Ácidos Nucléicos
Os ácidos nucléicos são macromoléculas de suma importância biológica. Todos os
organismos vivos contêm ácidos nucléicos na forma de ácido desoxirribonucléico (DNA)
e ácido ribonucléico (RNA).
O DNA é o principal armazenador da informação genética. Esta informação é copiada
ou transcrita para moléculas de RNA, cujas as sequências de nucleotídeos contém o
código para a ordenação específica de aminoácidos. As proteínas são então sintetizadas
num processo que envolve a tradução do RNA. Refere-se frequentemente à série de
eventos acima relacionada como o dogma central da biologia molecular.
Em células eucariontes, o DNA localiza-se principalmente no núcleo, dentro dos
cromossomos. Uma pequena quantidade de DNA fica no citoplasma, contida nas
mitocôndrias e cloroplastos. O RNA é encontrado tanto no núcleo, onde é sintetizado,
quanto no citoplasma, onde tem lugar a síntese protéica.
Uma cadeia de DNA é um polimero linear helicoidal de 2 fitas, não ramificado, composto
somente por 4 subunidades. Estas são os desoxirribunucleotídeos, contendo as bases
aminadas, adenina(A), citosina(C), guanina(G) e timina(T). Os nucleotídeos são unidos
por ligações fosfodiester covalentes entre o carbono 5' de um açucar desoxirribose ao
carbono 3' do próximo. Os 4 tipos de bases estão ligados a esta cadeia repetitiva de
pentose-fosfato, como as contas em um colar. Por hidrólise parcial, é possível retirar
o radical fosfato dos nucleotídeos. Aparecem então compostos denominados
nucleosídeos , constituídos por uma pentose e uma base purica(2 aneis) ou
pirimídica(1 anel). Além de atuarem como as unidade dos ácidos nucléicos,
os nucleotídeos são também importantes, pois armazenam e transferem energia química.
Uma característica essencial deste modelo bioquímico, é que as bases da molécula
de DNA(que são hidrofóbicas) encontram-se do lado interno da dupla-hélice,
ficando os resíduos hidrofílicos de açucar-fosfato voltados para a face externa
em contato com a água intracelular. Ao lado das pontes de hidrogênio que represen
tam o elemento principal de união entre os dois filamentos polinucleotídeos da
hélice dupla, a interação hidrofóbica das bases pareadas contribui para manter
a estabilidade da hélice de DNA. Os grupos fosfóricos, ionizados negativamente,
permitem ao ácido desoxirribonucléico combinar-se com proteínas básicas,
como as histonas, carregadas positivamente, ou com outras moléculas
eletricamente positivas.
Este encaixe proposto requer um pareamento específico entre uma grande base
purina( A e G com anel duplo) em uma cadeia, e uma pequena base
piridimina ( C e T com 1 anel) na outra cadeia.
Toda a informação genética de um organismo vivo está armazenada em sua sequência
linear das quatro bases. Portanto, um alfabeto de quatro letras (A, T, C, G) deve codificar
a estrutura primária (i.é., o número e a sequência dos 20 aminoácidos) de todas as
proteínas. Uma das mais extraordinárias descobertas da biologia molecular foi a
elucidação deste código. Um prólogo desta descoberta, que tem ligação direta com o
entendimento da estrutura do DNA, foi o achado de que existiam regularidades
previsíveis no conteúdo das bases. Entre 1949 e 1953, Chargaff estudou detalhadamente
a composição do DNA. Ele observou que, apesar da composição de bases variar de uma
espécie para outra, a quantidade de adenina era igual à de timina (A = T) em todos os
casos. Foi também notado que o número de bases de guanina e citosina era igual (G =
C). Consequentemente, a quantidade total de purinas equivale à de piridiminas(i.é, A + G
= C + T). Por outro lado, a razão AT/GC varia consideravelmente entre as espécies.
Organismos vivos diferem um dos outros porque suas respectivas moléculas de DNA
carregam diferentes sequências de nucleotídeos, e consequentemente, diferentes
mensagens biológicas.
O DNA está presente nos organismos vivos na forma de moléculas lineares de peso
molecular extremamente elevado. A E.coli, por exemplo, possui uma molécula única
circular de DNA que pesa em torno de 2,7 X 10.9 dáltons (dálton é uma unidade de massa
equivalente a 1/16 da massa de um átomo de oxigênio, ou aproximadamente igual à de
um átomo de hidrogênio) e tem um comprimento total de 1,4mm. Em organismos
superiores a quantidade de DNA pode ser vários milhares de vezes maior; por exemplo,
o DNA de uma única célula diplóide humana, se totalmente esticado, teria um
comprimento total de 1,7m.
Embora o princípio básico da replicação gênica seja elegante e simples, o verdadeiro
mecanismo pela qual esta cópia é realizada na célula é bastante complicado, envolvendo
um complexo proteico que é uma verdadeira máquina de replicação.
A replicação da hélice de DNA inicia com a separação local de suas fitas complementares.
Cada fita atua como um molde para a formação de uma nova molécula pela adição sequen-
cial de desoxirribonucleosídeos trifosfatos, com a liberação de pirofosfato deste nucleo-
tídeo ativado e sua subsequente hidrólise gerando assim a energia para a reação de
replicação do DNA, fazendo-a irreversível. Uma vez que cada molécula de DNA-filha é
terminada, o mecanismo de replicação é chamado de semi-conservativo.
ERROS NA REPLICAÇÃO DO DNA CAUSAM MUTAÇÕES:
Uma das mais impressionantes características da replicação do DNA é sua precisão. Vários
mecanismos de revisão são usados para eleiminar nucleotídeos incorretamente posicionados
como resultado, a sequência de nucleotídeos em uma molécula de DNA é copiada com menos
de 1 erro a cada 10.9 nucleotídeos adicionados. Muito raramente, todavia, a máquina de
replicação comete erros, adicionando ou não alguns nucleotídeos. Qualquer mudança
deste tipo de sequência de DNA constitui em erro genético, chamado de mutação, que
poderá ser copiado em todas as próximas gerações da célula, desde que as sequências de
DNA "erradas" sejam copiadas fielmente como "corretas". Uma mutação em um gene, pode
levar a inativação de uma proteína crucial e resultar na morte celular, ficando assim
a mutação perdida. Por outro lado, a mutação pode ser silenciosa e não afetar nenhuma
proteína, ou mesmo melhorar sua função. Neste caso, organismos carregando a mutação
terão uma vantagem, e o gene mutado poderá eventualmente substituir o gene original
na população através da seleção natural.
O RNA TRANSFERE A INFORMAÇÃO GENÉTICA DO DNA PARA AS PROTEÍNAS:
O DNA é relativamente inerte quimicamente. As informações que ele contêm são expressa-
das indiretamente através de outras moléculas. DNA direciona a síntese de RNAs específicos
que irã sintetizar proteínas que irão determinar as propriedades físico-químicas de uma
célula. Tanto DNA como proteínas são compostos de uma sequência linear de subunidades,
os nucleotídeos do DNA são arrajados em uma ordem correspondente à ordem dos aminoá
cidos em uma proteina específica. A síntese de proteínas envolve a cópia de regiões
específicas de DNA(genes) em polinucleotídeos de um tipo quimicamente e funcionalmente
diferente, conhecido como ácido ribonucleíco(RNA) que também é composto de uma
sequência linear de nucleotídeos, com 2 diferenças quimicas: (1) o esqueleto de açucar-
fosfato de RNA contêm ribose em vez de desoxirribose; (2) a base aminada timina (T),
é substituida por uracila(U), que também se liga a base adenina(A).
O RNA retêm toda a informação da sequência do DNA da qual já foi copiado. Moléculas
de RNA são sintetizadas por um processo conhecido como transcrição de DNA, sendo
bastante semelhente a replicação do mesmo. O RNA resultante não permanece como uma
fita ligada ao DNA, a hélice deste será refeita, liberando a cadeia de RNA como uma
fita simples, relativamente curta se comparada ao DNA, uma vez que é copiada de uma
região restrita do mesmo.
Transcritos de DNA, que direcionam a síntese de proteínas são chamadas de RNA men-
sageiro(RNAm), RNA transportador (RNAt), formam componentes dos ribossomos(RNAr)
ou fazem parte de ribonucleoproteínas.
A quantidade de RNA produzido de uma determinada região do DNA(gene) é controlada
por proteínas reguladoras de genes, que se ligam a sítios específicos do DNA correspon-
dente à codificação que se faz necessária. Para um gene ativo, milhares de transcritos
de RNA podem ser produzidos do mesmo seguimento de DNA em cada geração celular.
Como cada molécula de RNAm pode sintetizar milhares de proteínas, a informação con-
tida em uma pequena região do DNA pode direcionar a síntese de milhões de cópias
de uma proteína específica.
DNA RNA
BIOLOGIA MOLECULAR DO GENE:
O DNA transporta a informação genética de maneira codificada de célula a célula e dos
pais para a progênie. Toda a informação necessária para a formação de um novo
organismo está contida na sequência linear das quatro bases, e a replicação fiel desta
informação é assegurada pela estrutura de dupla cadeia do DNA onde o A pareia-se
somente com o T e o G com o C.
O DNA não está livre dentro da célula, mas forma complexos com proteínas na
estrutura denominada cromatina.
No momento da divisão celular, a cromatina condensa-se na forma de cromossomos
Os cromossomos são filamentos encontrados no interior do núcleo das células
Eles ocorrem normalmente em pares, têm diferentes tamanhos e formas e seu
número é constante em cada espécie de ser vivo. As células humanas têm 46, divididos
em 23 pares, com exceção das reprodutivas, que têm apenas 23 cromossomos. Os
membros de um par recebem o nome de cromossomos homólogos.
O gene é uma unidade hereditária que consiste numa sequência particular de bases no
DNA e que especifica a produção de uma certa proteína (por exemplo, uma enzima).
Existem três tipo de genes. Aqueles que são apenas transcritos, os que são transcritos e
traduzidos e os que não são transcritos e consequentemente não são traduzidos.
Os genes estão presentes em pares denominados alelos, sendo que cada alelo está
localizado em um dos cromossomos homólogos. Eles estão situados num locus
específico que ocupa a mesma posição em cada cromossomo.
Quando um gene se expressa, sua informação é primeiramente copiada no ácido
ribonucléico (RNA), que por sua vez dirige a síntese dos produtos elementares do gene,
as proteínas específicas.
O termo transcrição é empregado como sinônimo de síntese do RNA, e tradução como
sinônimo de síntese protéica.
Os códons, ou unidades hereditárias que contém o código de informação para um
aminoácido, são compostos por três nucleotídeos (um trio). Esta informação encontra-se
no DNA, de onde é transcrita para o RNA mensageiro; assim, o mRNA possui a
sequência de bases complementar à do DNA do qual foi copiado. O DNA e o mRNA
possuem somente quatro bases diferentes, enquanto que as proteínas contêm 20
diferentes aminoácidos. Dessa maneira, o código é lido em grupos de três bases, sendo
três o número mínimo necessário para a codificação de 20 aminoácidos. Se o código genético
fosse constituído por duplas, o número de códons seria insuficiente e se fossem utilizados
grupos de quatro bases as possibilidades ultrapassariam em muito o necessário.
O comprimento da porção codificadora de um gene depende da extensão da mensagem a
ser traduzida, isto é, o número de aminoácidos da proteína. Por exemplo, uma sequência
de 1.500 nucleotídeos pode conter 500 códons que codificam para uma proteína que
contém 500 aminoácidos. A mensagem é lida a partir de um ponto inicial fixo sinalizado
por códons de iniciação especiais.
A sequência de trios determina a sequência dos aminoácidos de uma proteína. Os
aminoácidos, no entanto, não são capazes de reconhecer por si sós um dado trio do
mRNA; para que isso aconteça, cada aminoácido precisa ligar-se a uma molécula
adaptadora denominada RNA de transferência (tRNA). Cada molécula de tRNA possui
um sítio de ligação do aminoácido e um outro local para o reconhecimento dos trios do
mRNA. Este último sítio é denominado de anti-códon e consiste em três nucleotídeos
que podem estabelecer um pareamento de bases com o códon complementar do mRNA.
A tradução da mensagem numa proteína ocorre nos ribossomos, que asseguram a
interação ordenada de todos os componentes envolvidos na síntese protéica.
Por volta de 1964 todos os 64 códons possíveis haviam sido decifrados. 61 códons
correspondem a aminoácidos e 3 representam sinais para a terminação das cadeias
polipeptídicas. Sabendo que existem somente 20 aminoácidos, fica evidente que vários
trios podem codificar para o mesmo aminoácido; isto é, alguns dos trios são sinônimos.
A prolina, por exemplo, é codificada por CCU, CCA, CCG e CCC. Note que na maioria
dos casos os códons que são sinônimos diferem somente na base que ocupa a terceira
posição no trio e que as duas primeiras bases são mais inflexíveis na codificação. Em
consequência, as mutações que atingem a terceira base frequentemente passam
desapercebidas (mutações silenciosas) pois elas podem não alterar a composição de
aminoácidos da proteína.O sinal de iniciação para a síntese protéica é o códon AUG. O
sinal de terminação é fornecido pelos códons UAG, UAA, UGA. Quando o ribossomo
atinge o códon de terminação, a cadeia polipeptídica completa é liberada.
Inesperadamente, observou-se que nos eucariontes a informação para mRNAs
covalentemente contíguos está frequentemente localizada em segmentos de DNA não
contíguos. Em outras palavras, os genes são interrompidos por inserções de DNA não
codificador. Estas sequências de DNA inseridas, que não são encontradas no mRNA
maduro, são denominadas sequências intercaladas ou íntrons.
Foram encontrados íntrons em genes da globina, albumina de ovo, imunoglobina, tRNA
e muitos outros genes. Nem todos os genes eucarióticos são interrompidos;
aqueles que codificam para as histonas e alguns tRNAs, por exemplo, são contínuos.
As partes da sequência de DNA que produzem proteína são chamadas de
éxons.
BIBLIOGRAFIA:
BIOQUÍMICA PARA BIÓLOGOS _ G.G.VILLELA
BIOLOGIA CELULAR E MOLECULAR _ JUNQUEIRA E CARNEIRO
BIOLOGIA CELULAR DA CÉLULA _ BRUCE ALBERTS