Today’s postes crosses over into the realm of biochemistry, com um olhar sobre a estrutura química do DNA, e o seu papel na criação de proteínas nas nossas células. Claro, não é apenas nos humanos que o DNA é encontrado – ele está presente nas células de todas as formas de vida multicelulares na Terra. Este gráfico fornece uma visão geral de sua estrutura comum através destas formas de vida, e uma breve explicação de como ele permite a geração de proteínas.
DNA é encontrado no núcleo das células em organismos multicelulares, e foi isolado pela primeira vez em 1869, pelo médico suíço Friedrich Miescher. No entanto, sua estrutura só foi elucidada quase um século depois, em 1953. Os autores do trabalho em que esta estrutura foi sugerida, James Watson & Francis Crick, são hoje nomes familiares, e ganharam um prêmio Nobel por seu trabalho. Este trabalho, porém, dependia muito do trabalho de outra cientista, Rosalind Franklin.
A própria Franklin também estava investigando a estrutura do DNA, e foi sua fotografia de raio-X, mostrando claramente a estrutura de dupla hélice do DNA, que ajudou muito o seu trabalho. Ela ainda não tinha publicado suas descobertas quando Watson e Crick obtiveram acesso a elas, sem o seu conhecimento. No entanto, seu fracasso em ganhar um prêmio Nobel não é um lapso, mas apenas uma consequência da política do comitê de que prêmios Nobel não podem ser concedidos postumamente.
O modelo de DNA de dupla hélice (ácido desoxirribonucleico) consiste em duas cordas entrelaçadas. Estes filamentos são constituídos por nucleotídeos, que por sua vez consistem em três partes componentes: um grupo de açúcar, um grupo de fosfato e uma base. Os grupos açúcar e fosfato combinados formam a “espinha dorsal” de repetição dos fios de ADN. Existem quatro bases diferentes que podem ser potencialmente ligadas ao grupo do açúcar: adenina, timina, guanina e citosina, dadas as designações A, T, G e C.
As bases são o que permite que as duas vertentes de ADN se mantenham juntas. Fortes forças intermoleculares chamadas ligações de hidrogênio entre as bases em fios adjacentes são responsáveis por isso; devido às estruturas das diferentes bases, adenina (A) sempre forma ligações de hidrogênio com a timina (T), enquanto a guanina (G) sempre forma ligações de hidrogênio com a citosina (C). No DNA humano, em média há 150 milhões de pares de bases em uma única molécula – muito mais do que mostrado aqui!
As células do seu corpo constantemente dividem, regeneram e morrem, mas para que este processo ocorra, o DNA dentro da célula deve ser capaz de se replicar. Durante a divisão celular, as duas vertentes de DNA se dividem, e as duas vertentes individuais podem então ser usadas como modelo para construir uma nova versão da vertente complementar. Como A sempre emparelha com T, e G sempre emparelha com C, é possível trabalhar a seqüência de bases em uma cadeia usando a cadeia oposta, e é isso que permite que o DNA se replique a si mesmo. Este processo é realizado por uma família de enzimas chamadas DNA polimerases.
Quando o DNA é usado para criar proteínas, as duas cordas também devem se dividir. Neste caso, no entanto, o código do DNA é copiado para mRNA (ácido ribonucleico mensageiro), um processo conhecido como ‘transcrição’. A estrutura do RNA é muito semelhante à do ADN, mas com algumas diferenças chave. Em primeiro lugar, contém um grupo de açúcar diferente na espinha dorsal de fosfato de açúcar da molécula: ribose em vez de desoxirribose. Em segundo lugar, ainda usa as bases A, G e C, mas em vez da base T, usa o uracil, U. A estrutura do uracil é muito semelhante à da timina, sendo a ausência de um grupo metilo (CH3) a única diferença.
Após a cópia dos nucleotídeos do DNA, o mRNA pode deixar o núcleo da célula, e se dirige para o citoplasma, onde ocorre a síntese de proteínas. Aqui, moléculas complicadas chamadas ribossomos ‘lêem’ a sequência de bases sobre a molécula de mRNA. Os aminoácidos individuais, que combinados compõem proteínas, são codificados por três seções de letras do mRNA. Os códigos possíveis diferentes, e os aminoácidos que eles codificam, foram resumidos em um post anterior que olhou para estruturas de aminoácidos. Um tipo diferente de RNA, transferir RNA, é responsável para transportar aminoácidos para o mRNA, e permitir que eles se juntem.
Este processo não é sempre impecável, entretanto. Erros podem ocorrer na cópia da seqüência de DNA para o mRNA, e estes erros aleatórios são referidos como mutações. Os erros podem ser na forma de uma base alterada, ou mesmo de uma base eliminada ou adicionada. Alguns produtos químicos e radiação podem induzir essas alterações, mas também podem ocorrer na ausência desses efeitos externos. Podem levar a que o código de um aminoácido seja alterado para o de outro, ou mesmo tornado ilegível. Algumas doenças podem resultar de mutações durante a replicação do DNA, incluindo fibrose cística e anemia falciforme, mas vale a pena notar que as mutações também podem ter efeitos positivos.
Embora existam apenas 20 aminoácidos, o corpo humano pode combiná-los para produzir um número impressionante de aproximadamente 100.000 proteínas. A sua criação é um processo contínuo, e uma única cadeia proteica pode ter 10-15 aminoácidos adicionados a ela por segundo através do esquema do processo acima. Como o objetivo deste post era principalmente examinar a estrutura química do DNA, a discussão sobre replicação e síntese protéica tem sido mantida breve e relativamente simplista. Se você estiver interessado em ler mais sobre o assunto, verifique os links fornecidos abaixo!
Obrigado a Liam Thompson pela ajuda com a pesquisa para este post, e fornecer uma visão geral simples e incrivelmente útil do processo de síntese protéica a partir do DNA.
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