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terça-feira, setembro | 20 | 2011
Isto é muito sério, seríssimo: o corpo humano possue bilhões de proteinas e agora foi descoberto que elas são muito vaidosas e exigem se vestirem e maquiarem no estilo da moda. E mais: para se arrumarem exigem compartimentos próprios como vestiários. A célula que não construir vestiários para elas, morre rápido, ou o corpo todo pode padecer das piores doenças existentes!
Proteínas…!!! Quem diria?!!!
O “The New York Times”, na sua valiosa seção de Ciencias das terças-feiras, publica a noticia da descoberta com a premiação do Dr. Arthur Horwich pela Mary Lasker Foundation. Êle realizou um trabalho que está na base de remédios para tratamento das piores doenças que flagelam a Humanidade.
Mas sua descoberta é muito curiosa.
Acontece que as proteínas quando saem das mitocondrias são desorganizadas e como os bebês não sabem fazer nada. São cêrca de 20.000 espécies delas. Para realizarem sua função precisam passar por uma metamorfose, um processo que as organizem numa configuração tridimensional, ou seja, cada espécie tem uma forma especifica, como entre a bicharada, galinhas tem forma de galinhas, diferente da forma dos patos e jacarés. Se elas não puderem se apresentar maquiadas e vestidas nas cöres da moda de sua espécie, elas se recusam a fabricar seu produto, o qual nossos corpos necessitam.
Mas acontece que elas não se arrumam em qualquer lugar, como no meio da rua. O ambiente do citoplasma dentro das células onde elas nascem é muito povoado e tumultuado. Sem as condições que as proteínas exigem para se trocarem, elas não funcionam. Sabendo disto os genes correram a providenciar o que fôsse necessário para que se apresentem na moda e façam seu trabalho. E como resolveram isto?
Vestiarios separados dentro do citoplasma! Onde só entram proteínas. Os vestiarios são feitos de uma proteína tambem, mas especial. Ela é elaborada por um gene e se chama HSP60. Isto é a sigla em inglês para “Heat Shock Protein” e o numero 60 se refere à sua massa. Ela se parece com um baú, ou uma caixa, e uma célula tem milhares delas: são tão importantes que se uma célula não tiver o gene que produz estas caixas, a célula morre rápidamente. Mas… e agora prepare-se para as grandes surprêsas! A HSP60 tem a forma de dois barrís colados lado a lado. O ambiente dentro dos barrís é diferente do ambiente do citoplasma, quase um vácuo. Cada barril possue uma tampa que fica abrindo por 10 segundos e se fechando. Quando êle se abre uma proteína desarrumada entra com seus apetrechos e pode se arrumar. A tampa sefecha e longe dos olhares cobiçosos a proteína pode aplicar os mistérios de suas fórmulas que só ela sabe e manter seu segrêdo. Mas ela não tem muito tempo para ficar se admirando no espelho, apenas os 10 segundos, pois quando a tampa se abre ela tem que sair e dar lugar para outra que vai entrar.
Isto parece brincadeira. O Sr. José está com Alzheimer, perdeu a memória e só faz trapalhadas. Imagime que dia dêstes êle pôs a roupa suja dentro da geladeira e ficou ao lado esperando. Quando a espôsa chegou e perguntou por que estava ali êle disse que estava esperando a máquina lavar a roupa… O seu vizinho, o Sr. Milton está na cama com câncer. E tôdos êstes doentes assim estão apenas porque existem células que não possuem suficientes HSP60, ou seja, vestiários para as proteínas!
Vamos ver uma síntese das informações no NYT. O Dr. Arthur passa horas e horas apontando o microscópio para estas “caixas” nas células tentando entender o que se passa dentro delas. Espiando pelo buraco da fechadura, hein?…Indiscreto! Do que é constituído seu espaço interno? O que as proteínas fazem lá dentro, onde entram feias como uma larva e saem vaidosas como uma borboleta?! Se alguem conseguir imitar a fórmula do gene e inventar um vestiário mágico como êsse, as mulheres idosas, as gordas, etc., entram e saem com um corpinho de Marilyn Monroe…Vão fazê-lo bilionário… Parece até que existe um cirurgião plastico extraterrestre dentro de cada barril…
 Proteína antes e depois do HSP60
Äs vêzes, bebês recem-nascidos vivem apenas por alguns dias e morrem, desgraçadamente. Isto porque existe uma doença chamada “OTC deficiency” é causada pela ausência ou não funcionamento de uma proteína que tem a função de retirar um gás toxico do sangue, a amonia. Quando essa proteína não tem um vestiário, não funciona, e o sangue inundado pela amônia causa a intoxicação. E assim se perde uma criança porque a proteína é vaidosa, ao invés de trabalhar fica em greve de braços cruzados, porque a célula não lhe providenciou um vestiário com cirurgiões plasticos extraterrestres!…
A cura e entendimento das causas de muitas doenças foram atrasadas por décadas porque os cientistas foram enganados. Em 1950, um bioqumico chamado Dr. Anfinsen publicou os resultados de uma experiencia que indicava que as proteínas se enovelavam adquirindo a sua forma funcional unicamente por elas mesmas. Ou seja, elas possuiriam o potencial para se transformarem. Mas o Dr. Anfinsen viu proteinas se transformando dentro de tubos de testes, onde o ambiente foi planejado por ele, tentando imitar o citoplasma celular. Esta publicação lhe deu o Prêmio Nobel de 1972! Tenho um artigo aqui revelando que muitos prêmios Nobel foram cedidos por realizações que mais tarde se provaram serem erradas. Pesquisando a doença do OTC, tentando entender qual era o problema que impedia a proteina se transformar, o Dr Arthur desconfiou que a crença da comunidade cientifica baseada na experiencia do Dr. Anfinsen não revelava a história completa. Mas êle nem podia comentar sua desconfiança, pois seria considerada uma heresia cientifica. Êle notou que existia essa HSP60 que ” can cradle the OTC protein that have misfolded”, como diz o jornal, ou seja, “pode acolher numa forma de berço e embalar uma proteina que foi desorganizada, ajudando-a a se metamorfosear”. E então perguntou-se se isto não seria o normal, ou seja, que todas as proteinas normais necessitariam de uma ajuda externa para se anovelarem na forma tridimensional. No final da história êle provou que nenhuma proteína é capaz de se enovelar na sua forma final e no meio do citoplasma por si própria, tôdas só o fazem dentro do compartimento celular do HSP60.
Bem… aqui termina essa versão popularizada da noticia cientifica. O leitor pode parar de ler por aqui. Apenas quem aprecía a visão de mundo sugerida pela Matrix/DNA deve continuar a ler e ver a interpretação da noticia a seguir:
Sempre começamos com as profundas questões filosóficas existienciais. Que Natureza é esta?! Porque uma fita formada com 20 tipos de grupos atômicos denominados “aminoácidos” não serve para nada e não é batizada recebendo um nome de uma proteina, se ela não organizar êstes grupos de atomos numa sequencia especifica e não adquirir uma forma de enrolamento especifica? Como, de onde a Natureza tirou a idéia de inventar essa coisa denominada proteína e como uma proteína fabrica uma substancia como a abelha fabrica o mel?! Como e para que a a Natureza inventou as proteinas numa época que não existia nenhum ser vivo, portanto não serviam para nada? Para que existiu uma arquitetura que produzia produtos que não tinha nenhuma serventia em nenhuma cadeia de eventos, em nenhuma network de causas e efeitos? No principio, os produtos das proteínas eram becos sem saída. Mas aqui está mais um golpe na visão com miopia do reducionismo aplicado à Evolução: porque a seleção natural iria eleger e conservar uma coisa inutil? Parece que naquela época que a superficie da Terra era desabitada, árida, contendo apenas oceanos, rochas e areia, a Natureza já sabia que ela seria habitada, ao menos ela selecionou as proteinas que mais tarde montaram os primeiros seres vivos! Para não falar do conflito nunca resolvido da Teoria do RNA World: RNA são feitos de proteínas, mas proteínas são feitos por RNA. Então quem surgiu primeiro? Caindo do céu? Sim: em LUCA já existiam os dois, a fórmula software da Matrix/DNA trás todos eles quando monta novo hardware. Genes e células são amontoados de átomos sem nenhuma inteligencia, sem nenhum discernimento. Como então punhados de átomos resolvem se alinharem na forma de paredes, conformar estas paredes na forma de barrís e tampas, fazer com que estas tampas fiquem abrindo e fechando indefinidamente, e criando dentro espaços de constituições diferentes não existentes em nenhum outro lugar?!
Ninguem nunca me respondeu estas perguntas, mas bastou dar uma rápida olhada na fórmula da Matrix/DNA para ter todas as explicações. Essa fórmula já fazia no céu, a 10 bilhões de anos atrás, coisas que funcionam como proteínas. Estas coisas eram os restos de uma estrêla morta na forma de detritos estelares, e mais alguns cometas. Os detritos giravam em roda devido ao giro da galáxia. No seu centro se formou um rodamoinho, como um quarto escuro dentro do qual o ambiente era gravitacionalmente diferente do meio externo e não era povoado, uma cópia exata do HSP60. Os detritos mais os cometas eram sugados para dentro do vórtice e misturados até formarem esferas chamejantes, como os aminoácidos são dirigidos para dentro do HSP60 e formam figuras tridimensionais. Estas esferas ao adquirirem certo pêso caíam fora do vórtice, como as proteinas ao adquirirem uma certa forma saem do barril. Ao saírem encontravam os detritos que ficaram de fora, muitos dos quais eram agregados à superficie das esferas, formando anéis envolventes que mais tarde se tornariam as camadas geológicas do astro, como as proteínas encontram os ingredientes para fazerem suas substancias. No final, e no céu, surgia uma nova estrela. Porque uma estrela? Porque os vórtices são como os vestiarios onde os restos de estrelas se reorganizam como novas estrelas. E porque surge uma proteina especifica? Porque o HSP60 re-novela uma proteina que nasceu enovelada e foi desnovelada numa mitocondria (esta parte do processo não contei aqui porque é muito longa). Ora, proteinas na Terra são a forma organica correspondente aos diferentes trechos dos circuitos do sistema que veio de LUCA – the Last Universal Common Ancestor, que tem sua face revelada aqui pela Matrix/DNA. Cada proteína produz uma substancia e a totalidade de todas as substancias re-organiza o sistema.
O Dr. Arthir precisaria saber da fórmula da Matrix/DNA para agilizar suas pesquisas e beneficiar a Humanidade combatendo os piores terroristas que são nossos inimigos mortais, as doenças. Pois para agilizar e produzir resultados práticos é preciso entender as causas e os mecanismos da existência do HSP60. O que êle não percebeu é que o HSP60 é um instrumento que produz “reciclagem”. Sistemas estelares se desfazem em nébulas de poeira onde surgem vórtices como buracos negros que atuam como recicladores e o falecido Sistema Estelar ressuscita das próprias cinzas como a Fênix grega. Exatamente êste processo, que está encriptado na fórmula da Matrix/DNA, é re-aplicado aqui a nível biológico sôbre proteínas. Reciclagem tem mecanismos próprios, fáceis de entender. Assim se entenderá totalmente o HSP60.
A forma de dois barrís com tampas que se abrem e fecham não foi ainda bem vista pelo Dr. Arthur, pois falta êle explicar uma previsão da Matrix/DNA: as duas tampas não abrem e se fecham aleatóriamente ou ao mesmo tempo, mas sim alternadamente. Quando uma está se fechando a outra deve estar se abrindo. E se uma tampa fica fechada por 10 segundos, a outra deve ficar aberta tambem por dez segundos. Porque? Ora os dois barris com tampas abrindo e fechando são uma réplica dos balões de Yukawa, conforme artigo que publiquei antes aqui. Êles já existiam nos nucleos dos átomos a 13 bilhões de anos atrás e são os responsaveis pela conexão entre proton e neutron. No buiding block de galaxias pode se ver facilmente os dois barrís quando traçamos uma linha imaginaria transversalmente horizontal na espiral galáctica, dividindo-a em dois cones, os barrís celestes. É facil perceber que quando o fluxo de matéria/energia se encontra formando o cone da base é produzida uma fôrça centrifuga abrindo a bôca do cone e expulsando o fluxo na direção do cone no tôpo. Quando tôda a matéria é emitida o cone se fecha e desaparece até a próxima reciclagem, mas antes abrindo a área do cone no tôpo para o fluxo entrar movida pela fôrça centripeta dêste. A matéria burra da Terra não inventou nada, o mecanismo de extraordinária engenharia está aí no céu para qualquer um que tenha olhos de ver, que o veja.
Por trás de tôdos êles – de todos os vórtices, átomos, células, HSP60, proteínas – e presente nos 13,7 bilhões de anos dêste Universo, está a fórmula da Matrix/DNA.
Os homens não inventaram os vestiários nas lojas para venderem roupas da moda. Os vestiários já existiam nas células, criados pelos genes. Mas os genes não inventaram os vestiarios nas células, pois eles já existiam na galáxia. Mais exatamente existiam em LUCA. E pode ter certeza que LUCA não foi o inventor de vestiários. De alguma maneira eles existem nos átomos que formaram as galaxias. Mas tambem não foram os átomos… Os balões de Yukawa surgiram no Universo na forma dos turbilhões vazios e imateriais que “criaram” a matéria. Dentro dêste Universo tudo o que existe não precisou de inventores, mágicos. Tudo veio por um processo natural desde algo ou alguem que existia antes do Big Bang e deve existir naturalmente alem dêste Universo material. Tem que ser um Sistema, e Natural, que se reproduz genéticamente através de ovos cósmicos, mas pode ser uma Inteligência, um moleque-deus brincando de fazer softwares com bits quanticos vivos que geram consciências através de Universos.
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quinta-feira, janeiro | 13 | 2011
- Enovelamento de proteína Fig.1
Um príon é um agregado supramolecular acelular, composto por proteínas com capacidade de modificar outras proteínas, tornando-as cópias das proteínas que o compõem. Um prião não possui ácido nucleico (DNA ou RNA). São conhecidas treze tipos de priões, das quais três atacam fungos e dez afectam mamíferos; dentre estes, sete têm por alvo a nossa espécie.Os Priões são causadores de várias doenças, como a ”doença da vaca louca” e a Alzheimer. Todas as doenças supostamente causadas por príons afetam a estrutura do cérebro ou dos tecidos neurais, não possuem cura e são sempre fatais. Portanto é alvo de estudo pela Teoria da Matriz/DNA.
” A prion is an infectious agent composed of protein in a misfolded form.”
Isto significa que temos de pesquisar o que é “misfolded”:Enovelamento de proteínasSegundo a teoria da Matriz/DNA, proteínas são pedaços, regiões, trêchos do circuito da Matriz. Cada diferente região do circuito Matriz executa uma função especifica, através de um mecanismo especifico, e modelando a matéria numa forma especifica. Portanto, proteínas são funções adequadas pada dadas situações. Mas devido à grande quantidade de proteínas (20,000?) e devido às várias mutações sofridas pela Matriz astronomica na sua conformação a sistema biológico, gerando essa enormidade complexidade que não havia na ancestral, acredito que proteínas sejam formadas não apenas imitando sequências exatas do circuito matricial mas sim tambem compondo novas sequências, devido à fragmentação e re-arranjamento do circuito matricial quando em meio terrestre. É este re-arranjamento, na base da “fuzzy-logic” é que produz, ou permite, a complexidade biológica.
Mas existe um outro fenômeno: o enovelamento da cadeia de aminoacido. No circuito matricial a cadeia de informações flue como um fluxo linear, compondo a esfera. Porque houve essa mutação do linear se tornar novelar? Bem, continuemos buscando informações:
“ O dobramento de proteínas (em inglês: Protein Folding) é um processo químico através do qual a estrutura de uma proteína assume a sua configuração funcional. (Ver Fig.1)Todas as moléculas de proteínas são cadeias heterogéneas não-ramificadas de aminoácidos. Ao dobrar e enrolar-se para tomar uma forma tridimensional específica, as proteínas são capazes de realizar a sua função biológica.O processo contrário chama-se desnaturação, onde uma proteína original é forçada a perder a sua configuração funcional, tornando-se uma cadeia amorfa e não-funcional de aminoácidos. As proteínas desnaturadas podem perder a sua solubilidade e precipitar, tornando-se solidos insolúveis.A sequência de aminoácidos especifica duma proteína (ou estrutura primária) condiciona-a a dobrar-se para tomar a sua configuração natural. Muitas proteínas fazem-no espontaneamente durante ou após a sua síntese no interior das células. Apesar destas macromoléculas aparentarem estar a dobrar-se a si mesmas, de facto a sua dobragem depende em grande medida das características da solução que as rodeia, incluindo o tipo de solvente primário (no interior das células é água ou lípidos), da concentração dos sais, da temperatura e das moléculas que a rodeiam DNA – Estrutura Química.”

- Proteína Tipo Beta-Sheet

- Proteína Diagrama de Folha-Beta
Folha-beta é um padrão estrutural encontrado em várias proteínas, nas quais regiões vizinhas da cadeia polipeptídica associam-se por meio de ligações de hidrogênio resultando em uma estrutura achatada e rígida.
Matriz/DNA: estamos observando como a fórmula da Matriz, no seu estágio astronomico, começou a ser reproduzida na Terra a nível orgânico/biológico. O eixo central de cada haste formado de N representa o fluxo linear do circuíto. Vê-se que o sinal/energia que corre o circuito tem direção, porem são direções opostas: se numa haste de cima o fluxo se orienta da esquerda para a direita, na outra vai da direita para esquerda. Portanto era para se concluir que cada haste represente meia-face da Matriz e que a face inteira está completa. Mas se a face estivesse fielmente reproduzida, a evolução teria parado aqui. Então voltamos ao desenho e percebemos que as as hastes não estão conectadas como acontece no DNA, onde se forma ponte de H entre tôdas as bases. Na proteína (apenas na Beta?) as duas bases R não se conectam.
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Ver: amilóide
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Ver isto:
http://scp-wiki.wikidot.com/scp-008
Description: SCP-008 is a complex prion. Research into SCP-008 is highly classified and primarily aimed at preventing research which may lead to the synthesis of SCP-008 in the distant future. Traits of the SCP-008 prion include:
- 100% infectiousness.
- 100% lethality.
- Transmission through exposed mucous membranes and all bodily fluids.
- Not airborne or waterborne.
There is strong evidence to suggest SCP-008 itself did not form naturally on Earth, since variants of similar complexity would have displaced much of the ecosystem. In 1959, a short collaborative effort with the USSR to locate G2 sites and eliminate SCP-008 was negotiated following their discovery. The status of SCP-008 in Russian custody since collaboration ended is unknown.
Addendum 008-1: SCP-500 has been found to be able to completely cure SCP-008 even in the advanced stages of the disease.
Description: SCP-500 is a small plastic can which at the time of writing contains forty-seven (47) red pills. One pill, when taken orally, effectively cures the subject of all diseases within two hours, exact time depending on the severity and amount of the subject’s conditions. Despite extensive trials, all attempts at synthesizing more of what is thought to be the active ingredient of SCP-500 have been unsuccessful.
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quarta-feira, novembro | 24 | 2010
Segundo a minha pessoal interpretação dos modêlos da teoria da Matriz/DNA, as proteínas representam para a Vida biológica o que o circuíto na forma de circunferência representa para o proto-sistema astronômico. Assim, no diagrama da Matriz como sistema fechado, o qual é o “DNA” do proto-sistema astronômico, as proteínas são a materialização dos canais de conexão entre as sete Funções Universais, as quais, no proto-sistema astronomico produzem os sete astros. Mas note-se que o circuito sistêmico é uma alternancia entre setas indicando o canal de conexão e os corpos. Em outras palavras, as setas representam a onda do “tempo”, e os corpos representam as sete partículas que perfazem o “espaço”. É preciso lembrar que as sete formas de astros estão conectadas porque perfazem um ciclo vital de um só astro, que o ciclo vital faz com que um corpo tenha diversas formas diferentes durante sua existência, e que ciclo vital é o tempo de uma vida.
Se proteína é na biologia a materialização dos dados físicos e dos eventos que ocorrem entre uma Função e outra, deveríamos esperar que existissem apenas um tipo de proteína, representando o circuito inteiro, ou ao menos, sete tipos diferentes de proteínas, representando os setes espaços entre as sete Funções. Mas sabemos que na verdade existem milhares de tipos diferentes. Penso que isto deve-se a que o circuito sistêmico foi fragmentado em milhares de trechos pequenos, e isto é compreensível, pois facilita muito executar as milhares de tarefas que acontecem dentro de um sistema celular e de um organismo. Pode ser também que existam proteínas que, ao invés de traduzir um trecho continuo do circuito, ela seja montada com pequenos trechos de locais variados do circuito, permitindo assim uma maior diversidade de funções e produtos finais.
Segundo a teoria, o ribossomo é a organela celular que representa a idade do adolescente. a mitocondria representa a idade do jovem-adulto, etc. Mas entre um adolescente e sua forma de adulto o corpo muda de forma uma enormidade de vêzes, pois a cada dia ou a cada segundo uma célula está morrendo e outra nova ( que trará algum minimo detalhe entrópico envelhecedor e portanto será diferente da que está substituindo) estará ocupando seu lugar. E a cada mudança, digamos, a cada pequeno período de tempo, o corpo está mudando sua função, seja em relação ao sistema social ou ao ecossistema. Considerando-se que o ribossomo é o adolescente, o que a Matriz teria que fazer na célula para representar cada uma das quase infinitas mudanças dêle, e para representar cada função de cada forma intermediária, até chegar a ser mitocondria? Infinitas quantidades de organelas? A Matriz resolve isso criando as proteínas.
Cada proteína é formada de uma longa cadeia de aminoácidos. Vimos em outro capitulo que os 20 aminoacidos usados pela Vida possuem uma estrutura esquelética central na mesma forma do sistema matricial, ou seja, do diagrama como sistema fechado. Mas um pequenino detalhe – o tipo de ligação quimica ou de átomo que está pendurado no esqueleto central - faz com que os 20 aminoacidos sejam diferentes entre si. Isto significa que são cópias derivadas e mutadas do padrão original, e quando a Matriz faz isso é porque ela está querendo ampliar o leque de possibilidades para o novo sistema, para aumentar a diversidade. Mas mesmo que houvessem vinte cópias diferentes do sistema original que veio do céu, aqui chamado LUCA, e fôssem conectadas de uma só maneira, só haveria uma espécie de circuito sistêmico, uma só proteína, e o ser vivo daí resiltante seria tão estéril e monótono como o é o sistema solar. A vida precisava de ampla gama de diversas atuações. Então a Matriz resolve isso combinando as cópias diferenciadas de tôdas as maneiras diferentes possíveis no que denominamos proteínas, por isso, com apenas 20 varíáveis temos milhares de cópias diferentes do sistema original.
Em têrmos de seres vivos poderíamos dizer que proteínas e DNA é tudo. Elas são as obreiras que fazem quase tudo dentro de um organismo. Portanto, são demasiado importantes nas doenças, na saúde, na evolução física do organismo. Portanto é da maior importância aprender o máximo que puder-mos sôbre as proteínas. A Teoria da Matriz/DNA, esteja certa ou errada, como vocês viram nas palavras aí encima, é uma nova abordagem das proteínas diferente de tudo o que foi pensado até agora. E assim ela explica diferente cada minima característica e resultados funcionais das ações das proteinas, sugerindo uma enormidade de mecanismos e processos que a abordagem tradicional não reconhece. O que posso fazer por enquanto, se tiver tempo para tal, é ir registrando aqui a versão da Matriz para cada detalhe conhecido e para cada novidade que dia a dia vai sendo descoberta, na esperança de que algum pesquisador laboratorial tome conhecimento disso apenas como curiosidade. Porque se a teoria estiver correta, tal pesquisador um dia estará perante um problema sem recursos para solução na abordagem tradicional, e por simples tentativa poderá experimentar o que sugere a Matriz. Ou então que nós mesmos consigamos apresentar uma solução baseada em experimentos, para um problema, como algum tipo de doença, o que chamaria a atenção para nossos modêlos.
A seguir, iremos registrando se possível cada detalhe sôbre proteínas que encontrar-mos sendo abordado pela Ciência. Já temos dezenas ou centenas de manuscritos sôbre diferentes detalhes levantados nestes 30 anos, mas por hora não tenho condições de passa-los para o computador.
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1)Heat shock protein drives yeast evolution
Physorg.com
http://www.physorg.com/news/2010-12-protein-yeast-evolution.html
December 23, 2010
Whitehead Institute researchers have determined that heat shock protein 90 (Hsp90) can create heritable traits in brewer’s yeast (Saccharomyces cerevisiae) by affecting a large portion of the yeast genome. The finding has led to the conclusion that Hsp90 has played a key role in genome evolution.
“This has been viewed as a very exciting, even revolutionary way of looking at how it is organisms could rapidly evolve new traits,” says Whitehead Member Susan Lindquist. “We’ve come about as close to proving such a broad evolutionary process as it’s likely that we can at this present date.”
The results are reported in the December 24, 2010 issue of the journal Science.
Proteins perform numerous functions in cells, including promoting chemical reactions, translating DNA, and maintaining the cell’s structure. To perform its job, a protein must fold from a long chain of amino acids into a precise form. Moreover, many vital proteins adopt unstable conformations. If the protein loses its normal shape due to, for example, excessive heat, toxins or other stressors, it can no longer perform its job and may even become toxic to the cell. To provide tolerance against such stresses , cells employ a repertoire of heat-shock proteins (Hsps) that guide other proteins into their proper shape. This ancient class of proteins is present in virtually all organisms, ranging from bacteria to humans.
One of these proteins, Hsp90, is particularly abundant, comprising 1-2% of all proteins in a cell. Yet, under normal conditions, a cell uses only about 10% of its Hsp90, leaving a large reservoir of its function available should conditions suddenly turn more stressful.
Over the past several years, Lindquist has built the case that this Hsp reservoir is responsible for substantial evolutionary changes in relatively short periods of time. Her lab has shown that the pathogenic Candida albicans and Aspergillus fungi rely on Hsp90 to evolve drug-resistance. Cancer cells often exploit the Hsps’ function to support carcinogenic proteins. Earlier research has also shown that selective breeding can enrich variation responsible for these phenotypes, allowing an Hsp90-reliant trait to be inherited even in the absence of stress.
The Hsp90 buffer appears to function in two ways with mutant proteins: either to mask or reveal the phenotypic consequences of mutations. In the first case, Hsp90 braces mutant proteins into “normal” shapes, thereby hiding the mutant proteins’ traits. As conditions become increasingly stressful, the Hsp90 buffer must act on more and more proteins. At a certain point, the Hsp90 buffer becomes overwhelmed, and the mutant proteins’ traits are exhibited.
In the second scenario, proteins that are not functional on their own are shaped into working forms. These mutant proteins cannot perform their jobs without the aid of Hsp90, so when the Hsp90 buffer is overwhelmed, the cells lose the mutant proteins’ traits.
In both of these scenarios, consumption of the Hsp90 reservoir by environmental stress allows numerous traits to be exhibited or lost immediately and simultaneously. If the new phenotype is beneficial for this stressful environment, the organism will survive. Because the new phenotypes are based on genetic variation they can be passed on to the next generation and evolution progresses. If the traits are detrimental, the organism will not survive and its traits will die with it.
This method of suddenly unveiling a new phenotype consisting of multiple traits could also explain the evolution of interdependent traits that are detrimental on their own. Such a seeming leap forward in evolution has puzzled biologists since Darwin.
Although earlier evidence indicated that Hsp90 activity could affect evolution, a Lindquist postdoctoral researcher, Daniel Jarosz, wanted to understand mechanistically Hsp90′s effects on one species and provide solid evidence for Hsp90′s impact on evolution.
In the Science paper, first author Jarosz analyzed the effects of Hsp90 on 102 genetically diverse strains of brewer’s yeast by placing them under various stressful conditions and inhibiting Hsp90. All of the strains had substantial growth changes in specific conditions.
Jarosz then learned more about the Hsp90-affected traits by crossing two strains and looking at the progeny. He determined that about half of the traits affected by Hsp90 were positive and half were negative. Also, reducing Hsp90 in several of the crossed strains’ progeny revealed multiple interdependent traits.
To see how much Hsp90 affects the phenotypes of yeast strains, Jarosz looked at the genetic sequences of 48 strains and compared the genotypes to the phenotypes that he saw in those strains. When Hsp90 functioned normally, the genotype and phenotype weakly resembled each other. But when the Hsp90 reservoir was depleted, the correlation between genotype and phenotype became much stronger.
“We’ve only looked at a few cases, but in all of them, there was a clear link between Hsp90 activity and phenotype,” says Jarosz. “What we show here is that Hsp90′s effects are very broad, and it operates on about 20% of all genetic variation in this organism.”
For Lindquist, the way Hsp90 is able to affect phenotypes may explain a longstanding mystery of evolution: how an organism could change multiple, interdependent traits in response to environmental changes.
“Taking what had been theory and very isolated incidents that had tremendous potential, we can help explain how organisms can rapidly acquire new traits,” says Lindquist, who is also a Howard Hughes Medical Institute investigator and professor of biology at MIT. “We can show that the stress of environmental change and selective pressures can actually influence how evolutionary processes occur. And now we have a much more solid framework to hang that on.”
Lindquist says she would like to learn more about the fixation process, which makes an Hsp90-reliant trait heritable, even in the absence of stress. By looking at genome sequences, her lab will try to determine whether Hsp90 affects the mechanisms of genome stability or if it perhaps influences the way that organisms accumulate new genetic variation.
More information: “Hsp90 and environmental stress transform the adaptive value of natural genetic variation” Science, December 24, 2010.
Provided by Whitehead Institute for Biomedical Research
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