Traduzido por Rita Campos. Ferramentas disponíveis na internet podem ser usadas para comparar sequências de proteínas e compreender a evolução de diferentes organismos. Show
citocromo c. Imagem cortesia de Klaus Hoffmeier/Wikimedia commons No passado, os cientistas faziam análises evolutivas comparando as características físicas – designadas por fenótipos – das espécies encontradas no registo fóssil. No entanto, desde a descoberta dos relógios moleculares que este cenário mudou. O conceito de relógio molecular surgiu por se ter observado que quanto mais tempo decorreu desde que duas espécies divergiram de um ancestral comum mais diferente será a sequência do seu ADN ou proteína (para uma revisão, ver Bromham & Penny, 2003). Comparando sequências de genes ou proteínas homólogos – noutras palavras, sequências de dois organismos com um ancestral comum directo – pode-se medir o tempo que passou desde que os organismos divergiram. E isso pode ser visualizado numa árvore filogenética. Para verificar quão similar dois genes são, é preciso ter as suas sequências e alinhá-las correctamente (Kozlowski, 2010). Conseguir essas sequências costumava ser muito difícil mas não agora. Os seus estudantes provavelmente já lhe disseram que está tudo na internet – desta vez, eles estão certos. Há muitos exemplos de bases de dados biológicas de acesso livre, e que contêm dados de investigações reais, na Internet mas para esta actividade vamos usar dois recursos em particular. O Centro Nacional para a Informação Biotecnológica (National Center for Biotechnology Information; NCBI)w1 em Bethesda, MD, EUA, oferece o acesso a informação biomédica e genómica, enquanto que o Instituto Europeu de Bioinformática (European Bioinformatics Institute; EBI)w2, localizado nem Hinxton, Reino Unido, oferece dados de experiências em ciências da vida e realiza investigação básica em biologia computacional. A base de dados do NCBI vai oferecer-lhe a sequência de qualquer gene ou proteína que já tenha sido sequenciada e depois pode usar ferramentas do EBI para alinhar e analisar essas sequências. ActividadeQuando se investigam as relações evolutivas entre diferentes organismos é importante escolher cuidadosamente que gene ou proteína vamos usar. Há exemplos bem conhecidos de genes homólogos que podem ser usados, como os genes que codificam as proteínas hemoglobina ou citocromo b, e nesta actividade vamos usar este último. O citocromo c é uma pequena proteína heme que é o componente central na cadeia de transporte de electrões na mitocôndria. Todos os organismos aeróbios evoluíram de um ancestral comum que usou o citocromo c pela primeira vez, por isso, para o nosso propósito, é uma boa escolhaw3. Esta actividade desenvolve-se em três secções diferentes:
Por fim, incluem-se algumas questões para guiar a investigação sobre relações evolutivas. Clique na imagem paraampliar. Encontrar as sequências proteicas
Alinhar as sequências
O software Clustal Omega tem muitas opções diferentes que envolvem um conhecimento matemático mais sofisticado do que o que é necessário para o propósito desta actividade. Se quiser saber mais sobre o Clustal Omega consulte o artigo de Sievers et al. (2011). Clique na imagem paraampliar. Fazer uma árvore Filogenética
Para uma discussão mais aprofundadaClique na imagem paraampliar.
GlossárioCladograma: Um diagrama ramificado que mostra as relações evolutivas entre espécies, no qual o comprimento dos ramos é arbitrário. Sequência consenso: Um conjunto conhecido de sequências conservadas ou a ordem calculada dos aminoácidos que mais vezes se encontram em cada posição num alinhamento de sequências. Aminoácido conservado: Uma sequência de aminoácidos num polipéptido que é semelhantes em múltiplos organismos. FASTA: um formato de texto usado para representar sequências nucleotídicas ou peptídicas usando um código de uma letra. Uma sequência no formato FASTA começa com uma descrição em linha única, seguida de linhas de dados de sequências. A linha da descrição distingue-se das linhas das sequências por um símbolo maior-que (>). Proteína homóloga: Aquelas proteínas partilhadas por alguns organismos que derivam de um ancestral comum directo. Árvore filogenética: Um diagrama ramificado que mostra as relações evolutivas entre espécies, no qual o comprimento dos ramos indica a diferença entre duas proteínas ou genes. Evento de especiação: O momento no qual uma espécie ancestral diverge em duas novas espécies. AgradecimentosO autor gostaria de agradecer à sua colega María Isern pela ajuda na revisão da gramática do inglês deste artigo. References
Web References
Resources
Author(s)Germán Tenorio tem um doutoramento em biologia molecular e de plantas e nos últimos 10 anos tem trabalhado como professor do ensino secundário. É o Coordenador de Ciência e Coordenador do programa Internacional Diploma Baccalaureate no Colégio de San Francisco de Paula, em Sevilha, Espanha. ReviewOs professores de biologia podem usar este artigo para ligar tópicos de biologia evolutiva, história da ciência, bioquímica e genética. Para tirar mais partido do artigo, é importante que os alunos percebam os princípios da bioquímica do ADN e das proteínas. A actividade descrita neste artigo é importante para motivar os alunos para trabalhar de forma autónoma numa investigação real usando bases de dados científicas. No laboratório escolar, os estudantes podem ser guiados para trabalhar em grupos pequenos, comparando sequências de proteínas, tal como o citocromo c, ou ADN, para perceber as diferenças entre árvores filogenéticas e cladísticas. A bioinformática é muito útil na escola secundária para trabalhar a ‘aprendizagem integrada de conteúdo e língua’ a diferentes níveis, com professores de inglês, história e física, num projecto interdisciplinar. Este artigo, que liga estes diferentes temas, pode ser também usado para uma discussão sobre o progresso e as limitações de uma investigação como esta. Marina Minoli, Especialista em Didáctica, Centro Universitário de Agora, Itália LicenseO que a sequência de aminoácidos das proteínas pode nos indicar acerca da evolução?Resposta. Eu diria que pode indicar a semelhança evolutiva de diferentes espécies. Nesse sentido, diferentes espécies produzem proteínas análogas, com a mesma função, entretanto, com sequências diferentes.
Qual a importância da sequência de aminoácidos de uma proteína?As proteínas possuem várias camadas de estrutura, cada uma das quais é importante no processo de dobragem de proteínas. O primeiro nível mais básico, se esta estrutura é a seqüência de aminoácidos em si. O sequenciamento é importante porque determina os tipos de interações observadas na proteína quando ela é dobrada.
O que o DNA pode nos informar sobre a evolução das espécies?Resposta. Resposta: A comparação entre moléculas de DNA de diferentes espécies tem revelado o grau de semelhança de seus genes, o que mostra o parentesco evolutivo. O mesmo ocorre para as proteínas que, em última análise, refletem as semelhanças e diferenças genéticas.
Qual o nome mais adequado para a teoria que descreve essa relação entre genes e sequências de aminoácidos?Resposta verificada por especialistas. O nome mais adequado para a teoria que descreve a relação entre genes e sequências de aminoácidos é a Teoria Um gene - Um polipeptídeo.
|