DNA e síntese de proteínas

Em 1958, o biólogo e neurocientista Francis Crick, um dos laureados com o Nobel de Fisiologia em 1962 pela descoberta da estrutura da molécula responsável por armazenar as informações necessárias para a vida, o DNA, através dos estudos de difração de raios X de Rosalind Franklin, postulou o Dogma Central da Biologia Molecular, o qual define como as células são capazes de “ler” o código genético (DNA)  e transformar essa informação em proteína.

Nucleotídeos

Os nucleotídeos são building blocks, formados por uma base nitrogenada, um carboidrato de cinco carbonos (pentose) e um grupo fosfato. As bases nitrogenadas são as responsáveis pela diferenciação dos cinco nucleotídeos distintos que compõem as moléculas responsáveis por armazenar e codificar o código genético. Elas podem ser divididas em pirimídicas, que dão origem a citosina (C), timina (T) e uracila (U), e púricas, que dão origem a adenina (A) e guanina (G). As pirimidinas possuem apenas um anel na sua estrutura química e as purinas apresentam dois anéis.

Os componentes dos nucleotídeos são unidos através de ligações covalentes, sendo a base nitrogenada no carbono 1 da pentose e o grupo fosfato no carbono 5’ da pentose. As pentoses encontradas nos nucleotídeos podem ser a ribose e a desoxirribose, o que dá origem e diferenciam as moléculas de RNA (ribose) e DNA (desoxirribose). O grupo fosfato é a união de um átomo de fósforo com 4 átomos de oxigênio, o que dá uma característica físico-química importante para essas moléculas que é a carga negativa.

AMP – adenosina monofosfato

GMP – guanina monofosfato

TMP – timina monofosfato

CMP – citosina monofosfato

UMP – uracila monofosfato

A polimerização dos nucleotídeos é dada pela união das cadeias das pentoses de dois nucleotídeos distintos, sendo a enzima DNA-polimerase a responsável por ligar covalentemente o carbono 5’ de um nucleotídeo no carbono 3’ do outro nucleotídeo. Essa reação mostra que uma fita de DNA é sintetizada no sentido 5’à 3’. Esses nucleotídeos ainda são capazes de interagir com outra fita de DNA, em sentido oposto, por interações intermoleculares (ligações de hidrogênio) entre as suas bases nitrogenadas, para assim formar uma molécula composta de duas fitas poliméricas de nucleotídeos, o DNA. Essas interações dão origem a conformação de dupla-hélice para a molécula de DNA e são formadas em pares entre os nucleotídeos com as respectivas bases nitrogenadas: Adenina – Timina, Guanina – Citosina.

DNA

O DNA é a principal molécula passada através das gerações e fundamental para a transmissão das informações, se tornando o material genético ou hereditário dos seres vivos. Uma vez que é necessário passar esse código para as demais células e assim tornar possível a transmissão para as gerações futuras, o DNA precisa ser copiado. A este processo é dado o nome de replicação. A replicação é o processo onde a molécula de DNA é aberta ou descondensada para que a enzima DNA-polimerase tenha acesso aos nucleotídeos para ler o que tem numa das fitas “mãe” para conseguir copiar ou ligar nucleotídeos iguais, formando uma fita “filha”, contendo a sequência de nucleotídeos oposta pelo seu par.

A replicação do DNA é dita como semiconservativa diante de uma característica de sua reação. Pois ao fim da polimerização de uma nova fita de DNA ou fita “filha”, ela fica interagindo ou condensada com a fita “mãe”. Sendo a molécula final contendo uma fita antiga ou original e uma fita nova.

RNA

O RNA também é uma molécula formada pela polimerização de nucleotídeos, no sentido 5’à 3’. Mas, existem pequenas diferenças entre as moléculas de RNA e DNA. A primeira é o carboidrato utilizado para a composição dos seus nucleotídeos, pois o RNA é composto por ribose e o DNA por desoxirribose (uma ribose sem um oxigênio). Outros aspectos são que a molécula de RNA é formada por uma única fita de nucleotídeos polimerizados e não é encontrado timina na sua cadeia, mas sim uracila.

A molécula de RNA é essencial para o processo de síntese proteica e assim para obtenção de respostas sobre o Dogma Central da Biologia. Com algumas exceções, como o vírus, o RNA não é a molécula responsável por hereditariedade, e sim a responsável por transcrever a informação contida no material genético (DNA), “amadurecê-la” e tirar do núcleo para que seja traduzida pelos ribossomos, no citoplasma. A esse processo é dado o nome de Transcrição e Tradução.

A síntese de proteínas é um processo refinado e muito bem controlado pela maquinaria celular, através de diversos pontos de checagem. Ele se inicia com a RNA-polimerase sintetizando uma fita de RNA a partir de uma parte da fita de DNA, pareando os nucleotídeos adenina–uracila e citosina–guanina. Após a síntese da fita de RNA, essa fita pode ou não passar por um processo de “amadurecimento” ou splicing alternativo, que deverá ajustar a informação contida na fita tornando-a em RNA-mensageiro ou mRNA.

O mRNA já é a molécula que possui a sequência correta para a tradução pelos ribossomos. Assim, essa molécula é externalizada do núcleo para o citoplasma e guiada para os ribossomos, que são estruturas celulares responsáveis por reunir, organizar e iniciar a síntese das proteínas. O início da síntese ocorre com a polimerização dos aminoácidos através de ligações peptídicas e continua no retículo endoplasmático, podendo passar pelo complexo de Golgi, caso seja uma proteína com função externa a célula, para que sejam realizadas algumas modificações estruturais ou modificações pós-traducionais (PTM), que darão a conformação ideal para o seu funcionamento.

Síntese de proteínas

Os ribossomos utilizam um sistema de trincas ou códons para identificar qual aminoácido deve ser adicionado na cadeia peptídica. Cada códon é formado por três nucleotídeos, sendo essa trinca a representação para apenas um aminoácido. A través dessa lógica, foi possível estabelecer o total de sequências possíveis de organização entre os nucleotídeos e codificar o aminoácido que era traduzido para cada uma delas, dando origem a tabela de códons. Essa tabela possui 64 códons que codificam apenas 20 aminoácidos e, devido à grande quantidade de “sinônimos” ou sequências diferentes que codificam o mesmo aminoácido, o código genético é tido como degenerado.

A tradução, realizada pelos ribossomos através da leitura dos códons e a polimerização dos aminoácidos, pode ser dividida em 3 fases. A primeira é a iniciação, que representa o acoplamento da fita de RNA no ribossomo e a busca pelo códon iniciador da tradução, AUG, que representa a Metionina. Em seguida vem a etapa de elongação, que é a polimerização da cadeia peptídica, sendo esses transportados até o ribossomo por um RNA-transportador ou tRNA. E por fim a fase de terminação, que ocorre quando o ribossomo identifica um códon que não codifica nenhum aminoácido ou também chamado de códon de parada (stop).

O processo de síntese proteica pode ser comparado, guardando as devidas proporções, com o processo de segurança de alguns sistemas atuais de troca de mensagens, a criptografia. Pois a informação para a síntese de proteínas primeiro passa por um sistema mediador que transcreve a mensagem contida no DNA num RNA, para depois ser traduzida num sistema interpretador ou codificador, os ribossomos.