Ácidos nucleicos, replicação, transcrição e tradução

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Pré-vestibular social Professor José Azevedo Tiúba
Biologia III – Estrutura do DNA e síntese proteica
Professor Lucas Zanvettor
Estrutura do Ácidos nucleicos
Hoje em dia sabemos que os ácidos nucleicos são moléculas responsáveis pelo controle das atividades celulares e pela transmissão das características dos seres vivos através da hereditariedade. 
Conhecemos 2 estruturas que suprem essas funções, o DNA (ácido desoxirribonucleico) e RNA (ácido ribonucleico). A partir desse nome, podemos entender a principal diferença entre essas moléculas: a presença de uma molécula a mais de oxigênio no RNA em relação ao DNA. Esse é o fator que torna a molécula de DNA mais estável. 
Cada uma dessas moléculas é um polímero formados pela repetição de uma estrutura chamada nucleotídeo, que por sua vez são formados por 1 grupo fosfato + 1 um açúcar de 5 carbonos (pentose) + 1 base nitrogenada (que é o que de fato diferencia os nucleotídeos entre si). 
Ao falarmos de DNA, sabemos que a pentose presente é uma desoxirribose. 
Ao falarmos de RNA, sabemos que a pentose presente é uma ribose. 
OBS: É possível notar que o grupamento fosfato é representado com O-, indicando a liberação de H+. Isso é o que dá o caráter ácido dessa molécula.
É partindo dessa estrutura, que se repete bastante ao longo de uma cadeia, que formamos as moléculas de DNA e RNA. O fosfato e o açúcar são o que formam as fitas, ou seja, a parte estrutural da molécula. Enquanto a base nitrogenada é o que fica voltada para a parte mais “interna” e consegue se parear com outra fita, como é o caso do DNA. 
Esse pareamento entre as fitas só é possível a partir da complementariedade entre as bases. Isso significa dizer que as bases se ligam a partir de uma certa afinidade e por isso elas são separadas em grupos: as púricas e as pirimidicas
	
	DNA
	RNA
	TIPO DE BASE
	TIPO DE FITA
	Dupla (hélice)
	Simples
	 
	PENTOSE
	Desoxirribose
	Ribose
	 
	BASE NITROGENADA
	Citosina (C) 
	Citosina (C) 
	Pirimidina
	
	Timina (T)
	Timina (T)
	
	
	Adenina (A)
	Adenina (A)
	Purina
	
	Guanina (G)
	Uracila (U)
	
De uma maneira geral, a diferença entre as bases púricas e as pirimídicas está ligada ao número de estruturas em anéis em sua composição. 
A complementariedade é tida entre as bases ADENINA + TIMINA (em DNAs) ou URACILA (em RNAs), ligadas entre si por 2 pontes de hidrogênio e GUANINA + CITOSINA, ligadas entre si por 3 pontes de hidrogênio. 
Observando agora uma estrutura já montada de um DNA, podemos abordar agora a característica de que o DNA é composto por fitas antiparalelas. Isso quer dizer que elas são paralelas, mas seguem sentidos opostos. Esse sentido é definido a partir do número de carbonos da pentose, tendo como referência o início onde a base nitrogenada se liga ao açúcar e sempre em sentido horário. Esse conhecimento vai ser importante nas próximas etapas desse módulo. 
É interessante notar também que além das pontes de hidrogênio que são formadas entre as bases nitrogenadas, a presenças das ligações entre o fosfato de um nucleotídeo com a pentose do próximo nucleotídeo. Essa é a chamada ligação fosfodiéster. 
Relação de Chargaff
Muitas vezes essa relação é negligenciada, mas certamente ela é muito importante. Chargaff notou que, em qualquer molécula de DNA, devido a forma com que as bases são pareadas podemos saber a proporção de qualquer base nitrogenada sabendo a proporção de pelo menos uma base. 
Se em uma molécula de DNA temos um total de 12% de adeninas e sabendo que adeninas SEMPRE são pareadas com timinas, conclui-se que essas também irão compor 12% da molécula total. Sabendo também que fora as adeninas e timinas só é possível termos citosinas e guaninas, significa dizer que essas últimas irão juntar somar o restante das bases de todo o DNA. Ou seja, 24% do DNA é composto por A e T, logo 76% do DNA é composto por C e G. Mais do que isso, concluímos também que se 76% é C e G, obrigatoriamente 38% são C e 38% são G.
Replicação do DNA
A replicação do DNA é o processo em que todo o material genético de uma célula é inteiramente duplicado para que aconteça a divisão celular. Esse é um processo que ocorre em 2 etapas: 
1. Abertura da fita de DNA
Para essa etapa, são necessárias 2 enzimas: topoisomerase e helicase. A primeira tem a função de controlar o desenrolar da fita de DNA pois, como ela é uma molécula composta de 2 fitas, caso o desenrolamento fosse “forçado” poderiam ocorrer danos a esse material. A segunda é a enzima que vai separar as duas fitas de forma propriamente dita. 
É importante lembrar que existem algumas regiões ao longo de uma fita onde essas enzimas atuam com mais facilidade (regiões ricas em adenina e timina). Assim, são abertas diversas regiões da fita ao mesmo tempo, originando as bolhas de replicação, cada uma com 2 forquilhas de replicação.
2. Replicação do DNA
Agora que as fitas estão abertas e com seus nucleotídeos “expostos” (despareados), é possível que a enzima DNA polimerase se encaixe na forquilha e pareie um desoxirribonucleotídeo com o que estava despareado. Nesse momento, há uma checagem para conferir se de fato os nucleotídeos foram pareados corretamente. Caso o pareamento tenha sido correto, então a enzima polimeriza o próximo nucleotídeo e estabelece uma ligação fosfodiéster entre eles. 
IMPORTANTE 1: esse evento ocorre em ambas as fitas do DNA simultaneamente, ou seja, no final teremos 2 moléculas idênticas de DNA a qual em ambas teremos 1 fita molde da molécula original e 1 fita complementar nova. Isso é o que dá a característica semiconservativa dessa replicação. 
IMPORTANTE 2: a DNA polimerase é uma enzima que adiciona os nucleotídeos pareados com a fita molde SEMPRE NO SENTIDO 5’ -> 3’.
· Mas, se numa molécula de DNA temos uma fita em cada sentido, como é feita a polimerização da fita complementar? 
· Na fita molde 3’->5’, a fita complementar é polimerizada de forma contínua pois ela é construída no sentido 5’->3’. 
· Por outro lado, na fita molde 5’->3’ a polimerização acontece em partes (fragmentos de Okazaki). Para isso, é necessário que seja adicionado um primer de RNA na região para que a DNA polimerase reconheça aquele local onde ela deve atuar. Ao final da polimerização desse trecho, o primer é removido e a DNA polimerase se libera para procurar por outro trecho para polimerizar. 
· Esses fragmentos de DNA são então ligados por uma enzima chamada ligase
Transcrição do DNA
Agora nós entramos em um momento que faz parte da toda a vida da célula, que é a síntese proteica. É a partir das próximas etapas que se inicia a produção de uma proteína, componente vital para a realização das funções do corpo. 
Antes de mergulhar nas etapas, é bom conhecermos o processo e algumas características essenciais. De forma direta, a transcrição do DNA é o processo em que uma fita de DNA é lida para polimerizar uma molécula de RNA. Como agora não necessitamos de todo o material genético, a transcrição ocorre apenas em alguns trechos que são chamados de genes. Esse é o primeiro passo para a expressão gênica, onde uma instrução contida no DNA é decodificada em uma característica biológica. 
Os genes são trechos de DNA, ou seja, sequências de nucleotídeos e que podem ser categorizados em 3 tipos: os genes codificadores de proteínas, os codificadores de RNA (transportador e ribossomal) e os genes reguladores (que regulam outros genes e sua expressão).
1. Muito familiar ao processo de replicação, a transcrição tem sua primeira etapa com a abertura da fita de DNA usando das mesmas proteínas de antes, a helicase e a topoisomerase. Dessa vez, a enzima que irá ler a fita molde será a RNA polimerase e irá polimerizar uma fita de RNA. Da mesma forma que a DNA polimerase, a RNA polimerase sintetiza uma fita nova no sentido 5’-3’
IMPORTANTE: estamos sintetizando RNA! Isso significa que a RNA polimerase irá encaixar ribonucleotídeos pareando-os com os desoxirribonucleotídeos da fita molde.
2. Ao serem encaixados os nucleotídeos corretos, a RNA polimerase estabelece uma conexão entre eles e continua “caminhando” pela fita esintetizando o RNA. Quimicamente, o RNA e DNA não se ligam de forma muito forte. Assim a nova molécula de RNA logo se desprende do DNA que não demora muito para voltar a se parear com a fita complementar. 
Splicing e splicing alternativo
Quando uma região do DNA é aberta para ser transcrita, nem toda ela contém informações úteis ou podem até conter pedaços de genomas virais, por exemplo. Dessa forma, esse trecho passa por um processo chamado splicing, onde são retiradas porções sem utilidade chamadas de íntrons, deixando apenas as regiões éxon. Um mecanismo chamado splicing alternativo permite que um mesmo trecho tenha diferentes íntrons ou éxons, dando origem a diferentes proteínas. 
3. Ocorridas as últimas etapas, incluindo o splicing, esse RNA que é chamado de RNA mensageiro irá sair do número em direção ao citoplasma, onde ele irá ser traduzido em uma proteína. 
Tradução do DNA
Tendo agora uma molécula de RNA mensageiro que é complementar a um trecho do DNA molde (um gene), podemos decodificar essa mensagem para produzir uma proteína que irá realizar funções importantes dentro da célula.
Antes eram vistos processos de cópias, porém agora iremos decodificar o que foi copiado antes. Para isso, existe o código genético que nada mais é do que uma tabela que decodifica a sequência de nucleotídeos e as traduz em aminoácidos. A tradução acontece em uma estrutura chamada ribossomo, que é composta de RNA ribossomal e proteínas. 
1. A fita de RNA mensageiro, contendo toda a informação que foi transcrita do DNA molde, se liga ao ribossomo. Esse então é responsável por atrair RNAs transportadores presentes no citoplasma. Estes últimos serão responsáveis por transportar os aminoácidos para o ribossomo. 
· Mas como o ribossomo sabe qual RNA transportador é o correto? A fita transcrita é composta de diversos nucleotídeos que, pareados de 3 em 3 formam conjuntos que chamamos de códon. Cada códon corresponde a um aminoácido específico, que por sua vez, está ligado a um RNA transportador específico e é identificado por uma estrutura chamada anticódon. 
2. Cada ribossomo possui 2 regiões, a região A e a região P. A primeira é onde vai ocorrer a chegada do aminoácido e seu RNA transportador. A segunda é onde a cadeia polipeptídica vai sendo formada. 
3. Assim que os dois primeiros RNA transportadores são acoplados ao ribossomo, a estrutura toda “anda” para o próximo códon: os aminoácidos se ligam, a RNA que estava na região P se solta e a estrutura “anda”, deixando livre a região A, para que o próximo RNA transportador chegue com o próximo aminoácido. 
IMPORTANTE: SEMPRE o primeiro aminoácido de todas as cadeias é a Metionina de código AUG. Esse é o chamado códon start. Não necessariamente ele irá aparecer somente no início.
4. Assim a proteína vai sendo sintetizada, aminoácido por aminoácido, seguindo o código genético até que o ribossomo encontre um códon de parada (de 3 possíveis). A partir daí a proteína está pronta e ela se solta do ribossomo para ir atuar em sua função 
É importante ter em mente que o código genético possui 2 características muito importantes:
- Universal: praticamente todos os seres vivos usam esse mesmo código genético
- Degenerado/ Repetitivo / Redundante: essa característica vem do fato de que mais de códon pode originar o mesmo aminoácido. E isso é muito bom. Uma vez que nossas proteínas exercem funções extremamente importantes, em caso de uma possível mutação ou erro no pareamento de bases, o mesmo aminoácido ainda poderá ser adicionado na sequência, mantendo a integridade da proteína.