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Origem da Vida: Mudando o Paradigma

Os sistemas do tipo “metabolismo primorial” não contêm uma molécula ou estrutura que permita que a informação seja armazenada para ser duplicada e transmitida aos descendentes. Mas uma colecção dispersa de pequenos itens guarda a mesma informação de uma lista que os descreve. Isto é, hereditariedade armazenada em moléculas pequenas, em vez de uma lista como no DNA ou RNA.

Günter Wächtershäuser e colegas demonstraram partes de um ciclo envolvendo a combinação e separação de aminoácidos na presença de sulfetos metálicos catalisadores. A energia propulsora para a transformação é fornecida pela oxidação do monóxido de carbono em dióxido de carbono. É necessária uma experiência definitiva para estabelecer a validade do modelo da molécula pequena.

Assim que uma reacção propulsora plausível for identificada, não será necessário especificar o restante do sistema antecipadamente. Os componentes seleccionados, mais uma mistura de outras moléculas pequenas produzidas por processos naturais, poderiam ser combinados num recipiente de reacção adequado.

Nestas experiências, a energia poderia ser dissipada sem qualquer mudança nas concentrações de outras substâncias químicas. Um sucesso poderia demonstrar os passos iniciais no caminho da vida.

A evolução não antecipa eventos futuros, os nucleótidos apareceram primeiro no metabolismo para servir a outro propósito, talvez como catalisadores ou como recipientes de armazenamento de energia química. Algum evento pode ter levado a uma ligação de nucleótidos para formar RNA. A função do RNA, actualmente é estrutural, auxiliando na formação dos elos entre os aminoácidos na síntese das proteínas. Os RNAs primordiais podem ter servido ao mesmo propósito, mas sem preferência por aminoácidos específicos.

De: Scientific American
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Origem da Vida: Vida com Moléculas Pequenas

Esta teoria usa a definição termodinâmica, em vez de genética, da vida: uma região localizada que aumenta em ordem (decresce em entropia)por meio de ciclos movidos por um fluxo de energia seria considerada viva (Carl Sagan, na Enciclopédia Britânica). As propostas de origem da vida apresentam cinco exigências.


1 – Uma barreira necessária para separar a vida de não-vida

A vida distingue-se pelo grau de organização, mas a segunda lei da termodinâmica exige uma tendência para a desordem, entropia. Quando as células crescem, convertem a energia química ou radiação em calor. O calor aumenta a entropia do ambiente, compensando a diminuição da entropia nos sistemas vivos.

Hoje, membranas lipídicas separam as células vivas do seu ambiente. Algumas propostas sugeriram barreiras naturais que não são usadas actualmente, tais como membranas de sulfeto de ferro, superfícies minerais e aerosóis possam ter contribuído para essa separação de forma a compensar a entropia.


2 – Uma fonte de energia necessária para promover o processo de organização

Nós utilizamos hidratos de carbono e gorduras para nos mantermos vivos. Os microrganismos podem usar minerais de matéria orgânica ou oxigénio. Em ambos os casos estão envolvidas reacções redox, que conduzem a transferência de electrões. Outras formas de energia, como as diferenças de acidez em lados opostos da membrana, radioactividade e grandes variações de temperatura poderiam ser usadas em outras circunstâncias.


3- Um mecanismo para acoplar a libertação de energia ao processo de organização que define e sustenta a vida

A energia libertada pela clivagem do ATP serve para activar processos necessários para a nossa bioquímica que ocorreriam de forma lenta demais. O processo bioquímico é acelerado pela intervenção de uma enzima.


4 – Necessidade de uma rede de compostos químicos de modo a possibilitar a adaptação e a evolução

Suponhamos que uma reacção redox promove a conversão de uma substância orgânica A para B. Esta reacção serve de motor que move o processo de organização. Se B se reconverter apenas em A não estaríamos no caminho da maior organização. Mas se B se converter em C, seguidamente em D e, depois, em A, ou seja uma reconversão em múltiplos passos, então este ciclo seria faorável a uma operação contínua porque restabeleceriam a disponibilidade de A.

Se uma mudança na acidez ou outra circunstância ambiental atrapalhar um dos passos, o material se acumularia até ser encontrada uma alternativa. Esta exploração por tentativa e erro poderia activar compostos capazes de catalisar passos importantes do ciclo, aumentando a eficiência da rede no uso da fonte de energia.


5 – A rede deve crescer e reproduzir-se

A difusão de materiais da rede para fora do compartimento é favorecida pela entropia. Algumas reacções paralelas podem produzir gases, que escapam. Se estes processos ultrapassarem a taxa com que a rede ganha material então ela será extinta.


De: Scientific American
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Mutações

Anomalias Monogenéticas e Multifactoriais

Cerca de 1400 doenças genéticas conhecidas são causadas por mutações em genes únicos. As lesões bioquímicas de mais de 250 destas doenças são conhecidas e afectam sobretudo enzimas, factores de coagulação do sangue, proteínas de transporte, hormonas peptídicas, receptores.

As doenças monogénicas podem não ser herdadas, mas serem antes o resultado de uma nova mutação no indivíduo afectado. A frequência da ocorrência deste género de mutações foi calculada como sendo de 5 x 10-6 mutação por gene e por geração. Aproximadamente um em cada 100.000 recém-nascidos deveria, portanto, possuir uma nova mutação num qualquer locus genético.


ß-talassemias

Talassemias são pertubações genéticas da síntese de hemoglobina. As hemoglobinas humanas são codificadas por duas séries de genes: os genes de tipo a, localizados no cromossoma 10 e os genes de tipo ß, localizados no cromossoma 11

As talassemias são patalogias caracterizadas pela ausência total ou parcial de síntese de um tipo de globina. O resultado é um desequilíbrio entre as cadeias a e ß e uma anemia. Estes estados têm origem numa deficiência de transcrição do DNA, ou num defeito de maturação do RNA, ou numa instabilidade do RNA ou, ainda, numa incorrecção na tradução do RNA. Estes defeitos podem resultar de mutações pontuais que conduzem a um desfasamento da tradução ou ao aparecimento prematuro de sinais de fim de cadeia ou, ainda, derivar de eliminações do gene, no seu todo ou parciais.

Mutações sem sentido e frame shift

A ß-talassemia, caracterizada pela ausência total da síntese da globina ß, resulta duma mutação pontual no codão correspondente ao aminoácido 17 ou no correspondente ao aminoácido 39. Nos dois casos, a mutação dá origem a um codão sem sentido. Para além de serem intraduzíveis, os RNA mensageiros correspondentes são muito instáveis in vivo.

Outras talassemias de tipo ß resultam de eliminações ou de inserções na sequência que codifica para a globina ß; o resultado é uma deslocação da fase de leitura do RNA mensageiro.


Um exemplo de favorecimento

Aqui temos a tabela dos tripletos. Há três tripletos de terminação de cadeia proteica. Se, por exemplo na CCR5 um destes codões aparecer antes do esperado teremos, então, uma proteína não funcional. Uma mutação poderá favorecer o portador de tal mutação, fazendo com que este não seja afectado pelo vírus do HIV, mas seja apenas portador, por exemplo.

Sequência proteica de CCR5:

>Q5EKN0|Q5EKN0_HUMAN CC chemokine receptor 5 variant - Homo sapiens
MDYQVSSPIYDINYYTSEPCQKINVKQIAARLLPPLYSLVFIFGFVGNMLVILILINCKR
LKSMTDIYLLNLAISDLFFLLTVPFWAHYAAAQWDFGNTMCQLLTGLYFIGFFSGIFIIL
LTIDRYLAVVHAVFALKARTVTFGVVTSVITWVVAVFASLPGIIFTRSQKEGLHYTCSSH
FPYSQYQFWKNFQTLKIVILGLVLPLLVMVICYSGILKTLLRCRNEKKRHRAVRLIFTIM
IVYFLFWAPYNIVLLLNTFQEFFGLNNCSSSNRLDQAMQVTETLGMTHCCINPIIYAFVG
EKFRNYLLVFFQKHIAKRFCKCCSIFQQEAPERASSVYTRSTGEQEISVGL

Bibliografia:

Sebenta de “Tecnologia de DNA Recombinante” Prof. Doutor Alfredo J. M. Cravador

http://beta.uniprot.org/

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08/03/2008

Origem da Vida: Mudando o Paradigma

Os sistemas do tipo “metabolismo primorial” não contêm uma molécula ou estrutura que permita que a informação seja armazenada para ser duplicada e transmitida aos descendentes. Mas uma colecção dispersa de pequenos itens guarda a mesma informação de uma lista que os descreve. Isto é, hereditariedade armazenada em moléculas pequenas, em vez de uma lista como no DNA ou RNA.

Günter Wächtershäuser e colegas demonstraram partes de um ciclo envolvendo a combinação e separação de aminoácidos na presença de sulfetos metálicos catalisadores. A energia propulsora para a transformação é fornecida pela oxidação do monóxido de carbono em dióxido de carbono. É necessária uma experiência definitiva para estabelecer a validade do modelo da molécula pequena.

Assim que uma reacção propulsora plausível for identificada, não será necessário especificar o restante do sistema antecipadamente. Os componentes seleccionados, mais uma mistura de outras moléculas pequenas produzidas por processos naturais, poderiam ser combinados num recipiente de reacção adequado.

Nestas experiências, a energia poderia ser dissipada sem qualquer mudança nas concentrações de outras substâncias químicas. Um sucesso poderia demonstrar os passos iniciais no caminho da vida.

A evolução não antecipa eventos futuros, os nucleótidos apareceram primeiro no metabolismo para servir a outro propósito, talvez como catalisadores ou como recipientes de armazenamento de energia química. Algum evento pode ter levado a uma ligação de nucleótidos para formar RNA. A função do RNA, actualmente é estrutural, auxiliando na formação dos elos entre os aminoácidos na síntese das proteínas. Os RNAs primordiais podem ter servido ao mesmo propósito, mas sem preferência por aminoácidos específicos.

De: Scientific American

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Origem da Vida: Vida com Moléculas Pequenas

Esta teoria usa a definição termodinâmica, em vez de genética, da vida: uma região localizada que aumenta em ordem (decresce em entropia)por meio de ciclos movidos por um fluxo de energia seria considerada viva (Carl Sagan, na Enciclopédia Britânica). As propostas de origem da vida apresentam cinco exigências.


1 – Uma barreira necessária para separar a vida de não-vida

A vida distingue-se pelo grau de organização, mas a segunda lei da termodinâmica exige uma tendência para a desordem, entropia. Quando as células crescem, convertem a energia química ou radiação em calor. O calor aumenta a entropia do ambiente, compensando a diminuição da entropia nos sistemas vivos.

Hoje, membranas lipídicas separam as células vivas do seu ambiente. Algumas propostas sugeriram barreiras naturais que não são usadas actualmente, tais como membranas de sulfeto de ferro, superfícies minerais e aerosóis possam ter contribuído para essa separação de forma a compensar a entropia.


2 – Uma fonte de energia necessária para promover o processo de organização

Nós utilizamos hidratos de carbono e gorduras para nos mantermos vivos. Os microrganismos podem usar minerais de matéria orgânica ou oxigénio. Em ambos os casos estão envolvidas reacções redox, que conduzem a transferência de electrões. Outras formas de energia, como as diferenças de acidez em lados opostos da membrana, radioactividade e grandes variações de temperatura poderiam ser usadas em outras circunstâncias.


3- Um mecanismo para acoplar a libertação de energia ao processo de organização que define e sustenta a vida

A energia libertada pela clivagem do ATP serve para activar processos necessários para a nossa bioquímica que ocorreriam de forma lenta demais. O processo bioquímico é acelerado pela intervenção de uma enzima.


4 – Necessidade de uma rede de compostos químicos de modo a possibilitar a adaptação e a evolução

Suponhamos que uma reacção redox promove a conversão de uma substância orgânica A para B. Esta reacção serve de motor que move o processo de organização. Se B se reconverter apenas em A não estaríamos no caminho da maior organização. Mas se B se converter em C, seguidamente em D e, depois, em A, ou seja uma reconversão em múltiplos passos, então este ciclo seria faorável a uma operação contínua porque restabeleceriam a disponibilidade de A.

Se uma mudança na acidez ou outra circunstância ambiental atrapalhar um dos passos, o material se acumularia até ser encontrada uma alternativa. Esta exploração por tentativa e erro poderia activar compostos capazes de catalisar passos importantes do ciclo, aumentando a eficiência da rede no uso da fonte de energia.


5 – A rede deve crescer e reproduzir-se

A difusão de materiais da rede para fora do compartimento é favorecida pela entropia. Algumas reacções paralelas podem produzir gases, que escapam. Se estes processos ultrapassarem a taxa com que a rede ganha material então ela será extinta.


De: Scientific American

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07/03/2008

Mutações

Anomalias Monogenéticas e Multifactoriais

Cerca de 1400 doenças genéticas conhecidas são causadas por mutações em genes únicos. As lesões bioquímicas de mais de 250 destas doenças são conhecidas e afectam sobretudo enzimas, factores de coagulação do sangue, proteínas de transporte, hormonas peptídicas, receptores.

As doenças monogénicas podem não ser herdadas, mas serem antes o resultado de uma nova mutação no indivíduo afectado. A frequência da ocorrência deste género de mutações foi calculada como sendo de 5 x 10-6 mutação por gene e por geração. Aproximadamente um em cada 100.000 recém-nascidos deveria, portanto, possuir uma nova mutação num qualquer locus genético.


ß-talassemias

Talassemias são pertubações genéticas da síntese de hemoglobina. As hemoglobinas humanas são codificadas por duas séries de genes: os genes de tipo a, localizados no cromossoma 10 e os genes de tipo ß, localizados no cromossoma 11

As talassemias são patalogias caracterizadas pela ausência total ou parcial de síntese de um tipo de globina. O resultado é um desequilíbrio entre as cadeias a e ß e uma anemia. Estes estados têm origem numa deficiência de transcrição do DNA, ou num defeito de maturação do RNA, ou numa instabilidade do RNA ou, ainda, numa incorrecção na tradução do RNA. Estes defeitos podem resultar de mutações pontuais que conduzem a um desfasamento da tradução ou ao aparecimento prematuro de sinais de fim de cadeia ou, ainda, derivar de eliminações do gene, no seu todo ou parciais.

Mutações sem sentido e frame shift

A ß-talassemia, caracterizada pela ausência total da síntese da globina ß, resulta duma mutação pontual no codão correspondente ao aminoácido 17 ou no correspondente ao aminoácido 39. Nos dois casos, a mutação dá origem a um codão sem sentido. Para além de serem intraduzíveis, os RNA mensageiros correspondentes são muito instáveis in vivo.

Outras talassemias de tipo ß resultam de eliminações ou de inserções na sequência que codifica para a globina ß; o resultado é uma deslocação da fase de leitura do RNA mensageiro.


Um exemplo de favorecimento

Aqui temos a tabela dos tripletos. Há três tripletos de terminação de cadeia proteica. Se, por exemplo na CCR5 um destes codões aparecer antes do esperado teremos, então, uma proteína não funcional. Uma mutação poderá favorecer o portador de tal mutação, fazendo com que este não seja afectado pelo vírus do HIV, mas seja apenas portador, por exemplo.

Sequência proteica de CCR5:

>Q5EKN0|Q5EKN0_HUMAN CC chemokine receptor 5 variant - Homo sapiens
MDYQVSSPIYDINYYTSEPCQKINVKQIAARLLPPLYSLVFIFGFVGNMLVILILINCKR
LKSMTDIYLLNLAISDLFFLLTVPFWAHYAAAQWDFGNTMCQLLTGLYFIGFFSGIFIIL
LTIDRYLAVVHAVFALKARTVTFGVVTSVITWVVAVFASLPGIIFTRSQKEGLHYTCSSH
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IVYFLFWAPYNIVLLLNTFQEFFGLNNCSSSNRLDQAMQVTETLGMTHCCINPIIYAFVG
EKFRNYLLVFFQKHIAKRFCKCCSIFQQEAPERASSVYTRSTGEQEISVGL

Bibliografia:

Sebenta de “Tecnologia de DNA Recombinante” Prof. Doutor Alfredo J. M. Cravador

http://beta.uniprot.org/

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