DNA(ácido desoxirribonucleico) é o material genético de todas as formas de vida conhecidas, desde a mais simples bactéria unicelular até o mais magnífico elefante de cinco toneladas da planície africana. "Material genético" refere-se às moléculas que contêm dois conjuntos importantes de instruções: um para fazendo proteínas para as necessidades atuais da célula, e a outra para fazendo cópias de si mesmos, ou se replicando, de modo que o mesmo código genético possa ser usado por futuras gerações de células.
Manter a célula viva por tempo suficiente para se reproduzir requer uma grande quantidade desses produtos de proteína, que o DNA ordena por meio do mRNA (ácido ribonucléico mensageiro) ele cria como um enviado aos ribossomos, onde as proteínas são realmente sintetizadas.
A codificação da informação genética por DNA em RNA mensageiro é chamada transcrição, enquanto a produção de proteínas com base nas instruções do mRNA é chamada tradução.
A tradução envolve a remendagem de proteínas via ligações peptídicas para formar longas cadeias de
aminoácidos ou os monômeros neste esquema. Existem 20 aminoácidos diferentes, e o corpo humano precisa de um de cada um deles para sobreviver.A síntese de proteínas na tradução envolve um encontro coordenado de mRNA, complexos aminoacil-tRNA e um par de subunidades ribossomais, entre outros atores.
Ácidos nucléicos: uma visão geral
Os ácidos nucléicos consistem em subunidades repetidas, ou monômeros, chamados nucleotídeos. Cada nucleotídeo consiste em três componentes distintos: um ribose (cinco carbonos) açúcar, um a três grupos fosfato e um Base nitrogenada.
Cada ácido nucleico tem um de quatro bases possíveis em cada nucleotídeo, dois dos quais são purinas e dois dos quais são pirimidinas. As diferenças nas bases entre os nucleotídeos é o que dá aos diferentes nucleotídeos seu caráter essencial.
Os nucleotídeos podem existir fora dos ácidos nucleicos e, de fato, alguns desses nucleotídeos são centrais para todo o metabolismo. Os nucleotídeos difosfato de adenosina (ADP) e trifosfato de adenosina (ATP) estão no centro das equações nas quais a energia para uso celular é extraída das ligações químicas dos nutrientes.
Os nucleotídeos em ácidos nucleicos, no entanto, têm apenas um fosfato, que é compartilhado com o próximo nucleotídeo na fita de ácido nucleico.
Diferenças básicas entre DNA e RNA
No nível molecular, o DNA difere do RNA de duas maneiras. Uma é que o açúcar no DNA é desoxirribose, enquanto no RNA é ribose (daí seus respectivos nomes). A desoxirribose difere da ribose porque, em vez de ter um grupo hidroxila (-OH) na posição de carbono número 2, tem um átomo de hidrogênio (-H). Assim, a desoxirribose é um átomo de oxigênio aquém da ribose, portanto, "desoxi".
A segunda diferença estrutural entre os ácidos nucléicos está na composição de seus bases nitrogenadas. O DNA e o RNA contêm as duas bases purinas adenina (A) e guanina (G), bem como a base pirimidina citosina (C). Mas enquanto a segunda base pirimidina no DNA é a timina (T), no RNA esta base é uracila (U).
Por acaso, nos ácidos nucléicos, A se liga a e somente a T (ou U, se a molécula for RNA), e C se liga a e somente a G. Este específico e único emparelhamento de base complementar arranjo é necessário para a transmissão adequada de informações de DNA para informações de mRNA na transcrição e informações de mRNA para informações de tRNA durante a tradução.
Outras diferenças entre DNA e RNA
Em um nível mais macro, o DNA é de fita dupla, enquanto o RNA é de fita simples. Especificamente, o DNA assume a forma de uma dupla hélice, que é como uma escada torcida em diferentes direções em ambas as extremidades.
As fitas são ligadas em cada nucleotídeo por suas respectivas bases nitrogenadas. Isso significa que um nucleotídeo portador de "A" só pode ter um nucleotídeo portador de "T" em seu nucleotídeo "parceiro". Isso significa que, em suma, as duas fitas de DNA são complementar um para o outro.
As moléculas de DNA podem ser milhares de bases (ou mais apropriadamente, pares de bases) longo. Na verdade, um humano cromossoma nada mais é do que um único filamento muito longo de DNA acoplado a uma boa quantidade de proteína. Moléculas de RNA de todos os tipos, por outro lado, tendem a ser comparativamente pequenas.
Além disso, o DNA é encontrado principalmente nos núcleos dos eucariotos, mas também nas mitocôndrias e nos cloroplastos. A maior parte do RNA, por outro lado, é encontrada no núcleo e no citoplasma. Além disso, como você verá em breve, o RNA vem em vários tipos.
Tipos de RNA
O RNA vem em três tipos principais. O primeiro é mRNA, que é feito de um molde de DNA durante a transcrição no núcleo. Depois de concluída, a fita de mRNA sai do núcleo por meio de um poro no envelope nuclear e acaba direcionando o show para o ribossomo, o local de tradução de proteínas.
O segundo tipo de RNA é transferência de RNA (tRNA). Esta é uma molécula de ácido nucléico menor e vem em 20 subtipos, um para cada aminoácido. Sua finalidade é transportar seu aminoácido "designado" para o local de tradução no ribossomo, de modo que possa ser adicionado à cadeia polipeptídica crescente (pequena proteína, frequentemente em andamento).
O terceiro tipo de RNA é RNA ribossomal (rRNA). Esse tipo de RNA constitui uma fração significativa da massa dos ribossomos com proteínas específicas dos ribossomos que compõem o restante da massa.
Antes da tradução: Criando um modelo de mRNA
O frequentemente citado "dogma central" da biologia molecular é DNA para RNA para proteína. Fraseado de forma ainda mais sucinta, pode ser colocado transcrição para tradução. Transcrição é o primeiro passo definitivo para a síntese de proteínas e é uma das necessidades contínuas de qualquer célula.
Esse processo começa com o desenrolamento da molécula de DNA em fitas simples, de modo que as enzimas e os nucleotídeos que participam da transcrição tenham espaço para entrar em cena.
Então, ao longo de uma das fitas de DNA, uma fita de mRNA é montada com a ajuda da enzima RNA polimerase. Esta fita de mRNA tem uma sequência de bases complementar à da fita molde, exceto pelo fato de que U aparece onde quer que T apareceria no DNA.
- Por exemplo, se a sequência de DNA submetida à transcrição for ATTCGCGGTATGTC, então a fita resultante de mRNA apresentaria a sequência UAAGCGCCAUACAG.
Quando uma fita de mRNA está sendo sintetizada, certos comprimentos de DNA, chamados de íntrons, são eventualmente separados da sequência de mRNA porque não codificam para nenhum produto proteico. Apenas as porções da fita de DNA que realmente codificam algo, chamadas de exons, contribuem para a molécula de mRNA final.
O que está envolvido na tradução
Várias estruturas são necessárias no local da síntese de proteínas para uma tradução bem-sucedida.
O ribossomo: Cada ribossomo é feito de uma pequena subunidade ribossômica e uma grande subunidade ribossômica. Eles só existem como um par quando a tradução está começando. Eles contêm uma grande quantidade de rRNA, bem como proteínas. Esses são um dos poucos componentes celulares que existem tanto em procariotos quanto em eucariotos.
mRNA: Esta molécula carrega instruções diretas do DNA da célula para fabricar uma proteína específica. Se o DNA pode ser considerado o projeto de todo o organismo, uma fita de mRNA contém informações suficientes para formar um componente decisivo desse organismo.
tRNA: Este ácido nucléico forma ligações com aminoácidos em uma base de um para um para formar o que é chamado de complexos aminoacil-tRNA. Isso significa apenas que o táxi (o tRNA) está atualmente transportando o único tipo de passageiro (o aminoácido específico) entre os 20 "tipos" de pessoas nas proximidades.
Aminoácidos: Estes são pequenos ácidos com um amino (-NH2), um grupo de ácido carboxílico (-COOH) e uma cadeia lateral ligada a um átomo de carbono central juntamente com um átomo de hidrogênio. É importante ressaltar que os códigos para cada um dos 20 aminoácidos são transportados em grupos de três bases de mRNA chamadas códons tripletos.
Como funciona a tradução?
Tradução é baseado em um código tripleto relativamente simples. Considere que qualquer grupo de três bases consecutivas pode incluir uma das 64 combinações possíveis (por exemplo, AAG, CGU, etc.), porque quatro elevadas à terceira potência são 64.
Isso significa que existem combinações mais do que suficientes para gerar 20 aminoácidos. Na verdade, seria possível que mais de um códon codificasse para o mesmo aminoácido.
Este é, de facto, o caso. Alguns aminoácidos são sintetizados a partir de mais de um códon. Por exemplo, a leucina está associada a seis sequências de códons distintas. O código tripleto é este "degenerado".
É importante ressaltar, no entanto, que não é redundante. Ou seja, o mesmo códon de mRNA não pode código para mais de um aminoácido.
Mecânica da Tradução
O local físico de tradução em todos os organismos é o ribossomo. Algumas porções do ribossomo também possuem propriedades enzimáticas.
A tradução em procariontes começa com iniciação por meio de um sinal de fator de iniciação de um códon apropriadamente denominado códon START. Isso está ausente em eucariotos e, em vez disso, o primeiro aminoácido selecionado é a metionina, codificada por AUG, que funciona como uma espécie de códon START.
À medida que cada tira adicional de três segmentos de mRNA é exposta na superfície do ribossomo, um tRNA contendo o aminoácido chamado entra em cena e deixa seu passageiro. Este local de ligação é denominado local "A" do ribossomo.
Essa interação acontece no nível molecular porque essas moléculas de tRNA têm sequências de bases complementares ao mRNA de entrada e, portanto, se ligam ao mRNA prontamente.
Construindo a Cadeia Polipeptídica
No alongamento Na fase de translação, o ribossomo se move por três bases, processo denominado translação. Isso expõe o local "A" novamente e leva ao polipeptídeo, qualquer que seja seu comprimento neste experimento mental, sendo deslocado para o local "P".
Quando um novo complexo aminoacil-tRNA chega ao local "A", toda a cadeia polipeptídica é removida do o local "P" e anexado ao aminoácido que acaba de ser depositado no local "A", por meio de um peptídeo ligação. Assim, quando a translocação do ribossomo para baixo da "trilha" da molécula de mRNA ocorrer novamente, um ciclo terá sido completado e a cadeia polipeptídica em crescimento agora é mais um aminoácido.
No terminação fase, o ribossomo encontra um dos três códons de terminação, ou códons STOP, que são incorporados ao mRNA (UAG, UGA e UAA). Isso faz com que não o tRNA, mas substâncias chamadas fatores de liberação se aglomerem no local, e isso leva à liberação da cadeia polipeptídica. Os ribossomos se separam em suas subunidades constituintes e a tradução está completa.
O que acontece depois da tradução
O processo de tradução cria uma cadeia polipeptídica que ainda precisa ser modificada antes de funcionar corretamente como uma nova proteína. A estrutura primária de um proteína, sua sequência de aminoácidos representa apenas uma pequena parte de sua função eventual.
A proteína é modificada após a tradução, dobrando-a em formas específicas, um processo que ocorre frequentemente espontaneamente devido às interações eletrostáticas entre os aminoácidos em pontos não vizinhos ao longo do cadeia polipeptídica.
Como as mutações genéticas afetam a tradução
Os ribossomos são ótimos trabalhadores, mas não são engenheiros de controle de qualidade. Eles só podem criar proteínas a partir do modelo de mRNA que recebem. Eles são incapazes de detectar erros nesse modelo. Portanto, erros na tradução seriam inevitáveis mesmo em um mundo de ribossomos funcionando perfeitamente.
Mutações essa alteração em um único aminoácido pode interromper a função da proteína, como a mutação que causa a anemia falciforme. As mutações que adicionam ou excluem um par de bases podem eliminar o código tripleto inteiro, de modo que a maioria ou todos os aminoácidos subsequentes também estarão errados.
As mutações podem criar um códon STOP precoce, o que significa que apenas parte da proteína é sintetizada. Todas essas condições podem ser debilitantes em vários graus, e tentar superar erros inatos como esses representa um desafio complexo e contínuo para os pesquisadores médicos.
