O que faz o DNA?

Existem duas classes de bases de nitrogênio chamadas purinas (estruturas aneladas duplas) e pirimidinas(estruturas aneladas simples). As quatro bases no alfabeto do DNA são:

• adenina (A) - uma purina
• citosina (C) - uma pirimidina
• guanina (G) - uma purina
• timina (T) - uma pirimidina

Uma ligação de hidrogênio é uma ligação química frágil que ocorre entre os átomos de hidrogênio e os átomos mais eletronegativos, como oxigênio, nitrogênio e fluorina. Os átomos participantes podem estar localizados na mesma molécula (nucleotídeos adjacentes) ou em moléculas diferentes (nucleotídeos adjacentes em diferentes filamentos de DNA). As ligações de hidrogênio não incluem a troca ou compartilhamento de elétrons como ligações iônicas e covalentes. A atração frágil é como a que existe entre os pólos opostos de uma ímã. As ligações de hidrogênio ocorrem a curtas distâncias e podem ser facilmente formadas e quebradas. Elas também podem estabilizar uma molécula.

Os organismos complexos, como as plantas e os animais, possuem de 50 mil a 100 mil genes em muitos cromossomos diferentes (os seres humanos possuem 46 cromossomos). Nas células desses organismos, o DNA é enrolado ao redor de proteínas semelhantes a bolhas chamadas histonas. As histonas também são enroladas firmemente para formarem os cromossomos, que estão localizados no núcleo da célula. Quando uma célula se reproduz, os cromossomos (DNA) são copiados e distribuídos para cada célula descendente, ou célula-filha. As células não-sexuais possuem duas cópias de cada cromossomo copiado, e cada célula-filha recebe duas cópias (mitose). Durante a meiose, as células precursoras possuem duas cópias de cada cromossomo copiado e distribuído igualmente para quatro células sexuais. As células sexuais (espermatozóide e óvulo) têm apenas uma cópia de cada cromossomo. Quando o espermatozóide e o óvulo unem-se na fertilização, os descendentes possuem duas cópias de cada cromossomo.

Replicação do DNA

1-uma enzima chamada DNA -girase faz um corte na dupla hélice e cada lado se separa; 2-uma enzima chamada  helicase desenrola o DNA em duplo filamento; 3-algumas proteínas pequenas chamadas de proteínas SSB (single strand binding - ligação em um filamento) acoplam-se temporariamente a cada lado e mantêm-se separadas; 4-uma enzima complexa chamada DNA-polimerase "anda" pelos filamentos do DNA e acrescenta novos nucleotídeos a cada filamento. Os nucleotídeos fazem par com os nucleotídeos complementares no filamento existente (A com T, G com C); 5-uma subunidade do DNA-polimerase revisa todo o novo DNA replicado; 6-uma enzima chamada DNA-ligase fecha os fragmentos em um longo filamento contínuo;  7-as novas cópias automaticamente se enrolam novamente.

Vamos ver os detalhes: Tipos diferentes de células replicam seu DNA em diferentes taxas. Algumas células se dividem constantemente, como as dos cabelos e das unhas e as células da medula óssea. Outras células passam por vários ciclos de divisão celular e param (incluindo as células especializadas, como as do cérebro, músculo e coração). Finalmente, algumas células param de se dividir, mas podem ser induzidas à divisão para reparar lesões (como as células da pele e as do fígado). Nas células que não se dividem constantemente, os avisos para a replicação do DNA/divisão celular vêm em forma de substâncias químicas. Essas substâncias podem originar-se de outras partes do corpo (hormônios) ou do ambiente.

Uma proteína é feita de uma longa cadeia de substâncias químicas chamadas aminoácidos. As proteínas possuem muitas funções:

A seqüência específica dos aminoácidos na cadeia é o que diferencia uma proteína de outra. Essa seqüência é codificada no DNA, onde um gene se codifica para uma proteína.

Como o DNA codifica as informações para uma proteína? Existem somente quatro bases de DNA, mas há 20 aminoácidos que podem ser usados para as proteínas. Assim, grupos de três nucleotídeos formam um termo (códon), que especifica qual dos 20 aminoácidos vai para a proteína. Um códon de 3 bases produz 64 padrões possíveis - 4*4*4 -, que é mais do que suficiente para especificar 20 aminoácidos. Em virtude de haver 64 possíveis códons e somente 20 aminoácidos, há algumas repetições no código genético. Além disso, a ordem dos códons no gene especifica a ordem dos aminoácidos na proteína. Pode ser necessário algo em torno de 100 a 1.000 códons (300 a 2.000 nucleotídeos) para especificar uma certa proteína. Cada gene também possui códons para designar o começo (códon de iniciação) e o fim (códon de terminação) do gene.

O RNA é o outro ácido nucléico. Ele difere do DNA de três formas

1- o açúcar é a  ribose em vez da desoxirribose.
2- há apenas um filamento em vez de dois.
3- o RNA possui uracila (U) em vez de timina.

Assim, os pares de base no RNA são citosina com guanina e adenina com uracila.
^{Em uma célula procariótica (sem organelas internas ligadas na membrana, como uma bactéria), o DNA e o RNA são encontrados no citoplasma. Em uma célula eucariótica (com organelas internas ligadas na membrana, como os seres humanos), o RNA pode ser encontrado no núcleo e no citoplasma, enquanto o DNA, somente no núcleo.}

Construindo uma proteína: transcrição

Em um eucarioto, o DNA nunca deixa o núcleo, de modo que suas informações devem ser copiadas. Esse processo de cópia é chamado de transcrição, e a cópia, de mRNA. A transcrição ocorre no citoplasma (procarioto) ou no núcleo (eucarioto). A transcrição é realizada por uma enzima chamada RNA-polimerase. Para formar o RNAm, o RNA-polimerase: 1-liga-se ao filamento de DNA em uma seqüência específica do gene chamado promotor. 2- desenrola e desprende os dois filamentos de DNA, 3- utiliza um dos dois filamentos de DNA como guia ou modelo, 4- corresponde os novos nucleotídeos a seus complementos no filamento de DNA (G com C, A com U - lembre-se de que o RNA possui uracila (U), e não timina (T)),  5- une esses novos nucleotídeos de RNA para formar uma cópia complementar do filamento de DNA (RNAm), 6- interrompe quando encontra uma seqüência de terminação de bases (códon de terminação).

O RNAm é feliz por viver em um filamento (contrário ao desejo do DNA de formar espirais em duplo filamento complementares). Nos procariotos, todos os nucleotídeos no RNAm fazem parte dos códons para a nova proteína. Entretanto, nos eucariotos apenas, existem seqüências extras no DNA e no RNAm, que não se codificam para as proteínas, chamadas íntrons. Esse RNAm é, então, mais processado: 1- os íntrons são recortados, 2- as seqüências de codificação se unem, 3-  "capa" de um nucleotídeo especial é acrescentada a uma extremidade, 4- uma longa cauda com 100 a 200 nucleotídeos de adenina é acrescentada a outra extremidade.Ninguém sabe por que esse processamento ocorre nos eucariotos. Finalmente, muitos genes estão sendo transcritos simultaneamente de acordo com as necessidades da célula por proteínas especificas.

A cópia em atividade da seqüência (RNAm) agora deve ir para o local da construção, onde os trabalhadores criarão a nova proteína. Se a célula for procariótica, como uma bactéria E. coli, então, o local é o citoplasma. Se a célula for eucariótica, como a célula humana, então, o mRNA deixa o núcleo através de grandes furos na membrana nuclear (poros nucleares) e segue para o ER (retículo endoplasmático).

Proteína: tradução

Primeiro, vamos analisar o ribossomo. O ribossomo é constituído de RNA chamado RNAr (RNA ribossômico). Nos procariotos, o RNAr é formado no citoplasma; nos eucariotos, o RNAr é formado no nucléolo. O ribossomo possui duas partes, que se ligam em cada lado do RNAm. Dentro da parte maior há dois "espaços" (locais P e A) que terão dois códons adjacentes do RNAm, duas moléculas de RNAt e dois aminoácidos. Inicialmente, o sítio P prende o primeiro códon no RNAm, e o sítio A, o outro códon.

Em seguida, vamos analisar as moléculas de RNAt. Cada RNAt possui um local de ligação para um aminoácido. Em virtude de cada RNAt ser específico a um único aminoácido, ele deve ser capaz de reconhecer o códon no RNAm que se codifica para esse aminoácido específico. Por esse motivo, cada RNAt possui uma seqüência específica de três nucleotídeos chamada de anti-códon, que corresponde ao códon do RNAm apropriado, como fechadura e chave. Por exemplo, se um códon no RNAm possuir a seqüência ...-uracila-uracila-uracila-... (UUU), que se codifica para o aminoácido fenilalanina, então, o anti-códon no RNAt da fenilalanina será adenina-adenina-adenina (AAA); lembre-se de que A se liga a U no RNA. As moléculas de RNAt flutuam no citoplasma e se ligam aos aminoácidos livres. Uma vez ligados aos aminoácidos, os RNAts (também chamados de aminoacil-RNAts) procurarão os ribossomos.

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Todas as moléculas de RNAm começam com AUG (o códon de iniciação). UGA, UAA e UAG são códons de terminação; códons de terminação não possuem moléculas de RNAt correspondentes (as moléculas de RNAm reais possuem centenas de códons). A seqüência correspondente de anti-códons do RNAt será: UAC-AAA-UGU

^{Não há RNAt correspondente para os códons de terminação.A seqüência de aminoácidos especificada por esse pequeno RNAm é: metionina - fenilalanina - treonina}

^{Conhecemos essa seqüência de aminoácidos usando uma tabela de código genético. A tabela de código genético abaixo é para o RNAm e especifica as bases na primeira, segunda e terceira posições do códon com seus aminoácidos correspondentes.}

Vamos ler o aminoácido especificado pelo códon do RNAm, AUG. Primeiro, coloque seu dedo esquerdo no códon da primeira posição (A), na primeira coluna da tabela. Mova o dedo esquerdo pela linha abaixo do códon da segunda posição (U) na primeira linha. Agora, coloque o dedo direito sobre o códon da terceira posição (G) na mesma linha da última coluna (G). Mova o dedo direito pela linha até chegar no dedo esquerdo e leia o aminoácido (metionina).

Agora, vamos observar a ordem dos fatos na síntese de nossa proteína do RNAm de nossa amostra: 1- um ribossomo se liga ao RNAm com o códon AUG no sítio P e o códon UUU no sítio A; 2- um aminoacil-RNAt (anti-códon = UAC) com uma metionina acoplada entra no sítio P do ribossomo; 3- um aminoacil-RNAt (anti-códon = AAA) com uma fenilalanina acoplada entra no sítio A do ribossomo; 4- uma ligação química se forma entre a metionina e a fenilalanina (em uma proteína, essa ligação covalente é chamada de ligação peptídica); 5-o RNAt específico da metionina deixa o sítio P e parte para se acoplar a outra metionina; 6- o ribossomo se desloca para que o sítio P contenha agora o códon UUU com o RNAt da fenilalanina acoplada e o próximo códon (ACA) ocupe o sítio A; 7- um aminoacil-RNAt (anti-códon) com uma treonina acoplada entra no sítio A do ribossomo; 8- forma-se uma ligação peptídica entre a fenilalanina e a treonina; 9-  RNAt específico da fenilalanina deixa o sítio P e parte para encontrar outra fenilalanina; 10- o ribossomo se desloca para baixo de um códon, para que a seqüência de terminação esteja agora no sítio A.

No encontro com a seqüência de terminação:

Vários ribossomos podem acoplar-se a uma molécula de RNAm uma após a outra e começar a produzir proteínas. Então, várias proteínas podem ser produzidas de um RNAm. Na verdade, nas bactérias E. coli, a tradução do RNAm começa antes de terminar a transcrição.

Outros tipos de mutações no DNA podem ocorrer quando pequenos segmentos do DNA rompem-se do cromossomo. Esses segmentos podem retornar para outro ponto do cromossomo e interromper o fluxo normal de informações. Esses tipos de mutações (remoções, inserções, inversões) geralmente têm conseqüências graves.

Como foi observado, existe uma grande quantidade de DNA extra no genoma humano que não se codifica para as proteínas. O que esse DNA extra não codificado faz está sendo ativamente pesquisado. Talvez parte dele seja meramente o espaçamento para manter os genes a uma certa distância para as enzimas de transcrição. Outra pode ser o local onde os produtos químicos ambientais podem se ligar e afetar a transcrição e/ou tradução do DNA. Além disso, dentro desse DNA extra, existem muitas seqüências de variação usadas na simbologia do DNA (veja Como funcionam as evidências de DNA).

Seqüência do DNA
O HGP (Human Genome Project - Projeto do Genoma Humano) foi iniciado na década de 90 com o objetivo de determinar a seqüência de todo o genoma humano. Quais genes estavam presentes? Onde estavam localizados? Quais eram as seqüências dos genes e do DNA interveniente (DNA não codificado)? Essa tarefa era magnífica, junto com a ordem do Projeto Apolo dos Estados Unidos de enviar um homem à Lua. Os cientistas e os fornecedores do HGP desenvolveram novas tecnologias, automatizadas e baratas, para seqüenciar o DNA.

Basicamente, para seqüenciar o DNA, você coloca todas as enzimas e nucleotídeos (A, G, C e T) necessários para copiar o DNA em um tubo de teste. Uma pequena porcentagem dos nucleotídeos possui uma cor fluorescente (cor diferente para cada tipo). Você, então, coloca o DNA que deseja seqüenciar no tubo de teste e deixa-o incubar por um tempo.

Durante o processo de incubação, o DNA de amostra é copiado várias vezes. Para qualquer cópia determinada, o processo de cópia é interrompido quando um nucleotídeo fluorescente se fixa nela. Assim, ao final do processo de incubação, você possui muitos fragmentos do DNA original de tamanhos variados e terminando em um dos nucleotídeos fluorescentes. 

A tecnologia do DNA continuará se desenvolvendo à medida que tentamos compreender como os elementos do genoma humano funcionam e interagem com o ambiente.

PROPOSTA DE TRABALHO       ANALISE DO FILME:

Sendo um dos últimos seres "naturalmente" nascidos num mundo geneticamente perfeito, Vincent Freeman não tem um DNA "pré-encomendado" que lhe permita ter sucesso na vida. Desesperado por realizar o seu sonho de explorar o espaço, Vincent assume a identidade de um atleta geneticamente superior.

SEGREGAÇÃO DE FATORES