DNA (ácido desoxirribonucleico) é uma das moléculas mais importantes do seu corpo, e embora cerca de 99,9% do seu DNA seja o mesmo que o de qualquer outro humano, o 0,1% que é diferente é o que o torna geneticamente único! Esta pequena estrutura biológica é o derradeiro manual de instruções, contendo as “receitas” para as proteínas que o seu corpo precisa para se desenvolver e funcionar.

Hoje, vamos dar-lhe um primer sobre o básico do ADN. Vamos falar sobre a sua estrutura, como se replica e o papel que desempenha na produção de proteínas.

A estrutura do ADN: Poderes Biológicos Fenomenais… Itty Bitty Living Space

Sabia que na célula humana média, há cerca de 2m de ADN? Isso é bastante impressionante, considerando que mesmo as maiores células têm pouco mais de 100µm de diâmetro. (Isso é realmente minúsculo, a propósito – 1µm é um milionésimo de um metro)

Como é todo esse material genético embalado em um espaço bem menor que a cabeça de um alfinete? A resposta curta é um monte de torção e enrolamento. O DNA envolve aglomerados de proteínas chamados histones para formar unidades chamadas nucleosomas. Estes nucleossomas dobram-se numa fibra com padrão zig-zag, que depois forma loops.

Existem 46 cadeias separadas de ADN em cada célula somática do corpo humano. Cada uma delas é chamada de cromossoma. Os cientistas agrupam-nos em 23 pares homólogos, o que significa que os cromossomas de cada par são semelhantes em estrutura e função. A única exceção é o 23º par – os cromossomos sexuais – em indivíduos biologicamente masculinos. Os cromossomos sexuais X e Y têm apenas certas regiões (regiões autossômicas) que são homólogas.

A nível molecular, o DNA tem uma forma característica de dupla hélice, e embora isto não tenha sido observado pelos cientistas até meados do século 20, rapidamente se tornou uma das formas mais icônicas em toda a ciência.

Imagem de A&P 6.

Os lados desta escada torcida são compostos por moléculas alternadas de açúcar (deoxirribose, para ser mais preciso) e um grupo fosfato. Cada lado é nomeado pela direcção em que corre (5′-3′ ou 3′-5′). Os “degraus” da escada são compostos por duas bases nitrogenadas, mantidas juntas com ligações de hidrogênio.

Crédito de imagem: Madeleine Price Ball (Wikimedia Commons).

Quatro bases nitrogenadas – citosina, timina, adenina e guanina – podem ser encontradas em filamentos de DNA. Em termos de sua estrutura química, citosina e timina são pirimidinas e adenina e guanina são purinas. Adenina e tiamina (A e T) sempre emparelhadas, e guanina e citosina (G e C) sempre emparelhadas. Eles se emparelham desta forma porque A e T formam duas ligações de hidrogênio um com o outro e G e C formam três.

No nível mais básico, diferentes secções de fios de ADN (sequências de bases azotadas) fornecem instruções para a síntese de proteínas. Uma única secção de ADN pode mesmo codificar para múltiplas proteínas!

Replicação: Duplicação no DNA

Imagem de A&P 6.

Replicação do DNA de uma célula ocorre antes de uma célula se preparar para a divisão – seja mitose ou meiose I.

Replicação em três passos.

1. DNA desenrola-se dos histones.
2. Uma enzima chamada DNA helicase abre a estrutura da hélice num segmento de DNA, quebrando as ligações entre as bases nitrogenadas. Ele faz isso de forma semelhante a um zíper, deixando um garfo de replicação atrás dele.
3. Aqui é onde as coisas se tornam funky.

• Na fita de 5′-3′ do DNA, uma enzima chamada DNA polimerase desliza em direção ao garfo de replicação e usa a seqüência de bases nitrogenadas nessa fita para fazer uma nova fita de DNA complementar a ela (isto significa que suas bases se emparelham com as da fita antiga).
• Na cadeia de 3′-5′, múltiplas DNA polimerases combinam pares de bases em segmentos parciais, afastando-se do garfo de replicação. Mais tarde, a ligase de ADN liga estes segmentos parciais a um novo segmento contínuo de ADN.

Queres saber algo limpo? Quando uma molécula de DNA se replica, cada uma das novas moléculas de DNA resultantes contém um fio do original, então nenhum deles é completamente “novo”. Além disso, novas histórias são feitas ao mesmo tempo em que o DNA se replica, para que as novas cadeias de DNA possam se enrolar em torno delas.

Interlude: RNA vs DNA

Antes de discutirmos transcrição e tradução, os dois processos chave para a síntese de proteínas, precisamos de falar de outro tipo de molécula: RNA.

RNA é muito parecido com o ADN, tem uma espinha dorsal de açúcar e fosfato e contém sequências de bases azotadas. No entanto, existem algumas diferenças vitais entre o RNA e o DNA:

• O RNA tem apenas uma cadeia nucleotídica. Parece apenas um lado da escada de DNA.

• RNA tem ribose como o açúcar em sua espinha dorsal.

• RNA tem Uracil (U) em vez de timina.

• RNA é menor que o DNA. O RNA tem um tampão de cerca de 10.000 bases, enquanto o DNA tem em média cerca de 100 milhões.
• O RNA pode deixar o núcleo. Na verdade, ele faz a maior parte do seu trabalho no citoplasma.

Existem vários tipos diferentes de RNA, cada um com funções diferentes, mas para os propósitos deste artigo, vamos focar no RNA mensageiro (mRNA) e transferir RNA (tRNA).

Fazer uma proteína, Parte 1: Transcrição

Transcrição é a primeira fase do processo de fabricação da proteína, mesmo que a síntese real da proteína não aconteça até a segunda fase. Essencialmente, o que acontece durante a transcrição é que um mRNA “copia para baixo” as instruções para fazer uma proteína do DNA.

Imagem de A&P 6.

Primeiro, uma enzima chamada RNA polimerase abre uma seção do DNA e monta uma cadeia de mRNA através da “leitura” da seqüência de bases em uma das cadeias de DNA. Se houver um C no DNA, haverá um G no RNA (e vice versa). Se houver um T no DNA, haverá um A no RNA, mas se houver um A no DNA, haverá um U (ao invés de um T) no RNA. À medida que a polimerase do RNA percorre a cadeia do DNA, fecha a estrutura helicoidal de volta para cima depois dele.

Antes de o novo mRNA poder sair para entregar as suas instruções de fabricação de proteínas, ele é “limpo” pelas enzimas. Eles removem segmentos chamados introns e depois juntam os segmentos restantes, chamados exons, juntos. Os exons são as sequências que realmente codificam as proteínas, então são aqueles que o mRNA precisa manter. Você pode pensar em introns como o preenchimento entre os exons.

Também, lembra como eu mencionei que uma única sequência de DNA pode codificar para múltiplas proteínas? Emenda alternativa é a razão pela qual: antes do mRNA deixar o núcleo, seus exons podem ser emendados de diferentes maneiras.

Fazer uma Proteína, Parte 2: Tradução

Depois de tudo limpo e pronto para ir, o mRNA deixa o núcleo e sai para cumprir seu destino: participando da tradução, a segunda metade da construção da proteína.

No citoplasma, o mRNA deve fazer interface com o tRNA com a ajuda de um ribossomo. tRNA é um tipo de RNA que tem um lugar para ligar a aminoácidos livres e uma sequência especial de três bases nitrogenadas (um anticodonte) que se liga ao ribossomo.

Ribossomos são organelas que facilitam o encontro do tRNA e do mRNA. Durante a tradução, ribossomos e tRNA seguem as instruções sobre o mRNA e montam aminoácidos em proteínas.

Imagem de A&P 6.

Cada ribossoma é composto por duas subunidades (grandes e pequenas). Estas juntam-se no início da tradução. As subunidades ribossómicas podem normalmente ser encontradas a flutuar no citoplasma, mas um ribossoma irá ancorar no retículo endoplasmático rugoso se a proteína que está a fazer tiver de ser colocada numa vesícula de transporte. Os ribossomos também têm três locais de ligação onde o tRNA pode atracar: o local A (aminoacril, primeira posição), o local P (peptidyl, segunda posição) e o local E (posição de saída).

Ultimamente, a tradução tem três etapas: iniciação, alongamento e terminação.

Durante a iniciação, o fio de mRNA forma um laço, e uma pequena subunidade do ribossomo (o fundo do ribossomo) se prende a ele e encontra uma seqüência de bases que o sinaliza para iniciar a transcrição. A isto se chama o códão de início (AUG).

Então, um tRNA com pares anticódão UAC com este códão de início e assume a segunda posição (P) do local do ribossomo. Este tRNA transporta o aminoácido Metionina (Met). Neste ponto, a subunidade grande do ribossomo também fica em posição (está acima do mRNA e a subunidade pequena está abaixo).

Na fase de alongamento, o ribossomo totalmente montado começa a deslizar ao longo do mRNA. Digamos que a próxima sequência de bases que encontra após o códão de início é GCU. Uma molécula de tRNA com o anticódon CGA ligar-se-á à primeira posição (A) do ribossomo. O aminoácido que carrega (alanina) forma uma ligação peptídeo com Met. Depois, o tRNA CGA (carregando a cadeia Met-Ala) move-se para a segunda posição e o tRNA UAC entra no local de ligação do E. O local da primeira posição está então pronto para aceitar um novo tRNA. Este processo continua até o ribossomo chegar a um códon “stop”.

Video footage from A&P 6.

Terminação é mais ou menos o que parece. Ao alcançar o códão “stop”, o tRNA que se liga à primeira posição carrega uma proteína chamada fator de liberação. A cadeia de aminoácidos rompe-se então do ribossomo, ou indo para o citosol ou para a cisterna do ER bruto, e o ribossomo desmonta-se. No entanto, ele pode muito bem remontar e contornar novamente o laço do mRNA. Além disso, vários ribossomas podem funcionar no mesmo mRNA de uma só vez!

E esses são os princípios básicos do ADN!

Aqui está um gráfico útil que você pode ver se você precisa lembrar as diferenças entre transcrição, tradução e replicação:

	Localização	Propósito	Principais Participantes	Produto(s)
Replicação	Núcleo	Duplicar um fio completo de ADN	> DNA DNA helicase DNA polimerase DNA ligase	2 feixes idênticos de ADN
Transcrição	Núcleo	Utilizar um fio de DNA para construir uma molécula de mRNA	DNA RNA polimerase (DNA ligase)	mRNA
Translation	Citoplasma	Utilizar mRNA para construir uma cadeia de aminoácidos	mRNA Ribossoma tRNA (e aminoácidos)	Cadeia de aminoácidos (proteínas)

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• Anatomia & Fisiologia: Partes de uma célula humana
• Transporte minúsculo: Transporte Passivo vs. Activo em Células

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