Biologia - Livro 2-0006

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estrutura do DNA foi feita em 1953 pelos cientistas James
Watson e Francis Crick, que basearam parte do seu trabalho
em dados obtidos por outros cientistas, como imagens da
molécula de DNA por difração de raio X e análises químicas
dessa substância.
O DNA tem quantidades iguais de adenina e timina
(uma base púrica e outra pirimídica). Guanina (púrica) e ci-
tosina (pirimídica) também apresentam quantidades iguais.
Isso pode ser expresso das seguintes maneiras, conside-
rando as quantidades das bases nitrogenadas (Fig. 3):
% bases
púricas
% bases
pirimídicas
Bases
púricas
Bases
pirimídicas
= = 1
A
G
=
=
= 1
= 1
T
T
C
A
C
G
=
T
A
C
G
= 1∴
T + C
A + G
∴
Fig 3 Correspondência entre os tipos de base nitrogenada
Empregando esses e outros dados, Watson e Crick concluí-
ram que a molécula de DNA é constituída por duas cadeias,
ou fitas de polinucleotídeos, e que há uma correspondência
de bases nitrogenadas. Assim, se em um ponto de uma cadeia
houver adenina, no ponto correspondente da outra ca
deia haverá timina. Isso também vale para guanina e citosina.
Cada cadeia é um polinucleotídeo. As bases se orien-
tam para o lado interno da cadeia e se associam às bases
correspondentes da cadeia complementar, que ficam uni-
das por ligações de hidrogênio. Adenina e timina se unem
por duas ligações de hidrogênio, enquanto guanina e ci-
tosina se unem com três ligações de hidrogênio (Fig. 4). O
DNA de bactérias termófilas, que vivem em ambientes com
temperaturas entre 80 °C e 120 °C, possui maior proporção
de G e C do que de A e T, o que gera maior estabilidade na
estrutura do DNA, permitindo que essas bactérias sobrevi-
vam em ambientes com características extremas.
O aspecto do DNA é comparável ao de uma escada de
cordas: os corrimãos, constituídos por fosfato e desoxirri-
bose alternadamente, e os degraus, formados por um par
de bases nitrogenadas (A com T e C com G). Cada base
nitrogenada é ligada a uma desoxirribose, que está unida a
um fosfato. Os nucleotídeos se unem por meio de ligações
entre o fosfato e a pentose.
No modelo de Watson e Crick, a “escada” é torcida,
e cada cadeia tem formato helicoidal, razão pela qual a
estrutura do DNA é descrita como uma dupla-hélice.
Papéis do DNA
O DNA é o material hereditário dos seres vivos, sendo
responsável pelo controle do metabolismo A hereditarie
dade, ou herança biológica, deve-se ao fato de o DNA ser
a principal molécula transmitida entre as gerações, ou seja,
é ele que transmite as informações genéticas da geração
parental aos descendentes, o que determina a semelhan-
ça entre as gerações. Essas informações são transmitidas
aos descendentes por meio da reprodução. Um passo
fundamental na transmissão das informações genéticas é
a replicação (duplicação) do material genético. Nos euca-
riontes, isso ocorre antes de a célula se dividir, no período S
da interfase.
O controle do metabolismo é realizado por meio de en-
zimas, cuja produção é controlada pelo DNA. O DNA serve
de molde para a produção de RNA mensageiro (RNAm) por
um processo conhecido como transcrição, que orienta, nos
ribossomos, a síntese de proteínas, em um processo deno-
minado tradução (Fig 5) Algumas proteínas são enzimas
que controlam reações químicas.
Replicação
DNA RNA
mensageiro
Proteína
Transcrição Tradução
Fig. 5 O DNA serve de molde para formar novas moléculas de DNA (replicação)
e de RNA mensageiro (transcrição). Nos ribossomos, o RNA mensageiro orienta
a síntese de proteínas.
Hélice do DNA
P = Fosfato
D = Desoxirribose
A = Adenina
T = Timina
G = Guanina
C = Citosina
D A DT
C G
G C
P
D
P
D
P
P
D
Ligações de
hidrogênio
LEGENDA
Adenina Timina
Pentose
Pentose Ligações de
hidrogênio
N
N
H
H
N N
N
H
O
CH
3
N N
O
Fig. 4 Hélice de DNA formada por duas cadeias polinucleotídicas emparelhadas. As duas fitas são unidas por ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. Na
parte inferior, está representado o pareamento entre adenina e timina.
F
R
E
N
T
E
 1
21
Replicação
A molécula de DNA tem sua duplicação intermediada
pela enzima DNA polimerase (mais detalhes serão apresen-
tados adiante). As duas fitas são afastadas, e nucleotídeos de
DNA, dissolvidos no núcleo celular, vão sendo encaixados
pela atividade enzimática. Completada a construção das
fitas complementares, as moléculas em dupla-hélice se-
param-se.
A duplicação do DNA é do tipo semiconservativa, pois
as duas moléculas produzidas no processo têm uma cadeia
antiga e uma cadeia nova, recém-gerada; isso significa que
o DNA conserva uma metade antiga e acrescenta uma me-
tade nova (Fig. 6).
GC
TA
TA
A
TA
GC
T
TA
TA
TA
AT
C
C
G
G
G
G
T
A
AT
TA
CG
C
C
C
A
T
G C
G C
A T
TA
Cadeia
velha
GC
Cadeia
nova
Fig. 6 As duas cadeias da hélice parental se separam, e cada uma delas es-
pecifica a síntese de uma cadeia complementar de acordo com as regras de
emparelhamento de bases.
Esse processo, evidentemente, envolve o pareamento
com a seguinte correspondência de bases:
A T
C G
T A
G C
Cada nova cadeia de DNA produzida é complementar à
cadeia antiga que serviu de molde para a replicação (Fig. 7).
A enzima DNA polimerase age adicionando um nucleotídeo
por vez à cadeia polinucleotídica em formação, fazendo a
ligação entre o fosfato e a pentose.
Molécula original de DNA
Separação
das cadeias
A T
G C
C G
T A
A T
G C
A T
G C
C G
T A
A T
G C
A T
G C
C G
T A
A T
G C
A T
G C
C G
T A
A T
G C
A T
G C
C G
T A
A T
G C
A T TA
G C
C G
T A
A T
G C
Nucleotídeos
complementares
são ajustados
Cadeia
antiga
Cadeia
nova
Cadeia
nova
Cadeia
antiga
Molécula-filha Molécula-filha
Fig. 7 Detalhe do processo de replicação semiconservativa, apresentando o pa-
reamento de bases nitrogenadas complementares.
Cada uma das moléculas produzidas é idêntica à mo-
lécula original de DNA. Esse processo garante a preser-
vação da identidade do material genético, que pode ser
transmitido às células-filhas sem alterações.
Eventualmente, pode haver uma alteração na ordem das
bases nitrogenadas do DNA, caracterizando uma mutação. A
taxa de emparelhamento de nucleotídeos errados é alta, da
ordem de 1 em cada 10 mil nucleotídeos incorporados. Po-
rém, a DNA polimerase somente incorpora um nucleotídeo
corretamente emparelhado à nova cadeia, o que diminui
a taxa de erro para 1 em cada 10 milhões de nucleotídeos
incorporados. Essa é uma das menores taxas de erro co-
nhecidas para enzimas. Assim, a DNA polimerase constitui
um dos mecanismos de reparo de mutações no DNA.
Transcrição
É o processo de produção de RNA a partir de um
molde constituído por DNA. A transcrição do DNA nuclear
depende da enzima RNA polimerase e da presença de
nucleotídeos de RNA dispersos no núcleo.
Com a intervenção da RNA polimerase, certo trecho da
molécula de DNA tem suas cadeias afastadas. Uma das ca
deias é ativa, isso quer dizer que só uma das cadeias serve de
molde para a produção de RNA, ou seja, o RNA terá apenas
uma cadeia, sendo caracterizado como simples fita. Nucleotí
deos complementares de RNA são ajustados à cadeia molde
de DNA, com a seguinte correspondência de bases:
Bases de DNA
Bases
complementares de RNA
A
G
C
T
U
C
G
A
Vale lembrar que o RNA não possui timina (T) e, em seu
lugar, apresenta a base uracila (U). O processo de transcri-
ção está representado na figura 8.
Bases
de DNA
Bases
complementares
de RNA
A
G
C
T
U
C
G
A
DNA
RNA polimerase
+
Nucleotídeos
de RNA
Fita
ativa
A T
G C
C G
T A
A T
G C
DNA
+
A T
G C
C G
T A
A T
G C
A T
RNA
G C
C G
T A
A T
G
A
G
C
U
A
G C
RNA
A
G
C
U
A
G
Fig. 8 Processo geral de formação de RNA a partir de DNA.
BIOLOGIA Capítulo 7 Ácidos nucleicos e síntese de proteínas22
Com isso, é possível estabelecer uma comparação en-
tre DNA e RNA. Enquanto o DNA apresenta duas cadeias
polinucleotídicas (dupla fita), o RNA apresenta apenas uma
(simples fita) Ambos apresentam três basesnitrogenadas
em comum (A, G e C) e uma exclusiva, sendo a uracila exclu-
siva do RNA e a timina exclusiva do DNA. Também há uma
diferença quanto ao tipo de pentose: o RNA possui ribose,
e o DNA, desoxirribose, que, como o nome indica, apre-
senta um oxigênio a menos. Outra diferença é o aparato
enzimático utilizado na síntese. O DNA utiliza um conjunto
de enzimas, dentre elas a DNA polimerase, enquanto o RNA
utiliza outro conjunto, tendo como enzima principal a
RNA polimerase (Tab. 2).
DNA RNA
Bases nitrogenadas
Número de cadeias
Pentose
Enzimas envolvidas
em sua síntese
Tab. 2 Comparação entre DNA e RNA. Esses ácidos nucleicos diferem em sua es-
trutura química; além disso, sua produção envolve diferentes enzimas.
RNA
Nos eucariontes, o RNA forma-se a partir do DNA,
presente no núcleo, nas mitocôndrias e nos cloroplas-
tos. Vamos considerar o RNA oriundo do núcleo. Há três
modalidades de RNA: mensageiro (RNAm), ribossômico
(RNAr) e transportador (RNAt). Cada um desses tipos
é formado a partir de diferentes trechos de moléculas
de DNA.
RNA ribossômico
Está relacionado a um segmento de algumas
moléculas de DNA, junto das quais se forma o nucléolo. Es
tudamos no Livro 1 que o nucléolo é rico em moléculas de
RNAr. Os ribossomos são organoides constituídos por
duas subunidades de tamanhos diferentes, compostas
de proteínas e de grande quantidade de RNAr, que cor-
responde a mais da metade da massa desse organoide.
Assim, o RNAr é um componente da estrutura dos ribos-
somos (Fig. 9).
DNA
DNA
Nucléolo
RNAr: componente
 de ribossomos
RNAr
Fig. 9 Moléculas de RNA ribossômico são produzidas a partir de alguns segmentos
de moléculas de DNA. Nos eucariontes, isso ocorre na região correspondente
ao nucléolo.
RNA mensageiro
É o que transmite informações do DNA aos ribossomos,
orientando a síntese de determinada proteína. Assim, o
segmento de DNA que serve de molde para a produção
de certo RNAm corresponde a um gene.
RNA transportador
É também denominado RNA solúvel. Sua função é car-
regar um aminoácido específico, que está dissolvido no
citosol, até os ribossomos, nos quais se realiza a síntese
de proteínas (Fig. 10).
Aminoácidos
Carioteca
Molécula
de DNA
RNAt
Gene
A
Gene
B
Ribossomos
Proteína A Proteína B
Ribossomos
RNAm A
RNAm B
Fig. 10 A origem e o papel do RNAt e do RNAm.
Outros ácidos nucleicos
Além dos RNAs citados, existem diversos outros tipos
de RNA com funções distintas. Há, por exemplo, molé-
culas de RNA que atuam como catalisadores e recebem
denominação de ribozimas.
Os ácidos nucleicos virais podem ter muitas variações
em relação ao padrão que foi descrito. Assim, há vírus que
têm DNA com uma cadeia, RNA com duas cadeias e RNA
com capacidade de replicação. Alguns desses aspectos
serão estudados na Frente 2.
Código genético
Uma molécula de RNA mensageiro liga-se a ribosso-
mos e orienta a síntese de determinada proteína. O RNAm
tem uma sequência de nucleotídeos, cuja parte variável
é a das bases nitrogenadas. Assim, pode-se dizer que o
RNAm apresenta uma sequência de bases nitrogenadas.
A proteína, por sua vez, apresenta uma sequência de ami
noácidos. Qual é a conexão entre essas duas sequências:
bases do RNAm e aminoácidos da proteína? Os cientistas
Khorana e Nirenberg estabeleceram experimentalmente a
seguinte relação: três bases nitrogenadas de uma molécula
de RNA mensageiro correspondem a um aminoácido que
integra uma cadeia proteica; é uma relação de 3 para 1
(3 bases para 1 aminoácido). Essa correspondência é o có-
digo genético (Fig. 11).
F
R
E
N
T
E
 1
23
DNA
RNAm
Aminoácido
A
Trinca de bases
um
aminoácido
codificam
CU GAG GU C
Fig. 11 O código genético: três bases nitrogenadas do RNA mensageiro corres-
pondem a um aminoácido.
Um trio ou uma trinca de bases do RNAm correspon-
de a um códon, que, normalmente, corresponde a um
aminoácido. A primeira correspondência descoberta foi
do trio de bases UUU, que corresponde ao aminoácido
fenilalanina. Com o tempo, foram descobertas as demais
correspondências do código genético. A tabela 3 mostra
alguns exemplos.
Trinca de bases do
DNA
Trinca de bases do
RNAm (códon)
Aminoácido
AAA UUU Fenilalanina
AAT UUA Leucina
CAA GUU Valina
Tab. 3 Alguns exemplos de código genético.
O código genético é universal, ou seja, é o mesmo
para praticamente todos os seres vivos. Assim, UUU cor-
responde ao aminoácido fenilalanina no ser humano, em
uma baleia, em uma margarida ou em uma bactéria A
universalidade do código genético é o que possibilita in-
serir material genético humano em uma bactéria de modo
que ela possa sintetizar uma proteína humana, como a
insulina. Apenas em alguns casos as trincas de RNAm
correspondem a diferentes aminoácidos; isso ocorre, por
exemplo, em certos protozoários e certas leveduras. A
universalidade do código genético é uma das principais
evidências da origem comum de todos os seres vivos.
No total, são 64 trincas possíveis. No entanto, os seres
vivos têm 20 tipos de aminoácido. Assim, há mais códons
que aminoácidos para serem identificados. O que ocorre
é que códons diferentes podem identificar um mesmo
aminoácido. Esses códons funcionariam como “sinôni-
mos”, pois se expressam no mesmo aminoácido, ou seja,
diferentes códons codificariam o mesmo aminoácido. Por
causa disso, dizemos que o código genético é degene-
rado. Por exemplo, UUU corresponde a fenilalanina, mas
o códon UUC também corresponde a esse mesmo ami-
noácido.
Há códons que não correspondem a nenhum ami-
noácido. Eles apresentam grande importância no contro-
le da síntese de proteína. Existem códons para parar o
processo de síntese, isto é, eles sinalizam que não será
acrescentado mais nenhum aminoácido, encerrando a
síntese daquela determinada proteína. É o caso dos có-
dons UGA, UAG, UAA (Fig. 12). Também há um códon que
identifica o início do processo. Toda proteína começa a ser
sintetizada com a introdução do aminoácido metionina, cujo
códon é AUG. Posteriormente, a metionina do início é remo-
vida da molécula proteica formada. A figura 13 apresenta os
64 códons de RNAm e sua correspondência.
Fig. 12 Esquema que resume os principais aspectos do código genético. São
apresentados exemplos de códons de término e de código degenerado.
Código genético
Universal Degenerado Códons de
término
UUU GUU, GUC
GUA, GUG
UGA, UAG,
UAA
- Ser humano
- Bactéria
 Margarida
- Códons
“sinônimos”
Fenilalanina Valina
Síntese de proteínas
Todo o processo de síntese proteica envolve, além do
RNAm, outros componentes citoplasmáticos, como enzimas,
ATP, aminoácidos, RNA transportador e ribossomos. Alguns
detalhes serão adicionados às explicações sobre o RNAt
e ribossomos.
RNA transportador
É constituído por uma cadeia de nucleotídeos, e, em
alguns segmentos, ocorre o emparelhamento de bases
complementares. Uma extremidade da molécula sempre
termina com a sequência de bases CCA; é nessa extre-
midade que a molécula de RNAt liga-se a determinado
AGA UUA AGC
AGG UUG AGU
GCA CGA GGA CUA CCA UCA ACA GUA
GCC CGC GGC AUA CUC CCC UCC ACC GUC UAA
GCG CGG GAC AAC UGC GAA CAA GGG CAC AUC CUG AAA UUC CCG UCG ACG UAC GUG UAG
GCU CGU GAU AAU UGU GAG CAG GGU CAU AUU CUU AAG AUG UUU CCU UCU ACU UGG UAU GUU UGA
A
la
n
in
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A
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to
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T
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si
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a
lin
a
S
to
p
Fig. 13 Os 64 códons de RNAm e sua correspondência. Notam-se códons de parada (“Stop”) e o códon de iniciação (metionina).
BIOLOGIA Capítulo 7 Ácidos nucleicos e síntese de proteínas24