Protein Conformations”, Molecular Cell Biology 61, n.º 3 (4 de fevereiro de 2016): 341–51, doi:10.1016/j.molcel.2016.01.008; Chien-Hung Yu et al., “Codon Usage Influences the Local Rate of Translation Elongation to Regulate Co-translational Protein Folding”, Molecular Cell Biology 59, n.º 5 (3 de setembro de 2015): 744–55, doi:10.1016/j.molcel.2015.07.018.
4. Zubin E. Sauna e Chava Kimchi-Sarfaty”, Understanding the Contribution of Synonymous Mutations to Human Disease”, Nature Reviews Genetics 12 (31 de agosto de 2011): 683–91, doi:10.1038/nrg3051.

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Traduzido de Biochemical Synonyms Restate the Case for a Creator (RTB)

* Uma adaptação ao português. Na língua original do artigo, o inglês, são usadas duas palavras aqui, uma para se referir a tartarugas da água e outra para se referir a tartarugas de terra.

 

** Uma adaptação ao português.

Etiquetas:

química da vida - criacionismo (progressivo) da Terra velha