O frequentemente citado "dogma central da biologia molecular"é capturado no esquema simples DNA para RNA para proteína. Ligeiramente expandido, isso significa que o ácido desoxirribonucleico, que é o material genético no núcleo das células, é usado para fazer uma molécula semelhante chamada RNA (ácido ribonucleico) em um processo chamado transcrição. Depois que isso for feito, o RNA é usado para direcionar a síntese de proteínas em outras partes da célula em um processo denominado tradução.
Cada organismo é a soma das proteínas que produz, e em tudo o que está vivo hoje e sempre foi conhecido por viveram, a informação para fazer essas proteínas é armazenada em, e apenas em, aquele organismo DNA. Seu DNA é o que o torna o que você é, e é o que você passa para qualquer filho que possa ter.
Dentro eucariótico Nos organismos, após a conclusão da primeira etapa da transcrição, o RNA mensageiro (mRNA) recém-sintetizado deve encontrar seu caminho fora do núcleo para o citoplasma onde ocorre a tradução. (Em procariotos, que não têm núcleos, esse não é o caso.) Como a membrana plasmática que envolve o conteúdo do núcleo pode ser seletiva, esse processo requer uma entrada ativa da própria célula.
Ácidos nucleicos
Dois ácidos nucleicos existem na natureza, DNA e RNA. Os ácidos nucléicos são macromoléculas, pois são compostos de cadeias muito longas de subunidades repetidas, ou monômeros, chamados nucleotídeos. Nucleotídeos eles próprios consistem em três componentes químicos distintos: um açúcar de cinco carbonos, um a três grupos fosfato e uma das quatro bases ricas em nitrogênio (nitrogenadas).
No DNA, o componente de açúcar é desoxirribose, enquanto no RNA é ribose. Esses açúcares diferem apenas no fato de que a ribose carrega um grupo hidroxila (-OH) ligado a um carbono fora do anel de cinco membros, onde a desoxirribose carrega apenas um átomo de hidrogênio (-H).
Os quatro possiveis bases nitrogenadas no DNA são umdenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). RNA tem os três primeiros, mas inclui uracila (U) no lugar de timina. O DNA é de fita dupla, com as duas fitas ligadas em suas bases nitrogenadas. A sempre emparelha com T e C sempre emparelha com G. Os grupos de açúcar e fosfato criam a espinha dorsal "de cada um dos chamados fita complementar. A formação resultante é uma dupla hélice, cuja forma foi descoberta na década de 1950.
- No DNA e no RNA, cada nucleotídeo contém um único grupo fosfato, mas os nucleotídeos livres muitas vezes têm dois (por exemplo, ADP ou difosfato de adenosina) ou três (por exemplo, ATP ou trifosfato de adenosina).
Síntese de RNA mensageiro: transcrição
A transcrição é a síntese de uma molécula de RNA chamada RNA mensageiro (mRNA), de uma das fitas complementares de uma molécula de DNA. Existem outros tipos de RNA também, sendo o mais comum tRNA (RNA de transferência) e RNA ribossomal (rRNA), ambos desempenhando papéis críticos na tradução no ribossomo.
O objetivo do mRNA é criar um conjunto codificado de instruções móveis para a síntese de proteínas. Um comprimento de DNA que inclui o "projeto" para um único produto de proteína é chamado de gene. Cada sequência de três nucleotídeos carrega as instruções para fazer um determinado aminoácido, com ácidos sendo os blocos de construção de proteínas da mesma forma que os nucleotídeos são os blocos de construção de ácidos.
Existem 20 aminoácidos ao todo, permitindo um número essencialmente ilimitado de combinações e, portanto, produtos proteicos.
A transcrição ocorre no núcleo, ao longo de uma única fita de DNA que se tornou desacoplada de sua fita complementar para fins de transcrição. As enzimas se ligam à molécula de DNA no início do gene, principalmente a RNA polimerase. O mRNA que é sintetizado é complementar à fita de DNA usada como molde e, portanto, se assemelha à fita molde própria fita de DNA complementar, exceto que U aparece no mRNA onde quer que T tivesse aparecido se a molécula de DNA em crescimento em vez de.
Transporte de mRNA dentro do núcleo
Depois que as moléculas de mRNA são sintetizadas no local da transcrição, elas devem fazer sua jornada até os locais de tradução, os ribossomos. Ribossomos aparecem tanto livres no citoplasma da célula quanto presos a uma organela membranosa chamada retículo endoplasmático, ambos localizados fora do núcleo.
Antes que o mRNA possa passar pela membrana plasmática dupla que compõe o envelope nuclear (ou membrana nuclear), ele deve atingir a membrana de alguma forma. Isso ocorre pela ligação das novas moléculas de mRNA às proteínas de transporte.
Antes que os complexos mRNA-proteína (mRNP) resultantes possam se mover para a borda, eles se tornam completamente misturados dentro da substância do núcleo, de modo que esses complexos mRNP que por acaso se formem perto da borda do núcleo não têm melhor chance de sair do núcleo em um determinado momento após a formação do que os processos de mRNP próximos ao interior.
Quando os complexos de mRNP encontram regiões do núcleo pesadas no DNA, que neste ambiente existe como cromatina (ou seja, DNA ligado a proteínas estruturais), ele pode ficar parado, assim como uma caminhonete atolando em lama. Esse bloqueio pode ser superado pela entrada de energia na forma de ATP, que estimula o mRNP atolado na direção da borda do núcleo.
Complexos de poros nucleares
O núcleo precisa proteger o importantíssimo material genético da célula, mas também deve ter um meio de trocar proteínas e ácidos nucléicos com o citoplasma da célula. Isso é realizado por meio de "portas" que consistem em proteínas e são conhecidas como complexos de poros nucleares (NPC). Esses complexos têm um poro que atravessa a membrana dupla do envelope nuclear e várias estruturas diferentes em cada lado desse "portão".
O NPC é enorme para os padrões moleculares. Em seres humanos, tem massa molecular de 125 milhões de Daltons. Em contraste, uma molécula de glicose tem uma massa molecular de 180 Daltons, tornando-a cerca de 700.000 vezes menor que o complexo NPC. Tanto o transporte de ácido nucleico quanto de proteína para o núcleo e o movimento dessas moléculas para fora do núcleo ocorrem por meio do NPC.
No lado citoplasmático, o NPC tem o que é chamado de anel citoplasmático, bem como filamentos citoplasmáticos, os quais servem para ajudar a ancorar o NPC no lugar na membrana nuclear. No lado nuclear do NPC está um anel nuclear, análogo ao anel citoplasmático do lado oposto, bem como uma cesta nuclear.
Uma variedade de proteínas individuais participam do movimento do mRNA e uma grande variedade de outras cargas moleculares para fora do núcleo, com o mesmo se aplicando ao movimento de substâncias para o núcleo.
Função mRNA na tradução
O mRNA não começa seu trabalho real até chegar a um ribossomo. Cada ribossomo no citoplasma ou ligado a retículo endoplasmático consiste em uma grande e uma pequena subunidade; estes somente se juntam quando o ribossomo está ativo na transcrição.
Quando uma molécula de mRNA se liga a um tradução local ao longo do ribossomo, ele é unido por um tipo particular de tRNA que carrega um aminoácido específico (há, portanto, 20 sabores diferentes de tRNA, um para cada aminoácido). Isso ocorre porque o tRNA pode "ler" a sequência de três nucleotídeos no mRNA exposto que corresponde a um determinado aminoácido.
Quando o tRNA e o mRNA "combinam", o tRNA libera seu aminoácido, que é adicionado ao final da crescente cadeia de aminoácidos destinada a se tornar uma proteína. Esta polipeptídeo atinge seu comprimento especificado quando a molécula de mRNA é lida em sua totalidade, e o polipeptídeo é liberado e processado em uma proteína genuína.