Genes
Menor porção do DNA capaz de produzir um efeito
que pode ser detectado no organismo.
Região do DNA que pode ser transcrita em moléculas
de RNA.
Ácidos nucleicos
Os ácidos nucléicos são
macromoléculas de natureza
química, formadas por
nucleotídeos, grupamento
fosfórico (fosfato), glicídio
(monossacarídeo / pentoses)
e uma base nitrogenada,
compondo o material
genético contido nas células
de todos os seres vivos.
Presentes no núcleo dos eucariotos e dispersos no
hialoplasma dos procariotos, os ácidos nucléicos
podem ser de dois tipos: ácido desoxirribonucléico
(DNA) e ácido ribonucléico (RNA), ambos
relacionados ao mecanismo de controle metabólico
celular (funcionamento da célula) e transmissão
hereditária das características.
Os Ácidos Nucléicos: DNA e RNA
O DNA se diferencia do
RNA por possuir o açúcar
desoxirribose e os
nucleotídeos adenina,
citosina, guanina e
timina. No RNA, o
açúcar é a ribose e os
nucleotídeos são
adenina, citosina,
guanina e uracila (a
uracila entra no lugar
da timina).
O modelo do DNA
A partir de experimentos feitos por vários pesquisadores
e utilizando os resultados da complexa técnica de
difração com raios X, Watson e Crick concluíram que, no
DNA, as cadeias complementares são helicoidais,
sugerindo a idéia de uma escada retorcida.
Nessa escada, os corrimãos são formados por fosfatos e
desoxirribose, enquanto os degraus são constituídos
pelos pares de bases nitrogenadas.
Os átomos de carbono das moléculas de ribose e
desoxirribose são numerados conforme a figura
abaixo. Observe que os carbonos do açúcar são
numerados com uma linha (‘) a fim de distinguilos dos outros carbonos do nucleotídeo.
Em cada fita do DNA,
o
“corrimão”
é
formado por ligações
entre moléculas de
açúcar
e
radicais
fosfato. Note que o
radical fosfato se liga
ao carbono 3’ de um
açúcar e ao carbono 5’
do seguinte.
As duas cadeias de nucleotídeos
do DNA são unidas uma à outra
por ligações chamadas de
pontes de hidrogênio, que se
formam
entre
as
bases
nitrogenadas de cada fita.
O pareamento de bases ocorre
de maneira precisa: uma base
púrica se liga a uma
pirimídica – adenina (A) de
uma cadeia pareia com a timina
(T) da outra e guanina (G)
pareia com citosina (C).
O DNA controla toda a atividade celular. Ele possui a
“receita” para o funcionamento de uma célula. Toda
vez que uma célula se divide, a “receita” deve ser
passada para as células-filhas. Todo o “arquivo”
contendo as informações sobre o funcionamento
celular precisa ser duplicado para que cada célulafilha receba o mesmo tipo de informação que existe
na célula-mãe. Para que isso ocorra, é fundamental
que o DNA sofra “auto-duplicação”.
A duplicação do DNA
O modelo estrutural do DNA proposto por Watson e
Crick explica a duplicação dos genes: as duas cadeias
do DNA se separam e cada uma delas orienta a
fabricação de uma metade complementar.
O experimento dos pesquisadores Meselson e Stahl
confirmou que a duplicação do DNA é
semiconservativa, isto é, que metade da molécula
original se conserva íntegra em cada uma das duas
moléculas-filhas.
No processo de duplicação do DNA, as pontes de hidrogênio entre as bases
se rompem e as duas cadeias começam a se separar. À medida que as
bases vão sendo expostas, nucleotídeos que vagam pelo meio ao redor vão
se unindo a elas, sempre respeitando a especificidade de emparelhamento:
A com T, T com A, C com G e G com C. Uma vez ordenados sobre a cadeia
que está que está servindo de modelo, os nucleotídeos se ligam em
seqüência e formam uma cadeia complementar dobre cada uma das cadias
da molécula original. Assim, uma molécula de DNA reproduz duas moléculas
idênticas a ela.
A 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.
Essas
enzimas
adicionam
nucleotídeos
complementares somente no sentido 5’
3’. Como
as cadeias de DNA são invertidas, a síntese em uma
cadeia acontece em um sentido e, na outra, acontece
em sentido oposto.
A transcrição do DNA
O material genético representado pelo DNA contém
uma mensagem em código que precisa ser decifrada e
traduzida em proteínas, muitas das quais atuarão nas
reações metabólicas da célula. A mensagem contida
no DNA deve, inicialmente, ser passada para
moléculas de RNA que, por sua vez, orientarão a
síntese de proteínas. O controle da atividade celular
pelo DNA, portanto, é indireto e ocorre por meio da
fabricação de moléculas de RNA, em um processo
conhecido como transcrição.
O trecho da molécula de DNA onde está localizado
um gene a ser transcrito abre-se por ação da enzima
RNA polimerase e nesse ponto inicia-se o
emparelhamento de nucleotídeos do RNA por ação da
mesma enzima.
A transcrição do ocorre sempre no sentido 5’
3’.
As moléculas de RNA são constituídas por uma
seqüência de ribonucleotídeos, formando uma cadeia
(fita) simples.
Existem três tipos básicos de RNA, que diferem um
do outro no peso molecular: o RNA ribossômico,
representado por RNAr (ou rRNA), o RNA mensageiro,
representado por RNAm (ou mRNA) e o RNA
transportador, representado por RNAt (ou tRNA).
1) O RNA ribossômico é o de maior peso molecular e
constituinte majoritário do ribossomo, organóide
relacionado à síntese de proteínas na célula.
2) O RNA mensageiro é o de peso molecular intermediário e
atua conjuntamente com os ribossomos na síntese
protéica.
3) O RNA transportador é o mais leve dos três e encarregado
de transportar os aminoácidos que serão utilizados na
síntese de proteínas.
A síntese de RNA (mensageiro, por exemplo) se inicia
com a separação das duas fitas de DNA. Apenas uma
das fitas do DNA serve de molde para a produção da
molécula de RNAm. A outra fita não é transcrita. Essa
é uma das diferenças entre a duplicação do DNA e a
produção do RNA.
As outras diferenças são:
os nucleotídeos utilizados possuem o açúcar ribose no lugar
da desoxirribose;
há a participação de nucleotídeos de uracila no lugar de
nucleotídeos de timina. Assim, se na fita de DNA que está
sendo transcrita aparecer adenina, encaminha-se para ela
um nucleotídeo complementar contendo uracila;
Imaginando um segmento hipotético de um filamento de
DNA com a seqüência de bases:
DNA- ATGCCGAAATTTGCG
O segmento de RNAm formado na transcrição terá a
seqüência de bases:
RNA- UACGGCUUUAAACGC
Em uma célula eucariótica, o
RNAm produzido destaca-se
de seu molde e, após passar
por um processamento,
atravessa a carioteca e se
dirige para o citoplasma,
onde se dará a síntese
protéica. Com o fim da
transcrição, as duas fitas de
DNA seu unem novamente,
refazendo-se a dupla hélice.
OBS para os eucariontes!!!
As sequências codificantes são chamadas de éxons. Elas são
intercaladas por regiões não codificantes, chamadas
de íntrons, que são inicialmente transcritas em RNA no
núcleo, mas não estão presentes no RNAm final
no citoplasma, não sendo representada no produto protéico
final. Em muitos genes, o tamanho cumulativo dos exóns é
muito menor que o de íntrons.
Splicing –
remoção
acontece ainda
no núcleo
Tradução da informação
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 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, 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.
A sequência que marca o início do gene recebe o nome de
região promotora, e a que marca o final é chamada sequência de
término da transcrição.
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.
Exemplificando
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.
Mutações
De maneira geral, as mutações ocorrem como conseqüência de erro no
processo de duplicação do DNA. Acontecem em uma baixíssima
freqüência. Muitas delas, inclusive, são corrigidas por mecanismos
especiais, como, por exemplo, a ação do gene p53 que evita a formação de
tumores.
Há, no entanto, certos agentes do ambiente que podem aumentar a taxa
de ocorrência de erros genéticos. Entre esses agentes mutagênicos
podemos citar: substâncias existentes no fumo, os raios X, a luz
ultravioleta, ácido nitroso e algumas corantes existentes nos
alimentos. Não é à toa que, em muitos países, é crescente a preocupação
com a diminuição da espessura da camada do gás ozônio (O3), que
circunda a atmosfera terrestre. Esse gás atua como filtro de luz
ultravioleta proveniente do Sol. Com a diminuição da sua espessura,
aumenta a incidência desse tipo de radiação, o que pode afetar a pele das
pessoas. Ocorrem lesões no material genético, que podem levar a certos
tipos de câncer de pele.
As mutações gênicas são mudanças ocasionais que
ocorrem nos genes, ou seja, é o procedimento pelo
qual um gene sofre uma mudança estrutural. As
mutações envolvem a adição, eliminação ou
substituição de um ou poucos nucleotídeos da fita de
DNA.
A mutação proporciona o aparecimento de novas formas de um gene
e, consequentemente, é responsável pela variabilidade gênica.
Quando ocorre por adição ou subtração (mutações deletérias) de
bases, altera o código genético, definindo uma nova sequência de
bases, que consequentemente poderá alterar o tipo de aminoácido
incluído na cadeia proteica, tendo a proteína outra função ou mesmo
inativação da expressão fenotípica.
Por substituição, ocorre em razão da troca de uma base nitrogenada
purina (adenina e guanina) por outra purina, ou de uma pirimidina
(citosina e timina) por outra pirimidina, sendo esse processo
denominado de transição e a substituição de uma purina por uma
pirimidina, ou vice-versa, denominada de transversão.