FORMAÇÃO ALEATÓRIA DE UMA PROTEÍNA HIPOTÉTICA

Se você sabe o que são proteínas, como ocorre a biossíntese das mesmas, sabe o que significa evolução química, e os princípios básicos de probabilidade, então pode começar direto na seção VI.

Os principais resultados da analise feita neste texto são apresentados na seção VI. Este artigo é baseado no trabalho de A. J. White [6]. As principais contribuições apresentadas em relação ao artigo de White [6] são: a suposição de uma taxa extremamente alta para a formação da proteína hipotética, e a manutenção da fonte de aminoácidos após o esgotamento da fonte original.

I - O que são Proteínas

“Proteínas são macromoléculas biológicas constituídas por uma ou mais cadeias de aminoácidos. As proteínas estão presentes em todos os seres vivos e participam em praticamente todos os processos celulares, desempenhando um vasto conjunto de funções no organismo, como a replicação de ADN, a resposta a estímulos e o transporte de moléculas. Muitas proteínas são enzimas que catalisam reações bioquímicas vitais para o metabolismo. As proteínas têm também funções estruturais ou mecânicas, como é o caso da actina e da miosina nos músculos e das proteínas no citoesqueleto, as quais formam um sistema de andaimes que mantém a forma celular. Outras proteínas são importantes na sinalização celular, resposta imunitária e no ciclo celular. As proteínas diferem entre si fundamentalmente na sua sequência de aminoácidos, que é determinada pela sua sequência genética e que geralmente provoca o seu enovelamento numa estrutura tridimensional específica que determina a sua atividade.” [1]

“As proteínas são nutrientes essenciais ao corpo humano.” [1] e [2] "Enquanto a maior parte dos microorganismos e das plantas são capazes de biosintetizar todos os vinte aminoácidos-padrão, os animais, incluindo os seres humanos, necessitam de obter alguns dos aminoácidos a partir da dieta alimentar.” [1] e [3] “Isto deve-se à ausência nos animais de algumas enzimas-chave que têm como função sintetizar esses aminoácidos.”[1] Os vinte aminoácidos-padrão são mostrados na fig. 1.

Figura 1: Aminoácidos. Fonte: http://www.infoescola.com/wp-content/uploads/2014/01/tabela-aminoacidos.gif.

II Como Ocorre a Biossíntese das Proteínas

“As proteínas são produzidas a partir de aminoácidos usando informação codificada nos genes. Cada proteína tem a sua própria sequência de aminoácidos que é especificada pela sequência de nucleótidos do gene que codifica a proteína. O código genético é um grupo de conjuntos com três nucleótidos cada um, denominados codões. Cada uma das combinações de três nucleótidos designa um aminoácido. Por exemplo, AUG (adenina-uracilo-guanina) é o código para a metionina. Uma vez que o ADN contém quatro nucleótidos, o número total de codões possíveis é de 64. Por este motivo, existe alguma redundância no código genético, havendo alguns aminoácidos que são especificados por mais de um codão. Os genes que são codificados no ADN são inicialmente transcritos para pré-ARN mensageiro (ARNm) por proteínas como a ARN-polimerase. A maior parte dos organismos processa em seguida o pré-ARNm, usando várias formas de modificação pós-transcricional, formando assim o ARNm amadurecido, o qual é então usado como molde para a síntese proteica feita pelo ribossoma. Nos procariontes, o ARNm tanto pode ser utilizado assim que é produzido, como ser ligado a um ribossoma depois de se ter afastado do nucleoide. Por outro lado, os eucariontes produzem ARNm no núcleo celular, o qual é depois translocado através do envelope nuclear para o citoplasma, no qual se dá a síntese proteica. A velocidade de síntese proteica é maior nos procariontes do que nos eucariontes, podendo atingir os 20 aminoácidos por segundo.” [1] e [4]

“O processo de síntese de uma proteína a partir de um molde de ARNm é denominado tradução. O ARNm é carregado no ribossoma, no qual são lidos três nucleótidos de cada vez. A leitura é feita fazendo corresponder cada codão com o seu anticodão situado numa molécula de ARN transportador (ARNt), a qual transporta o aminoácido correspondente ao codão por si reconhecido. A enzima aminoacil-tRNA sintetase carrega as moléculas de ARNt com o aminoácido correto. As proteínas são sempre sintetizadas a partir do N-terminal em direção ao C-terminal.” [1]

III Tamanho das Proteínas

“O tamanho de uma proteína sintetizada pode ser medido através do número de aminoácidos e da sua massa molecular total, valor que é geralmente expresso em daltons (Da), sinónimo de unidade de massa atómica. As proteínas das leveduras, por exemplo, têm em média um comprimento de 466 aminoácidos e 53 kDa de massa.” [1] e [5] “As maiores proteínas conhecidas são as titinas, com quase 3000 kDA de massa molecular de 27 000 aminoácidos de comprimento” [1] e [6].

IV Evolução Química

Evolução Química é um termo que “passou a indicar os acontecimentos químicos que tiveram lugar na primitiva Terra prebiótica (cerca de 4,5 a 3,5 bilhões de anos atrás), levando ao aparecimento da primeira célula viva”. [6] e [7]

Miller em 1953 [8] produziu glicina, alanina a e b, ácido aspártico e ácido butírico a-amino, a partir de uma mistura de metana, amônia, vapor d’água e Hidrogênio, utilizando radiação de alta energia Fig. 2. Lemmon resume o resultado de todas as experiências sobre evolução química realizadas até março de 1969, da seguinte maneira: [6]

“As moléculas orgânicas mais importantes (biomonômeros) dos sistemas vivos foram enumeradas como os vinte aminoácidos das proteínas naturais, as cinco bases do ácido nucleico, a glucose, a ribose e a desoxirribose. As experiências de laboratório efetuadas sob condições claramente condizentes com as condições prováveis existentes na Terra primitiva resultaram no aparecimento de pelo menos 15 dos 20 aminoácidos, 4 das 5 bases de ácido nucleico, e 2 dos 3 açúcares. Adicionalmente, foram observados representantes de nucleosídeos, nucleotídeos, ácidos graxos e porfirinas biologicamente importantes. Essa pesquisa tornou claro que esses compostos ter-se-iam acumulado na Terra primitiva (prebiótica), e que a sua formação é o resultado inevitável da ação das altas energias disponíveis na primitiva atmosfera terrestre.” [6] e [7].

“Com os resultados de tais experiências em mente, os cientistas afirmam que no decorrer do tempo tais moléculas orgânicas sem vida tornaram-se associadas num organismo vivo, por obra do acaso.” [6] e [9]

Figura 2: Produtos obtidos na experiência de Miller, Fig. 1 de [6].

Figura 3: Blocos de construção do DNA, Fig. 2 de [6].

V Princípios Básicos de Probabilidade

Um experimento aleatório é aquele que produz um resultado imprevisível. Por exemplo, o lançamento de um dado “não viciado” produzirá apenas um de seis resultados possíveis. Entretanto, não podemos dizer qual dos seis acontecerá.

Ao lançarmos o mesmo dado 10 vezes, em cada lançamento existe a probabilidade de ocorrer qualquer um dos seis resultados. O número total de eventos, dentro do espaço amostral de 10 lançamentos do mesmo dado, pode ser determinado pelo principio fundamental da contagem:

N = 6 x 6 x 6 x 6 x 6 x 6 x 6 x 6 x 6 x 6 = 6¹⁰ = 60.466.176

Agora, qual é a probabilidade de em 10 lançamentos ocorrer um evento especifico como por exemplo: E₁ = (0,0,0,0,0,0,0,0,0,0); ou E_60.466.176 = (6,6,6,6,6,6,6,6,6,6); ou um outro qualquer como E_X = (0,1,2,2,0,6,4,3,5,0);

Onde mudando a posição de qualquer elemento do evento, o mesmo perde sua identidade, ou seja:

(0,1,2,2,0,6,4,3,5,0) ≠ (1,0,2,2,0,6,4,3,5,0)

Esta probabilidade em porcentagem é justamente:

(1/60.466.176) x 100 % = 0,00000165%

A probabilidade de que o evento especifico não ocorra é de:

(100 - (1/60.466.176) x 100) % = 99,999998%

E_X = (0,1,2,2,0,6,4,3,5,0);

Podemos considerar dois eventos simétricos como sendo o evento equivalentes:

(0,1,2,2,0,6,4,3,5,3) = (3,5,3,4,6,0,2,2,1,0)


Neste universo nem todos os eventos possuem um espelho simétrico como por exemplo E₁ = (0,0,0,0,0,0,0,0,0,0) e E_60.466.176 = (6,6,6,6,6,6,6,6,6,6). Mas se considerando que cada evento possua um equivalente simétrico, a probabilidade de sucesso aumenta em 100%: 

(2/60.466.176) x 100 % = 0,00000331%

VI Formação ao Acaso de uma Proteína Hipotética

Vimos na seção III que as proteínas das leveduras têm em média um comprimento de 466 aminoácidos e as maiores proteínas conhecidas tem 27.000 aminoácidos de comprimento. Vamos examinar a probabilidade de formação aleatória (ao acaso) de uma proteína de 100 aminoácidos.

Esta proteína precisa ser formada numa sequência especifica a partir dos 20 aminoácidos descritos na seção I.

Isto resulta em 20¹⁰⁰ ou 10¹³⁰ configurações possíveis.

A hidrosfera terrestre [6] e [10] tem dimensão de aproximadamente 1,37 x 10⁹ Km³. Usando a hipótese de que a densidade da água seja 1 g/cm³, e que 1 molécula de água pese 3 x 10^-23 g. A hidrosfera contém cerca de 10⁴⁷ moléculas [6].

Vamos supor que o oceano terrestre prebiótico tivesse as mesmas dimensões da atual hidrosfera [6]. Mas ao invés de conter 10⁴⁷ moléculas de água, contivesse 10⁴⁷ moléculas de cada um dos 20 aminoácidos, vamos arredondar para l0⁴⁹ moléculas no total.

Isto seria um caldo primordial super concentrado (100% de matéria orgânica). De acordo com os evolucionistas químicos em 3 x 10⁸ anos formar-se no oceano uma solução de 1% de matéria orgânica [6] e [11].

Da seção II sabemos que as maiores velocidades de síntese proteica pode atingir os 20 aminoácidos por segundo [1] e [4]. Vamos supor uma super-velocidade de formação de 100 aminoácidos a cada 10^-21 segundos. Um período quase 10¹¹ vezes menor que o período da radiação correspondente à transição entre dois níveis hiperfinos do estado fundamental do átomo de césio 133, que é de aproximadamente 1,1 x 10^-10 s [12].

Com os 10⁴⁹ aminoácidos a disposição combinando-se a taxa de 100 aminoácidos a cada 10^-21 s teremos 10⁴⁹/100(10^-21) = (10⁶⁸) proteínas por segundo.

Ou seja, em menos de um segundo toda a fonte de 10⁴⁹  moléculas de aminoácidos se esgotaria. Na verdade extrapolando a quantidade inicial em 10¹⁷ vezes.

Podemos supor por absurdo que haja uma fonte constante dos aminoácidos que consiga suprir moléculas a esta taxa de combinação, possibilitando a continuação da formação das cadeias de 100 aminoácidos. Outra suposição poderia ser que ao final de cada segundo todas as proteínas formadas fossem totalmente decompostas nos aminoácidos. E novamente no inicio do próximo segundo todas as moléculas iniciais estivessem novamente disponíveis para continuar a formação das demais configurações.

Um ano tem cerca de 3 x 10⁷ segundos, ou, arredondando-se, 10⁸ segundos. Assim, seriam formadas cada ano (10⁷⁶) proteínas com 100 aminoácidos.

Embora variem as cosmologias, muitos evolucionistas sustentam que a Terra se condensou de uma nuvem de poeira há cerca de 4,5 a 4,8 x 10⁹ anos ou 4,8 bilhões de anos [6] e[13]. Supomos que fosse (10¹⁰ anos) 10 bilhões de anos. Ter-se-iam formado (10⁸⁶) proteínas de 100 aminoácidos.

(10⁸⁶) ainda é (10⁴⁴) vezes menor do que as 10¹³⁰ configurações possíveis.

Ou seja, 1/(10⁴⁴) é a chance que uma simples proteína de 100 aminoácidos forme-se ao acaso (aleatoriamente) em (10¹⁰ anos) 10 bilhões de anos.

Isso a partir de todos os oceanos da Terra compostos de tão somente daqueles 20 aminoácidos. Mais absurdo usando uma segunda fonte inesgotável visto que toda matéria dos oceanos se esgotariam em menos de 1 segundo aquela taxa de combinação, sem falar  na velocidade ultra-fisicamente-impossível desta taxa de combinação)!

Esperança de sucesso de formação ao acaso daquela proteína especifica é de:

(10^-44) x 100% = 0,000000000000000000000000000000000000000001%

Probabilidade de insucesso:

(1-10^-44) x 100% = 99,99999999999999999999999999999999999999999%

Podemos considerar como na seção V a cadeia simétrica e a probabilidade de sucesso melhoraria em 100%. Mas ao invés disso podemos considerar que haja não apenas as cadeias simétricas, mas algumas outras sequencias aceitáveis para a tal proteína. Vamos supor que haja 10 trilhões de combinações aceitáveis, ou seja 10¹³. Neste caso a probabilidade de sucesso seria:

(10^-31) x 100% = 0,00000000000000000000000000001%

Até aqui podemos afirmar que com todas as suposições mais do que favoráveis a formação aleatória da nossa proteína hipotética, não foi possível chegar a um valor que possa ser considerado razoável de probabilidade de sucesso.    

Conclusão

Quanto maior e mais complexa a molécula, menor a probabilidade de formação ao acaso da mesma. Por exemplo, o que dizer da probabilidade de formação ao acaso de uma molécula de DNA?

É preciso muita boa vontade para continuar acreditando que no decorrer do tempo tais moléculas orgânicas sem vida tornaram-se associadas num organismo vivo, por obra do acaso.

E uma pergunta fica no ar: Por que o PRINCIPAL ingrediente de tais teorias é MUITO TEMPO? Abordamos mais sobre esta questão em [14].

Referências

[1] M. João, et al, "Proteína," Wikipedia: The Free Encyclopedia. Wikimedia Foundation, Inc. http://pt.wikipedia.org/wiki/Proteína (acessado em 18 de Outubro de 2014)

[2] Hermann, Janice R.. (1995). "Protein and the Body". Oklahoma Cooperative Extension Service, Division of Agricultural Sciences and Natural Resources • Oklahoma State University: T–3163–1 – T–3163–4.

[3] Voet, D; Voet JG. Biochemistry. 3ª ed. Hoboken: Wiley, 2004. vol. 1. ISBN 978-0470917459</ref>

[3] Dobson, CM. In: Pain RH (ed.). Mechanisms of Protein Folding. Oxford, Oxfordshire: Oxford University Press, 2000. 1–28 pp. ISBN 0-19-963789-X

[4]Lodish, H. Molecular Cell Biology. 5th ed. New York, New York: WH Freeman and Company, 2004.

[5] Fulton, A. (1991). "Titin, a huge, elastic sarcomeric protein with a probable role in morphogenesis". BioEssays 13 (4): 157–61. DOI:10.1002/bies.950130403. PMID 1859393.

[6] A. J. (Monty) White, "UNIFORMISMO, PROBABILIDADE E EVOLUÇÃO", em 08-03-2006, Fonte: Sociedade Criacionista Brasileira: http://www.revistacriacionista.com.br/artigos/FC04-21a30.asp 

[7] Lemmon, Richard M. 1970. Chemical evolution, Chemical Reviews, 70:95-109.

[8] Miller, S.L. 1953. A production of aminoacids under possible primitive earth conditions. Science, 117:528-529.

[9] Barghoorn, Elso S. 1971. The oldest fossils, Scientific American, 224 (5):30-42.

[10] Water (in) Van Nostrand's Scientific Encyclopedia. 1947. D. Van Nostrand Company, Inc. New York.

[11] Shklovskii, I. S. and C. Sagan. 1966. Intelligent life in the universe. Holden-Day, Inc., San Francisco, Calif., p. 233.

[12] Resnick: Física 1, 4ª  edição pg 3.

[13] Tilton, G.R. and R.H. Steiger. 1965. Lead isotopes and the age of the earth, Science, 150:1805-1808.

[14] de Moraes Cruz, C. A. “Além da Ttríade Espaço, Tempo, e Matéria”. 18 de Set. 2014. (http://em144horas.blogspot.com.br/2014/09/alem-da-triade-espaco-tempo-e-materia_18.html)