Biologia Evolutiva da Hemoglobina

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Biologia Evolutiva da Hemoglobina
    Autor: Paulo Cesar Naoum
   A hemoglobina tem sido considerada como a segunda substância mais importante do mundo; a primeira é a clorofila. É a proteína mais estudada e conhecida sob o ponto de vista fisiológico, genético e bioquímico.

Estudos sobre a evolução das espécies indicam que a molécula precursora da hemoglobina data de aproximadamente 800 milhões de anos, quando surgiram as plantas leguminosas; o precursor da hemoglobina nessas plantas foi denominado por leghemoglobina e deveria ter quatro genes para a sua síntese (etapa 1 da figura 3.1). Por volta de 700 milhões de anos surgiram os peixes primitivos com seus eritrócitos nucleados e admite-se que houve a redução para três genes codificadores de hemoglobina em um mesmo cromossomo (etapa 2 da figura 3.1). A evolução que ocorreu há 600 milhões de anos entre os peixes fez com que houvesse a duplicação de cromossomos (etapa 3 da figura 3.1). Acredita-se que essa duplicação se manteve por muito tempo, pois há 500 milhões de anos duas cópias se diferenciaram por mutações adaptativas para agrupar três genes para globinas alfa num dos cromossomos e três genes para globinas beta no outro cromossomo (etapa 4 da figura 3.1). Outros milhões de anos seguintes fizeram com que o processo evolutivo duplicasse os cromossomos que agrupavam os genes para globinas alfa e para globinas beta (etapa 5 da figura 3.1). É provavelmente nessa fase (100 milhões de anos) que surgem as primeiras espécies do gênero de mamíferos.

Essas espécies têm evolução embrionária e fetal bem definidas, com necessidades fisiológicas próprias e desenvolvimento intra-uterino. Assim, por volta de 100 milhões de anos os genes codificadores de globinas alfa e beta se diferenciaram individualmente para se processarem durante as fases de desenvolvimento de um ser mais complexo (etapa 6 da figura 3.1). Por fim, é muito provável que há 70 milhões de anos quando surgiram os primeiros primatas, identificados pelo Ancestral Hominídeo Comum, os genes para a síntese de globina alfa e beta já estavam bem definidos (etapa 7 da figura 3.1).

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Figura 3.1
 – Proposta da evolução dos genes de globinas durante 800 milhões de anos.
m.a.: milhões de anos; PN: pós-nascimento. Pseudogenes: são genes que tem seqüência de DNA, porém estão inativos por processo de mutação ou deleção.
A essa altura da presente exposição é possível abrir várias frentes de raciocínio para abordar a evolução biológica da hemoglobina. Optaremos por apenas duas: a transformação evolutiva dos eritrócitos e o desenvolvimento da espécie humana.

A transformação evolutiva dos eritrócitos tem seu início há 700 milhões de anos com os peixes primitivos e, posteriormente, com o aparecimento dos anfíbios, répteis e aves. Todas essas espécies apresentam eritrócitos nucleados, com pouco espaço para as milhões de moléculas de hemoglobinas. Com o surgimento dos mamíferos e da sua complexidade orgânica e ontogênica, o núcleo dos eritrócitos foi eliminado numa determinada fase do desenvolvimento da gênese eritrocitária (figura 3.2). A perda do núcleo deu mais espaço ao eritrócito, permitindo ser preenchido com 280 milhões de moléculas de hemoglobinas, em média, e adaptar-se a várias formas durante a circulação, por exemplo: bicôncava (figura 3.3a) ou em projétil (figura 3.3b), entre outras formas. Esses fenômenos de mudanças de formas são encontrados exclusivamente no sangue de mamíferos, cujo processo facilita a liberação e oxigênio e a captação de CO2.

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Figura: 3.2 – Perda do núcleo do eritroblasto no sistema retículo
endotelial da medula óssea.
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Figura 3.3 – a) Eritrócitos bicôncavos;
b) Eritrócitos em projétil ao sair por arteríola eferente do coração.
Por outro lado a relação entre o desenvolvimento da espécie humana e a hemoglobina pressupõe situações adaptativas – a elevação da concentração de hemoglobinas em populações que vivem em regiões altas (acima de 3 mil metros) e a provável causa da mutação da hemoglobina que deu origem a Hb S em suposta versão seletiva contra os efeitos da infecção pelo Plasmodium falciparum. A figura 3.4 resume a genealogia humana a partir de 70 milhões de anos. Por meio desse esquema é possível admitir que a espécie humana teve origem há 4 milhões de anos com o Australopitecus africanus. Até um milhão de anos esses ancestrais viveram na África. O Homo heidelbengensis saiu da África e seus fósseis foram encontrados na Ásia e Europa. É a partir do Homo sapiens neanderthalis e Homo sapiens sapiens que se suspeita que surgiram os mutantes dos genes de globinas alfa e beta, quer seja na estrutura seqüencial das bases nitrogenadas do gene da globina beta e que deu origem à Hb S, Hb C, Hb D, etc, ou na região controladora dos genes das globinas alfa ou beta e que deram origem as talassemias alfa e beta, respectivamente.
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Figura 3.4
 – Resumo da árvore genealógica humana.