A molecularização da Genética: uma itrodução
Publicado em 15 de dezembro de 2009 por B M C
A molecularização da Genética, processo que substituiu a clássica e, muitas vezes, ultrapassada Genética Clássica teve início na descoberta do DNA por Watson e Crick. O conceito de Gene foi melhor compreendido e a Genética deixou de ser meramente a "ciência de hereditariedade", passando a ser a Ciência da Vida e de tudo que se envolve à ela intimamente. O comportamento biológico e fisiológico passou a ser melhor, assim como as patologias, possibilitando cohecimento mais profundo e rilhantes métodos diagnósticos.
É uma ciência biológica e biomédica amplamente estudada por Biólogos e Biomédicos em todo o mundo e, em menor escala, por farmacêuticos (no Brasil). Seus conceitos já são de grande importância na medicina diagnóstica e serão de grande importância em terapias e tratamentos. O único inconveniente em países como o Brasil é que a esmagadora maioria dos clínicos apresentam pouco ou não apresentam conhecimento satisfatório nesta área.
O Ácido Desoxirribonucléico (DNA) é a molécula informacional por excelência no planeta Terra. O genoma do ser humano e de boa parte dos seres vivos (excetuando-se os vírus, se os considerarmos como tal) são formados por duas fitas complementares, numa estrutura circular (em procariotos) ou distribuído em estruturas lineares (em eucariotos). A esta estrutura dá-se o nome de cromossomo.
Seguem os processos do fluxo da informação genética dentro das células.
No processo de REPLICAÇÃO a informação genética contida nas fitas é copiada, formano-se duas novas fitas que saem pareadas, cada uma com uma das fitas antigas, num processo conhecido como replicação semi-conservativa. O DNA, uma molécula extraordinariamente estável e de composição química muito simples, apresenta a estrutura principal da fita (o nucleotídeo) formada por um açúcar denominado desoxirribose ligado ao seguinte por uma ponte fosfodiéster, mais uma base nitrogenada e grupamentos fosfato. As bases, que se ligam aos açúcares e estão voltadas para dentro da fita dupla, são de apenas 4 tipos púricas e pirimídicas: Adenina, Timina, Guanina e Citosina. As duas fitas se unem por pontes de hidrogênio entre as bases de fitas diferentes, numa regra fixa, conhecida como regra de Chargaff: A pareia com T através de duas pontes de hidrogênio, e G pareia com C através de três, semre uma purina com uma pirimidina, mantendo a uniformidade da molécula. Uma vez pareadas, as fitas assumem a conformação de uma dupla hélice com duas fendas helicoidais, podendo, em eucariotos, apresentar as formas A, B e Z. A replicação da informação genética tem de ser um processo perfeito, embora não desprovido de erros, pois, se por um lado o excesso de erros levaria à morte da célula filha por mutações deletérias, por outro uma ausência total de erros geração após geração implicaria uma evolução lenta ou nula.
Durante a TRANSCRIÇÃO, o Ácido Ribonucléico (RNA) funciona como intermediário da informação genética nos organismos em que a informação genética primária está armazenada na forma de DNA. A literatura científica divide o RNA em RNAs mensageiros (mRNA), RNAs transportadores (tRNA) e RNAs ribossomais (rRNA). A existência do tRNA foi primeiramente proposta por Crick ainda na década de 50, muito antes de sua descoberta, a partir de considerações teóricas. O rRNA, constituinte dos ribossomos já era conhecido e o tRNA foi logo descoberto. O mRNA de bactérias tem uma vida média considerada curta, cerca de 60 segundos, o que faz com que seu isolamento e caracterização seja muito difícil. Os dois outros são muito mais estáveis. Por outro lado, o mRNA eucariotos é bastante estável.
A síntese de uma molécula RNA a partir de uma de DNA é feita por uma enzima conhecida como RNA polimerase, levando o nome de transcrição. Cada base de DNA pode parear corretamente apenas com uma base no RNA, numa regra semelhante àquela proposta por Chargaff: A pareia com U, T com A, C com G e G com C. É neste momento que acontece a incrível molécula híbrida, apresentando uma fita com desoxirribonucleotídeos e outra com ribonucleotídeos. Conforme vai sendo sintetizado, a fita de RNA se desguda da molécula de DNA progenitora, fenômeno ocorrido geralmente graças a um grampo de finalização ou à uma proteína Rho.
Há ainda um audacioso processo denominado TRANSCRIÇÃO REVERSA. Na década de 50 Watson e Crick propuseram que a replicação da informação gênica fosse realizada no nível do DNA e que seria transcrita em RNA para finalmente ser traduzida em proteína (exceto nos casos de rRNA e tRNA). Lindo isso! Entretanto, Howard Temin e David Baltimore, de forma independente, propuseram, no início dos anos 70, que certos vírus teriam o genoma na forma de RNA e empregariam o DNA como seu intermediário replicativo. Para a síntese deste DNA estes vírus utilizariam uma enzinha chamada transcriptase reversa. Apesar de veementes protestos do próprio Watson, a proposta mostrou-se verdadeira e os dois cientistas receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia anos depois, em 1975. No processo de transcrição reversa o pareamento de RNA e DNA segue a clássica regra descrita para a transcrição normal.
Interessante é que existe, em Biologia Molecular, a chamada REPLICAÇÃO DE RNA! Alguns RNAs patogênicos (tais como viróides) e RNAs satélites são RNAs circulares que replicam-se pelo mecanismo de círculo rolante, produzindo uma longa fita de RNA. A clivagem desta fita nos vírus individuais é feita in vitro sem adição de enzima. Uma estrutura secundária do RNA, denominada "cabeça de martelo", é a responsável pela auto-clivagem do RNA.
Por último, há a TRADUÇÃO, um processo que visa produzir uma sequência de aminoácidos a partir do RNA. É o mais complexo dos processos no incrível fluxo da informação genética. Um conjunto vasto de proteínas, co-fatores mais o ribossomo, além dos RNAs transportador e mensageiro, são necessários para a síntese de rpoteínas. O grande diferencial desta etapa é que agora 3 bases de RNA formam um códon, que é interpretado pelo sistema de produção de proteínas como um aminoácido. Como há 4 bases, podem-se produzir 64 diferentes códons, mas apenas 20 aminoácidos são normalmenteempregados na síntese protéica. Assim, tem-se que vários códons codificam o mesmo aminoácido. Isto faz com que, do ponto de vista matemático, a tradução seja uma função que não admite o seu inverso. Assim, o DNA dá origem ao RNA e este produz uma proteína funcional ou estrutural que, de qualquer forma, é indispensável para o funcionamento normal de um organismo, seja ele procarioto (como de uma bactéria) ou eucarioto (como de humano).
Estes processos são os responsáveis mais íntimos pela vida e sua manutenção.
É uma ciência biológica e biomédica amplamente estudada por Biólogos e Biomédicos em todo o mundo e, em menor escala, por farmacêuticos (no Brasil). Seus conceitos já são de grande importância na medicina diagnóstica e serão de grande importância em terapias e tratamentos. O único inconveniente em países como o Brasil é que a esmagadora maioria dos clínicos apresentam pouco ou não apresentam conhecimento satisfatório nesta área.
O Ácido Desoxirribonucléico (DNA) é a molécula informacional por excelência no planeta Terra. O genoma do ser humano e de boa parte dos seres vivos (excetuando-se os vírus, se os considerarmos como tal) são formados por duas fitas complementares, numa estrutura circular (em procariotos) ou distribuído em estruturas lineares (em eucariotos). A esta estrutura dá-se o nome de cromossomo.
Seguem os processos do fluxo da informação genética dentro das células.
No processo de REPLICAÇÃO a informação genética contida nas fitas é copiada, formano-se duas novas fitas que saem pareadas, cada uma com uma das fitas antigas, num processo conhecido como replicação semi-conservativa. O DNA, uma molécula extraordinariamente estável e de composição química muito simples, apresenta a estrutura principal da fita (o nucleotídeo) formada por um açúcar denominado desoxirribose ligado ao seguinte por uma ponte fosfodiéster, mais uma base nitrogenada e grupamentos fosfato. As bases, que se ligam aos açúcares e estão voltadas para dentro da fita dupla, são de apenas 4 tipos púricas e pirimídicas: Adenina, Timina, Guanina e Citosina. As duas fitas se unem por pontes de hidrogênio entre as bases de fitas diferentes, numa regra fixa, conhecida como regra de Chargaff: A pareia com T através de duas pontes de hidrogênio, e G pareia com C através de três, semre uma purina com uma pirimidina, mantendo a uniformidade da molécula. Uma vez pareadas, as fitas assumem a conformação de uma dupla hélice com duas fendas helicoidais, podendo, em eucariotos, apresentar as formas A, B e Z. A replicação da informação genética tem de ser um processo perfeito, embora não desprovido de erros, pois, se por um lado o excesso de erros levaria à morte da célula filha por mutações deletérias, por outro uma ausência total de erros geração após geração implicaria uma evolução lenta ou nula.
Durante a TRANSCRIÇÃO, o Ácido Ribonucléico (RNA) funciona como intermediário da informação genética nos organismos em que a informação genética primária está armazenada na forma de DNA. A literatura científica divide o RNA em RNAs mensageiros (mRNA), RNAs transportadores (tRNA) e RNAs ribossomais (rRNA). A existência do tRNA foi primeiramente proposta por Crick ainda na década de 50, muito antes de sua descoberta, a partir de considerações teóricas. O rRNA, constituinte dos ribossomos já era conhecido e o tRNA foi logo descoberto. O mRNA de bactérias tem uma vida média considerada curta, cerca de 60 segundos, o que faz com que seu isolamento e caracterização seja muito difícil. Os dois outros são muito mais estáveis. Por outro lado, o mRNA eucariotos é bastante estável.
A síntese de uma molécula RNA a partir de uma de DNA é feita por uma enzima conhecida como RNA polimerase, levando o nome de transcrição. Cada base de DNA pode parear corretamente apenas com uma base no RNA, numa regra semelhante àquela proposta por Chargaff: A pareia com U, T com A, C com G e G com C. É neste momento que acontece a incrível molécula híbrida, apresentando uma fita com desoxirribonucleotídeos e outra com ribonucleotídeos. Conforme vai sendo sintetizado, a fita de RNA se desguda da molécula de DNA progenitora, fenômeno ocorrido geralmente graças a um grampo de finalização ou à uma proteína Rho.
Há ainda um audacioso processo denominado TRANSCRIÇÃO REVERSA. Na década de 50 Watson e Crick propuseram que a replicação da informação gênica fosse realizada no nível do DNA e que seria transcrita em RNA para finalmente ser traduzida em proteína (exceto nos casos de rRNA e tRNA). Lindo isso! Entretanto, Howard Temin e David Baltimore, de forma independente, propuseram, no início dos anos 70, que certos vírus teriam o genoma na forma de RNA e empregariam o DNA como seu intermediário replicativo. Para a síntese deste DNA estes vírus utilizariam uma enzinha chamada transcriptase reversa. Apesar de veementes protestos do próprio Watson, a proposta mostrou-se verdadeira e os dois cientistas receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia anos depois, em 1975. No processo de transcrição reversa o pareamento de RNA e DNA segue a clássica regra descrita para a transcrição normal.
Interessante é que existe, em Biologia Molecular, a chamada REPLICAÇÃO DE RNA! Alguns RNAs patogênicos (tais como viróides) e RNAs satélites são RNAs circulares que replicam-se pelo mecanismo de círculo rolante, produzindo uma longa fita de RNA. A clivagem desta fita nos vírus individuais é feita in vitro sem adição de enzima. Uma estrutura secundária do RNA, denominada "cabeça de martelo", é a responsável pela auto-clivagem do RNA.
Por último, há a TRADUÇÃO, um processo que visa produzir uma sequência de aminoácidos a partir do RNA. É o mais complexo dos processos no incrível fluxo da informação genética. Um conjunto vasto de proteínas, co-fatores mais o ribossomo, além dos RNAs transportador e mensageiro, são necessários para a síntese de rpoteínas. O grande diferencial desta etapa é que agora 3 bases de RNA formam um códon, que é interpretado pelo sistema de produção de proteínas como um aminoácido. Como há 4 bases, podem-se produzir 64 diferentes códons, mas apenas 20 aminoácidos são normalmenteempregados na síntese protéica. Assim, tem-se que vários códons codificam o mesmo aminoácido. Isto faz com que, do ponto de vista matemático, a tradução seja uma função que não admite o seu inverso. Assim, o DNA dá origem ao RNA e este produz uma proteína funcional ou estrutural que, de qualquer forma, é indispensável para o funcionamento normal de um organismo, seja ele procarioto (como de uma bactéria) ou eucarioto (como de humano).
Estes processos são os responsáveis mais íntimos pela vida e sua manutenção.