Prote´ınas diferentes evolu´ıram a taxas diferentes. Para justificar tal afirma¸c˜ao pode- mos mencionar, que para o ser humano e o macaco rhesus encontra se uma diferen¸ca de apenas 1% entre as sequˆencias de seus citocromos c, uma diferen¸ca de 3 − 5% entre as suas sequˆencias de hemoglobinas e cerca 30% de diferen¸ca entre seus fibrinopept´ıdeos. Um ordenamento sim- ilar dos graus relativos de varia¸c˜ao destas prote´ınas ´e observado quando outras esp´ecies s˜ao comparadas[4].
Da mesma forma que os tempos de divergˆencia de v´arias esp´ecies podem ser de alguma forma avaliados a partir de outros dados, as taxas com que as prote´ınas variam tamb´em podem ser estimadas. Uma forma de se calcular os tempos de divergˆencias ´e atrav´es do c´alculo da taxa
Figura 2.1: Matriz contendo todas as diferen¸cas entre as sequˆencias dos citocromos c das esp´ecies i e j para um conjunto de 22 esp´ecies diferentes. Tanto no eixo x quanto no eixo y est˜ao dispostos as mesmas esp´ecies. Cada elemento A(i,j) desta matriz corresponde ao n´umero de amino´acidos diferentes encontrados entre os citocromo c das esp´ecies i e j. Analisando esta matriz percebemos que entre o citocromo do Homem e macaco rhesus diferem somente por um amino´acido e que o coelho e o sapo-boi diferem entre si por 18 amino´acidos
de altera¸c˜ao caracter´ıstica, conhecida como unidade de per´ıodo evolutivo, que ´e definida como o tempo necess´ario para que a seq¨uˆencia de amino´acidos de uma prote´ına sofra altera¸c˜ao em 1% depois de duas esp´ecies terem divergido.
Na figura 2.2 temos no eixo y a porcentagem de muta¸c˜oes aceitas, ou (unidades PAM), que nos fornece uma medida da quantidade de muta¸c˜ao sofrida por uma prote´ına en- tre as diversas esp´ecies. No eixo x temos a unidade de tempo (medida em milh˜oes de anos) desde a divergˆencia. Neste gr´afico temos 4 classes de prote´ınas:Histona H4, Citocromo C,Hemoglobina e Fibrinopept´ıdeos. Este gr´afico permite comparar prote´ınas como o citocromo c, que possui uma unidade de per´ıodo evolutivo de 20 bilh˜oes de anos com uma prote´ına que tem muito menos, a histona h4 (600 milh˜oes de anos), com outras que sofrem varia¸c˜oes maiores como a hemoglobina (5,8 milh˜oes de anos) e os fibrinopept´ıdeos (1,1 milh˜oes de anos)[1].
Essas informa¸c˜oes pr´evias n˜ao implicam que as taxas de muta¸c˜oes dos DNAs que especificam estas prote´ınas sejam diferentes, mas sim que a taxa em que as muta¸c˜oes s˜ao aceitas na prote´ına depende de quanto as altera¸c˜oes nos amino´acidos afetam sua fun¸c˜ao.
O citocromo c ´e uma prote´ına pequena que, ao exercer sua fun¸c˜ao biol´ogica, tem grande parte de sua ´area de superf´ıcie interagindo com grandes complexos prot´eicos. Assim, qualquer muta¸c˜ao na mol´ecula do citocromo c poder´a afetar as intera¸c˜oes do citocromo c com o complexo, a menos ´e claro, que os complexos sofram muta¸c˜oes simultˆaneas de modo a acomodar a altera¸c˜ao, acontecimento que ´e bastante improv´avel. Por isso, que o citocromo c ´e uma prote´ına um tanto intolerante a muta¸c˜ao, de modo que sua cadeia polim´erica varia pouca durante a evolu¸c˜ao[1].
A histona H4 ´e uma prote´ına que se liga ao DNA nos cromossomos eucari´oticos. Sua fun¸c˜ao central no empacotamento gen´etico evidentemente a torna extremamente intolerante a quaisquer altera¸c˜oes mutacionais. De fato, a histona H4 est´a t˜ao bem adaptada a sua fun¸c˜ao que se comparadas as sequˆencias das histonas H4 da vaca e da ervilha, que divergiram a 1,2 bilh˜oes de anos, s˜ao observadas somente duas altera¸c˜oes conservativas nos 102 res´ıduos da seq¨uˆencia[1]. A hemoglobina, assim como o citocromo c, ´e uma m´aquina molecular intrincada. No entanto, diferentemente do citocromo c a hemoglobina ´e encontrada na forma livre, tornando os grupos da sua superf´ıcie mais tolerantes a altera¸c˜oes do que aqueles do citocromo c. Isto explica a maior taxa de muta¸c˜ao encontrada para a hemoglobina frente ao citocromo c[1].
Os fibrinopept´ıdeos s˜ao pol´ımeros de vinte amino´acidos, que s˜ao hidrolisados proteo- liticamente nos vertebrados fibrinogˆenio, quando esta ´e convertida em fibrina no processo de coagula¸c˜ao. Assim que s˜ao cortados, os fibrinopept´ıdeos s˜ao descartados, de modo que existe pouca press˜ao seletiva para que eles mantenham suas seq¨uencias de amino´acidos conservadas,
Figura 2.2: Taxas de evolu¸c˜ao para quatro prote´ınas n˜ao relacionadas. O gr´afico foi constru´ıdo colocando-se as diferen¸cas m´edias por unidade PAM , das seq¨uˆencias de amino´acidos dos dois lados de um ponto de ramifica¸c˜ao de uma ´arvore filogen´etica, contra o tempo quando, de acordo com os registros f´osseis, esp´ecies correspondentes divergiam a partir de um ancestral comum. As barras de erro indicam a distribui¸c˜ao experimental dos dados das seq¨uˆencias. A taxa de evolu¸c˜ao de cada prote´ına, que ´
assim as taxas de varia¸c˜ao para os fibrinopept´ıdeos s˜ao altas. Se presumirmos que os fib- rinopept´ıdeos est˜ao evoluindo aleatoriamente, ent˜ao as unidades de per´ıodo evolutivo, indicam que apenas 1, 1/5, 8 = 1/5 das altera¸c˜oes de amino´acidos s˜ao aceit´aveis, isto ´e, s˜ao in´ocuas, enquanto que essa quantidade ´e 1/18 para o citocromo c e 1/550 para a histona H4[1].