Introdução à Genética
Vias bioquímicas de síntese em Neurospora
FIGURA 6.9 O médico britânico Archibald Garrod (1857-1936). (Science Photo Library/Science Source.)
Vias bioquímicas de síntese em Neurospora
O estudo de George Beadle e Edward Tatum foi um marco na década de 1940, pois não apenas esclareceu o papel dos genes, mas também demonstrou a interação dos genes nas vias bioquímicas. Eles posteriormente receberam um Prêmio Nobel por seu estudo, que marca o início de toda a biologia molecular. Beadle e Tatum realizaram seu trabalho com o fungo haploide Neurospora, que conhecemos nos capítulos anteriores. Seu plano era investigar o controle genético da química celular. No que se tornou a abordagem genética direta padrão, eles irradiaram pela primeira vez células de Neurospora para produzir mutações e em seguida testaram culturas crescidas a partir de ascosporos em relação aos fenótipos mutantes de interesse relevantes para a função bioquímica. Eles observaram diversos mutantes que apresentavam nutrição defeituosa. Especificamente, esses mutantes eram mutantes auxotróficos, do tipo descrito em relação às bactérias no
Capítulo 5. Enquanto o fungo Neurospora do tipo selvagem consegue utilizar a sua bioquímica celular para sintetizar virtualmente todos os seus componentes celulares a partir dos nutrientes inorgânicos e uma fonte de carbono no meio, os mutantes auxotróficos não conseguem. Para crescerem, os referidos mutantes necessitam que seja fornecido um nutriente (um nutriente que um fungo do tipo selvagem é capaz de sintetizar para si próprio), sugerindo que o mutante é defeituoso em relação a alguma etapa de síntese normal.
Como sua primeira etapa, Beadle e Tatum confirmaram que cada mutação que gerava
uma exigência de nutriente era herdada como uma mutação monogênica, tendo em vista que cada uma delas fornecida uma proporção de 1:1 quando cruzada com um tipo selvagem. Deixando que aux represente uma mutação auxotrófica,
Sua segunda etapa foi classificar a exigência nutricional específica de cada auxotrófico. Alguns cresceriam apenas se fosse fornecida prolina; outros, metionina; outros, piridoxina; outros, arginina; e assim por diante. Beadle e Tatum decidiram focar nos auxotróficos para arginina. Eles observaram que os genes que tinham sofrido mutação e originaram auxotróficos para arginina mapeavam em três loci diferentes em três cromossomos em separado. Iremos denominar os genes nos três loci de arg-1, arg-2, e arg-3. Uma conquista-chave foi a descoberta de Beadle e Tatum de que os auxotróficos em relação a cada um dos três loci diferiam em sua resposta aos compostos
estruturalmente correlatos ornitina e citrulina (Figura 6.10). Os mutantes arg-1 cresceram quando receberam suprimento de qualquer uma das substâncias químicas ornitina, citrulina ou arginina. Os mutantes arg-2 cresceram quando receberam arginina ou citrulina, mas não ornitina. Os mutantes arg-3 cresceram apenas quando a arginina
foi fornecida. Esses resultados estão resumidos na Tabela 6.1.
Já se sabia que as enzimas celulares interconvertem os referidos compostos
correlatos. Com base nas propriedades dos mutantes arg, Beadle e Tatum e seus colegas propuseram uma via bioquímica em relação às referidas conversões em Neurospora:
Essa via explica bem as três classes de mutantes demonstradas na Tabela 6.1. Sob o modelo, os mutantes arg-1 não apresentam a enzima X e, assim, são incapazes de converter o precursor em ornitina como a primeira etapa na produção de arginina. Entretanto, eles apresentam as enzimas normais Y e Z e, assim, os mutantes arg-1 são capazes de produzir arginina se receberem suprimento de ornitina ou citrulina. De modo semelhante, os mutantes arg-2 não apresentam a enzima Y, e os mutantes arg-3 não apresentam a enzima Z. Portanto, presume-se que uma mutação em um gene em particular interfira na produção de uma única enzima. A falta da enzima cria um bloqueio em alguma via bioquímica de síntese. O bloqueio pode ser evitado por meio do fornecimento, para as células, de qualquer composto que normalmente vem após o bloqueio na via.
FIGURA 6.10 As estruturas químicas da arginina e dos compostos estruturalmente correlatos citrulina e ornitina.
Tabela 6.1 Crescimento de mutantes arg em resposta aos suplementos.
Suplemento
Mutante Ornitina Citrulina Arginina
arg-1 + + +
arg-2 — + +
arg-3 — — +
Nota: um sinal de mais signi ca crescimento; um sinal de menos signi ca ausência de crescimento.