Ácidos Nucleicos

Ácido desoxirribonucleico (ADN ou DNA)

Ácido ribonucleico (ARN ou RNA)

A estrutura do DNA foi descoberta em 1953, por Watson e Crick.

Os ácidos nucleicos são formados por unidades, os nucleotídeos, que se diferenciam pela pentose (desoxirribose - DNA; ribose - RNA), e pelas bases nitrogenadas Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C), Timina (T) - exclusiva do DNA - e Uracila (U) - exclusiva do RNA.

DNA: Duplicação, Transcrição e Tradução

A Necessidade de Novas Células

Novas células surgem para permitir o crescimento de um ser pluricelular, para repor células perdidas por traumatismo ou para formar células reprodutivas, como os gametas.

Esse trabalho é feito por algumas células preexistentes situadas próximo do local onde forem necessárias as novas células, por meio de processo de divisão celular. Porém, antes de a célula se dividir, seu material genético (DNA) deverá ser duplicado para que as novas células recebam as informações genéticas exatamente iguais às da célula-mãe: é aautoduplicação semiconservativa do DNA.

REPLICAÇÃO OU DUPLICAÇÃO

A duplicação é controlada por várias enzimas que promovem o afastamento dos fios unem os nucleotídeos novos e corrigem os erros. Esse processo ocorre em várias partes da molécula e nos 2 sentidos. Esse processo é considerado semiconservativo porque conserva metade da molécula-mãe.

A enzima específica, a DNA-polimerase quebra das pontes de hidrogênio dando origem a separação das duas cadeias. Ao mesmo tempo, cada cadeia vai formando a sua cadeia complementar através do encadeamento de novos nucleotídeos. O resultado é a formação de duas novas cadeias.

A ação da enzima DNA polimerase

Diversos aspectos da duplicação do DNA já foram desvendados pelos cientistas. Hoje, sabe-se que há diversas enzimas envolvidas nesse processo. Certas enzimas desemparelham as duas cadeias de DNA, abrindo a molécula. Outras desenrolam a hélice dupla, e há, ainda, aquelas que unem os nucleotídeos entre si. A enzima que promove a ligação dos nucleotídeos é conhecida como DNA polimerase, pois sua função é construir um polímero (do grego poli, muitas, e meros, parte) de nucleotídeos.

DNA polimerase

Questão de lógica

Temos uma molécula de DNA com 21% de timina, a partir disso responda, qual é a porcentagem das outras bases nitrogenadas presentes nessa mesma molécula?

Resposta: Para responder a esta questão basta pensar no “efeito espelhado” que existe entre as bases nitrogenadas:

Deu pra perceber o efeito? Para cada Guanina, temos uma Citosina e para cada Timina temos uma Adenina, assim, pode-se dizer que, na molécula de DNA dada, onde temos 21% de Timina, temos também 21% de Adenina, 29% de Guanina e 29% de Citosina.

Observação: não podemos deduzir o percentual das bases no RNA formado, visto que para a transcrição usa-se apenas uma cadeia de DNA, e o percentual das bases do DNA é das duas cadeias.

RNA OU ARN - O Grande Auxiliar do DNA na Transcrição

A composição química do RNA é bastante semelhante à do DNA. Os nucleotídeos diferem em dois aspectos: a pentose (ribose) e a base pirimídica (timina é substituída por uracila).

O RNA é constituído por uma única cadeia de nucleotídeos, não existindo as relações de igualdade entre bases púricas e pirimídicas.

Quando uma célula não vai se reproduzir e o DNA não irá se autoduplicar, os genes necessários a esta célula deverão entrar em funcionamento. Entretanto, os genes (pedaços do DNA) não agem diretamente na determinação das características genéticas. Atuam, orientando a produção de proteínas. Estas é que darão as características. Como ocorre isso? Estas é que darão as moléculas denominadas RNA, produzidas por transcrição(cópia) do DNA.

TRANSCRIÇÃO

É o processo através do qual o DNA serve de molde para a síntese do RNA. Apenas uma cadeia de DNA é usada no processo, ativado pela enzima RNA-polimerase. O DNA comanda todas as reações químicas, mas não de maneira direta, pois grande parte das reações químicas ocorre no citoplasma. Portanto, ao produzir o RNA estará transmitindo todas as informações necessárias para a produção de enzimas que atuarão nas reações químicas da célula.

O código genético

A mensagem genética contida no DNA é formada por um alfabeto de quatro letras que correspondem aos quatro nucleotídeos: A, T, C e G. Com essas quatros letras é preciso formar “palavras” que possuem o significado de “aminoácidos”. Cada proteína corresponde a uma “frase” formada pelas “palavras”, que são os aminoácidos. De que maneira apenas quatro letras do alfabeto do DNA poderiam ser combinadas para corresponder a cada uma das vinte “palavras” representadas pelos vinte aminoácidos diferentes que ocorrem nos seres vivos.

Uma proposta brilhante sugerida por vários pesquisadores, e depois confirmada por métodos experimentais, foi a de que cada três letras (uma trinca de bases) do DNA corresponderia uma “palavra”, isto é, um aminoácido. Nesse caso, haveria 64 combinações possíveis de três letras, o que seria mais do que suficiente para codificar os vinte tipos diferentes de aminoácidos(matematicamente, utilizando o método das combinações seriam, então, 4 letras combinadas 3 a 3, ou seja, 43 = 64 combinações possíveis).

O código genético do DNA se expressa por trincas de bases, que foram denominadas códons.Cada códon, formado por três letras, corresponde a um certo aminoácido.

A correspondência entre o trio de bases do DNA, o trio de bases do RNA e os aminoácidos por eles especificados constitui uma mensagem em código que passou a ser conhecida como “código genético”.

Mas, surge um problema. Como são vinte os diferentes aminoácidos, há mais códons do que tipos de aminoácidos! Deve-se concluir, então, que há aminoácidos que são especificados por mais de um códon, o que foi confirmado. A tabela abaixo, especifica os códons de RNAm que podem ser formados e os correspondentes aminoácidos que especificam.

Dizemos que o código genético é universal, pois em todos os organismos da Terra atual ele funciona da mesma maneira, quer seja em bactérias, em uma cenoura ou no homem.

O códon AUG, que codifica para o aminoácido metionina, também significa início de leitura, ou seja, é um códon que indica aos ribossomos que é por esse trio de bases qe deve ser iniciada a leitura do RNAm.

Note que três códons não especificam nenhum aminoácido. São os códons UAA, UAG e UGA, chamados de códons e parada durante a “leitura” (ou stop códons) do RNA pelos ribossomos, na síntese protéica.

Diz-se que o código genético é degenerado porque cada “palavra” (entenda-se aminoácido) pode ser especificada por mais de uma trinca.

Redundância e ambiguidade

Diz-se que o código genético é degenerado ou redundante por existirem vários codões que codificam o mesmo aminoácido. Por exemplo, os codões UCU, UCC,UCA e UCG codificam todos o aminoácido Serina (Ser). Este fenómeno é também apelidado de degenerescência. Já o contrário não é possível e não existe nenhum codão que possa codificar mais do que um único aminoácido e, logo, nunca é ambíguo. Com apenas 20 palavras necessárias para os 20 aminoácidos comuns, para que são usadas as outras palavras, se o forem? O trabalho de Crick sugeriu que o código genético é redundante, significando que cada uma das trincas deve ter um significado no código. Para que seja verdadeiro, alguns aminoácidos devem ser especificados, por pelo menos duas ou mais trincas diferentes.

O raciocínio é o seguinte. Se apenas 20 trincas fossem usadas, então as outras 44 não teriam significado, pois não codificariam nenhum aminoácido. Neste caso, seria esperado que a maioria das mutações de mudança de matriz de leitura produzisse palavras (códons) sem sentido, o que supostamente pararia o processo de construção de proteína. Se este fosse o caso, então as mutações de deleção ou de mudança de matriz raramente, ou nunca, produziriam proteínas viáveis ou funcionais. Entretanto, se todas as trincas especificam algum aminoácido, então as palavras mutadas simplesmente resultariam na inserção de aminoácidos incorretos na proteína. Então, Crick raciocinou que muitos ou todos os aminoácidos deveriam ter mais de um "nome" (códon) possível no código de pares de bases. Esta hipótese depois foi confirmada bioquimicamente.

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Universalidade

Afirma-se que o Código Genético é universal porque os códons têm o mesmo significado em quase todos os organismos. Assim, o códon AAU codifica o aminoácido Asparagina (Asn) tanto em um ser humano como em um Streptococcus.

Tradução: Síntese de Proteínas

Tradução é o nome utilizado para designar o processo de síntese de proteínas. Ocorre no citoplasma com a participação, entre outros, de RNA e de aminoácidos.

Quem participa da síntese de proteínas?

Cístron (gene) é o segmento de DNA que contém as informações para a síntese de um polipeptídeo ou proteína.

O RNA produzido que contém uma seqüência de bases nitrogenadas transcrita do DNA é um RNA mensageiro.

No citoplasma, ele será um dos componentes participantes da síntese de proteínas, juntamente com outros dois tipos de RNA, todos de fita simples e produzidos segundo o mesmo processo descrito para o RNA mensageiro:

RNA ribossômico, RNAr. Associando-se a proteínas, as fitas de RNAr formarão os ribossomos, orgânulos responsáveis pela leitura da mensagem contida no RNA mensageiro;

RNAs transportadores, RNAt. Assim chamados porque serão os responsáveis pelo transporte de aminoácidos até o local onde se dará a síntese de proteínas junto aos ribossomos. São moléculas de RNA de fita simples, de pequeno tamanho, contendo, cada uma, cerca de 75 a 85 nucleotídeos. Cada fita de RNAt torce-se sobre si mesma, adquirindo o aspecto visto na figura abaixo.

Duas regiões se destacam em cada transportador: uma é o local em que se ligará o aminoácido a ser transportado e a outra corresponde ao trio de bases complementares (chamado anticódon) do RNAt, que se encaixará no códon correspondente do RNAm.

Anticódon é o trio de bases do RNAt, complementar do códon do RNAm.

RNA - Tradução passo a passo

A tradução é um processo no qual haverá a leitura da mensagem contida na molécula de RNAm pelos ribosomo, decodificando a linguagem de ácido nucléico para a linguagem de proteína.

Cada RNAt em solução liga-se a um determinado aminoácido, formando-se uma molécula chamada aminoacil-RNAt, que conterá, na extremidade correspondente ao anticódon, um trio de códon do RNAm.

Para entendermos bem este processo, vamos admitir que ocorra a síntese de um peptídeo contendo apenas sete aminoácidos, o que se dará a partir da leitura de um RNAm contendo sete códons (21 bases hidrogenadas). A leitura (tradução) será efetuada por um ribossomo que se deslocará ao longo do RNAm.

Esquematicamente na síntese protéica teríamos:

Um RNAm, processado no núcleo, contendo sete códons (21 bases hidrogenadas) se dirige ao citoplasma.
No citoplasma, um ribossomo se liga ao RNAm na extremidade correspondente ao início da leitura. Dois RNAt, carregando os seus respectivos aminoácidos (metionina e alanina), prendem-se ao ribossomo. Cada RNAt liga-se ao seu trio de bases (anticódon) ao trio de bases correspondentes ao códon do RNAm. Uma ligação peptídica une a metionina à alanina.
O ribossomo se desloca ao longo do RNAm. O RNAt que carregava a metionina se desliga do ribossomo. O quarto RNAt, transportando o aminoácido leucina, une o seu anticódon ao códon correspondente do RNAm. Uma ligação peptídica é feita entre a leucina e a alanina.
O ribossomo novamente se desloca. O RNAt que carregava a alanina se desliga do ribossomo. O quarto RNAt, transportando o aminoácido ácido glutâmico encaixa-se no ribossomo. Ocorre a união do anticódon desse RNAt com o códon correspondente do RNAm. Uma ligação peptídica une o ácido glutâmico à leucina.
Novo deslocamento do ribossomo. O quinto RNAt, carregando a aminoácido glicina, se encaixa no ribossomo. Ocorre a ligação peptídica da glicina com o ácido glutâmico.
Continua o deslocamento do ribossomo ao longo do RNAm. O sexto RNAt, carregando o aminoácido serina, se encaixa no ribossomo. Uma liogação peptídica une a serina à glicina.
Fim do deslocamento do ribossomo. O último transportador , carregando o aminoácido triptofano, encaixa-se no ribossomo. Ocorre a ligação peptídica do triptofano com a serina. O RNAt que carrega o triptofano se separa do ribossomo. O mesmo ocorre com o transportador que portava a serina.
O peptídeo contendo sete aminoácidos fica livre no citoplasma. Claro que outro ribossomo pode se ligar ao RNAm, reiniciando o processo de tradução, que resultará em um novo peptídio. Perceba, assim, que o RNAm contendo sete códons (21 bases nitrogenadas) conduziu a síntese de um peptídeo formado por sete aminoácidos.

Possíveis destinos das proteínas

O RNAm, ao sair do núcleo pode seguir dois destinos:

Ser traduzido nos ribossomos do retículo endoplasmático rugoso - e esta proteína será exportada para fora da célula passando pelo Golgi e saindo por exocitose em forma de vesículas.
Ou será traduzido nos ribossomas livres no citoplasma - esta proteína então permanecerá dentro da célula, executando alguma importante função. Ex. Dentro do Golgi, ou livre no citoplasma.

Síntese de proteínas no núcleo celular?

No núcleo de todas as células eucarióticas, a produção de RNA se da a partir do molde de uma fita do DNA. Então, o RNA sofre algumas alterações e segue para o citoplasma onde se associa aos ribossomos para a formação das proteínas. Acreditava-se que a síntese de proteínas (tradução) ocorresse somente no citoplasma, mas em recente trabalho publicado na prestigiada revista Science foi demonstrado que os elementos necessários à tradução se associam no núcleo, onde proteínas seriam formadas. Além disso os pesquisadores constataram que as estruturas responsáveis pela tradução estão em atividade no núcleo celular.