Dados Moleculares x Morfológicos

Transcrição

1 Evolução Molecular

2 Dados Moleculares x Morfológicos Hereditários Descrição não ambígua Mais fácil estabelecer homologia Permite comparações de espécies distantes Abundantes Fatores ambientais Diferenças de classificação

3 Evolução Molecular As mutações genéticas são a matéria prima do processo evolutivo. A taxa de mudança gênica pode ser usada para medir a evolução.

4 Evolução Molecular Sequências de DNA mudam lentamente Não é possível observar diretamente a evolução Comparação de 2 ou mais seqüências homólogas (descendem de um ancestral comum)

5 Mudanças Evolutivas na Seqüências de Nucleotídeos Substituição de nucleotídeos Número de substituições entre duas seqüências Regiões não codificadoras Regiões codificadoras Substituição de aminoácidos

6 Modelo de um parâmetro A taxa de substituição em cada direção é A taxa de substituição para qualquer nt é 3 A probabilidade que um nt não mude é 1-3 (Jukes e Cantor)

7 Modelo de um parâmetro condições teóricas Somente 4 estados possíveis (A, C, T, G) Em equilíbrio, todas as seqüências têm 25% de identidade.

8 Modelo de 2 parâmetros (Kimura) A taxa de transição é A taxa de transversão é Considera e, pois transições são mais freqüentes que transversões

9 Mudanças Evolutivas na Seqüência de Nucleotídeos Número de substituições comparando duas seqüências Regiões não codificadoras Regiões codificadoras

10 Tipos de substituições entre 2 seqüências Substituição única Substituições seqüenciais Substituições coincidentes Substituições paralelas Substituições convergentes Retro substituição

11 Numero de diferenças Esperado Observado tempo

12 Número de substituições por sítio (K) Regiões não codificadoras Modelo de um parâmetro K= - 3/4 ln (1-4/3 p) p = proporção de diferenças de nucleotídeos observada entre 2 seqüências

13 Número de substituições por sítio (K) Regiões não codificadoras Modelo de 2 parâmetros K = 1/2 ln [1/(1-2P - Q)] + 1/4 ln [1/(1-2Q)] P = proporção de transições observadas Q = proporção de transversões observadas

14 Regiões Codificadoras Distinguir entre: Substituição sinônima Substituição não sinônima Para estimar as proporções de substituições sinônimas e não sinônimas é preciso saber, respectivamente, o número total possível de: Sítios sinônimos Sítios não sinônimos

15 Regiões Codificadoras Cálculo do número de sítios sinônimos e não sinônimos Se i é o número de mudanças sinônimas em um sítio, esse sítio é contado separadamente como: i/3 sinônimo (Ns = i/3) (3-i)/3 não sinônimo [Na = (3-i/3)]

16 Regiões codificadoras Ks = - 3/4 ln (1-4Ms/3Ns) Ka = - 3/4 ln (1-4Ma/3Na) Ks e Ka : proporção de diferenças sinônimas e não sinônimas por sítio sinônimo e não sinônimo, respectivamente. Ms e Ma : número respectivo de diferenças sinônimas e não sinônimas observadas,. Ns e Na : número respectivo de sítios sinônimos e não sinônimos esperados.

17 Mudanças Evolutivas Substituição de aminoácidos

18 Substituição de Aminoácidos A proporção (p) de diferentes aminoácidos entre duas seqüências: p = n/l n: número de aminoácidos diferentes L: comprimento da seqüência O número de substituições de aminoácidos por sítio (d): d = - ln (1-p)

19 Algumas substituições de aminoácidos requerem mais substituições de nt Ile Thr : uma mudança AUU ACU AUC ACC AUA ACA Ile Cys: duas mudanças AUU (Ile) AGU (Ser) UGU (Cys) AUU (Ile) UUU (Phe) UGU (Cys)

20 Substituição de Nucleotídeos Taxas e Padrões

21 Taxa de substituição de Divergência de 2 seqüências homólogas a partir do ancestral comum r = K/2T r = n o de substituições por sítio/ano K = n o médio de substituições T = tempo desde a divergência nucleotídeos

22 Normalmente consideramos o tempo de divergência das seqüências como igual ao tempo de divergência das 2 espécies Mas, em espécies próximas, podemos estar vendo diferenças que já estavam presentes no ancestral comum A duplicação das seqüências pode ocorrer independente da especiação

23 Seqüência comum ancestral Espécie Ancestral especiação Tempo Homem Gorila

24 As sequências divergiram há mais tempo que as espécies Se for usado o tempo de divergência das espécies, a taxa de substituição será superestimada

25 Regiões Codificadoras Taxas de substituições sinônimas (S) e não sinônimas (NS) em genes de proteínas em mamíferos. Médias: NS: 0,74 S: 3,51

26 Regiões não codificadoras Número de substituições por sítio (K) entre os genes e globulina e entre o pseudogene de globulina de vaca e cabra

27 Regiões codificadoras e não codificadoras: comparando seqüências e descobrindo genes

28 Padrões de substituição Diferenças nas pressões seletivas Alguns poucos aminoácidos em um ponto crítico Região do grupo Heme na Hemoglobina O restante só precisa ser hidrofílico Toda a proteína Histona 4 A proteína toda está em contato com o DNA ou proteínas Quanto mais importante a função, mais lenta a taxa de evolução

29 Padrões de substituição Padrões de substituição podem dar informações sobre a função da proteína Genes diferentes evoluem a taxas diferentes Amino ácidos conservados são críticos para a função da proteína

30 Distâncias físico-químicas entre os aminoácidos

31 Distâncias físico-químicas entre pares de aminoácidos

32 Cerca de 60-90% das trocas de aa envolvem o 1 o ou 2 o vizinhos do anel

33 Relógio Molecular Número de mudanças é proporcional ao tempo Então, usando o número de mudanças é possível estimar o tempo de divergência entre espécies ou entre genes Pré-requisito: taxa de evolução constante