1. Toda molécula de RNAm dos eucariontes apresenta: • um códon de iniciação, que é sempre o mesmo(AUG), correspondente ao aminoácido metionina; • vários códons que determinam a sequência dos aminoácidos no polipeptídeo; • um códon de terminação, que marca o final daquela cadeia polipeptídica, podendo ser UAG, UAA ou UGA; só há um deles em cada molécula de RNAm.
2. A natureza química do material genético
2.1. No início do século XX foram identificados dois tipos de ácido nucleico: o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido ribonucleico (RNA). Em 1944, o DNA foi reconhecido por Oswald Avery, Colin Munro MacLeod e Maclyn McCarty como sendo o material genético.
2.2. Um desafio na época era entender como esses nucleotídeos se dispunham formando o DNA. Em 1949, Erwin Chargaff, um bioquímico austríaco que vivia nos Estados Unidos da América, verificou que a porcentagem dos nucleotídeos de adenina era semelhante à dos nucleotídeos de timina e que a porcentagem de nucleotídeos de citosina era semelhante à daqueles de guanina, podendo-se dizer que [A] = [T] e [C] = [G]. Essa relação ficou conhecida como regra de Chargaff, que se mostrou válida para todos os seres vivos estudados. Chargaff e os demais pesquisadores, no entanto, não conseguiram explicar o motivo dessa relação. Um acontecimento foi crucial na interpretação da estrutura do DNA e para a resposta de muitas das dúvidas sobre essa molécula. No início da década de 1950, a químico-física britânica Rosalind Franklin começou a estudar o DNA usando uma técnica chamada difração de raios X e após trabalho intenso, obteve uma fotografia que mostrava o padrão de difração de raios x da molécula de DNA, que ficou conhecida como "fotografia 51". Paralelamente ao trabalho de Franklin, outros pesquisadores estavam tentando entender a estrutura da molécula de DNA, entre eles o biólogo estadunidense James Watson e o físico britânico Francis Crick. Eles construíram vários modelos tridimensionais da molécula de DNA usando arames e cartões, mas nenhum desses modelos conseguia explicar a estrutura da molécula de DNA. Foi quando, no início do ano de 1953, o biólogo Maurice Wilkins, chefe do laboratório onde Franklin trabalhava, mostrou a Watson uma cópia da fotografia 51, sem o consentimento de Franklin. Os três, então, conseguiram propor um modelo de estrutura do DNA, publicando em abril do mesmo ano um trabalho que revolucionou a Biologia.
2.2.1. A molécula de DNA foi descrita como formada por duas fitas de nucleotídeos, sendo cada fita uma sequência linear de nucleotídeos. A ordem em que os nucleotídeos aparecem pode variar: uma molécula de DNA difere de outra pelo número e pela ordem em que os nucleotídeos se dispõem. Uma fita se enrola em espiral sobre a outra, formando uma dupla hélice, semelhante a uma escada em espiral. Essa estrutura tridimensional é um modelo construído usando como referência a fotografia 51. Por esse feito, Watson, Crick e Wilkins receberam, em 1962, o prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia.
2.2.1.1. Watson e Crick também propuseram que a estrutura em espiral decorre do emparelhamento dos nucleotídeos. Os nucleotídeos de adenina em uma das fitas se uniam aos de timina na outra fita, e os de citosina se uniam aos de guanina. Por isso, a concentração de adenina é igual à de timina, e a de citosina, igual à de guanina em todas as moléculas de DNA. Assim, esse modelo explica também a regra de Chargaff.
2.2.1.2. Watson e Crick propuseram também uma explicação para o mecanismo de duplicação do DNA, segundo, a qual, antes da duplicação, as duas fitas se desembaraçam, e cada uma delas serve de molde para a formação, sobre si mesma, de uma fita complementar. Ao final da duplicação, têm-se duas moléculas de DNA. Cada uma delas possui uma fita pertencente à molécula-mãe e outra, recém-formada. Fala-se, portanto, em duplicação semiconservativa.
2.2.1.2.1. Duplicação semiconservativa
2.2.2. Fotografia 51
3. O que são genes?
3.1. O gene pode ser classificado como a região do DNA que pode ser transcrita em moléculas de RNA.
3.2. E também pode ser classificado como a menor porção do DNA relacionada a um efeito que pode ser detectado no organismo.
4. Do DNA para o RNA: transcrição
4.1. Processo de transcrição
4.1.1. A sequência que marca o início da transcrição recebe o nome de região promotora, e a que marca o final é chamada sequência de término da transcrição. Desse processo de transcrição participa a enzima polimerase do RNA (ou RNA polimerase), que se une ao DNA na região promotora do gene. Essa enzima abre a molécula de DNA e desloca-se sobre ela catalisando o emparelhamento dos nucleotídeos do RNA de forma complementar aos nucleotídeos do DNA. Quando a polimerase do RNA chega até a sequência de término da transcrição, ela se solta do DNA, finalizando a transcrição e liberando o RNA.
5. O código genético
5.1. A expressão código genético surgiu pela ideia de que as bases nitrogenadas formariam uma linguagem em código e que cada código corresponderia a um aminoácido.
5.2. Após várias experimentações, chegou-se à conclusão de que os aminoácidos são codificados por trincas de bases nitrogenadas: é o código de trincas ou de tríades. Cada trinca forma um códon. A combinação das quatro bases nitrogenadas em grupos de três dá um total de 64 códons. Esse número é muito maior do que o número total de aminoácidos. Entretanto, mostrou-se por meio de experimentos que um mesmo aminoácido pode ser codificado por mais de uma trinca, havendo, assim, trincas sinônimas. Pelo fato de um aminoácido poder ser codificado por mais de uma trinca, o código genético é dito degenerado. Além disso, existem três trincas que não codificam aminoácidos, mas determinam o fim do polipeptídeo.
5.2.1. Código genético
6. Síntese de proteínas: tradução
6.1. A tradução ocorre em três etapas sucessivas: iniciação, alongamento e terminação.
6.2. Processo de síntese proteica
7. Replicação do DNA
7.1. Processo da replicação
7.2. Antes do início da divisão celular, cada molécula do DNA do núcleo sofre replicação semiconservativa, resultando em duas novas moléculas idênticas à que lhes deu origem. Para que ocorra a replicação semiconservativa do DNA, as cadeias se desenrolam e a dupla hélice se abre pela ação de enzimas chamadas helicases. À medida que o DNA sofre desespiralização, enzimas chamadas DNA-polimerases catalisam a síntese da fita nova tomando a fita-mãe como molde. Essas enzimas adicionam nucleotídeos complementares somente no sentido 5' 3'. Como as fitas do DNA são invertidas, a síntese de uma acontece no sentido oposto ao da síntese da outra.
8. Quem veio primeiro: o RNA, o DNA ou a proteína?
8.1. Uma hipótese formulada no fim da década de 1960 tentou responder a essa questão e ficou conhecida como hipótese do Mundo de RNA. De acordo com ela, o RNA, por ser o ácido nucleico mais simples, teria surgido antes do DNA. Esse RNA, no entanto, teria de ser diferente, acumulando as funções de conter a informação genética na sua sequência de nucleotídeos e também de atuar como enzima. A hipótese ganhou força em meados da década de 1980, com a descoberta das ribozimas, moléculas de RNA que atuam como enzimas, catalisando diversas reações químicas na célula. Antes dessa descoberta, todas as enzimas conhecidas eram proteínas.
8.2. Uma outra evidência que suporta a hipótese do Mundo de RNA é o funcionamento dos ribossomos, formados essencialmente por RNAr e proteínas. O RNAr é uma ribozima, catalisando ligações químicas que levam à síntese de polipeptídeos.
8.3. Outra forte evidência foi o resultado de pesquisas mais recentes, que conseguiram obter moléculas de RNA capazes de catalisar, em laboratório, reações de duplicação das moléculas de RNA. Isso corrobora a hipótese do Mundo de RNA
9. As teorias de formação
9.1. A teoria da pré-formação aceitava que os organismos já se encontravam completamente formados no interior do ovo. Posteriormente, com a descoberta dos gametas passou-se a investigar onde o ser vivo estaria formado. Tal interpretação errônea gerou ideias curiosas.
9.2. Os gametas só começaram a ser estudados em meados do século XVII, com Regnier de Graaf e Anton van Leeuwenhoek, que descobriram o gameta feminino e masculino, respectivamente.
9.2.1. Gametas
9.3. A teoria da epigênese é oposta a da pré-formação e diz que os seres surgem pelo desenvolvimento da célula-ovo após a fecundação.
9.3.1. Epigênese
9.4. As teorias da pângenese afirma que todos os órgãos e os componentes do corpo produzem suas próprias cópias em miniaturas infinitamente pequenas, que são carregadas pela corrente sanguínea até as gônadas, reunindo-se, então, nos gametas.
9.4.1. A lei da herança ancestral define que a herança ocorre pelo sangue e um descendente recebe 50% das características da mãe, 50% das características do pai, 25% de cada um dos avós e assim por diante
10. Descoberta dos gametas
11. Os fatores mendelianos e a teoria cromossômica da herança
11.1. Mendel, a partir do estudo da reprodução de ervilhas, a seu modo, concluiu que a transmissão de caracteres hereditários era feita por fatores que se encontravam nos gametas. Atualmente, chamam-se os fatores mendelianos de genes.
11.2. Em 1902, o cientista alemão Theodor Boveri e o estadunidense Walter Sutton, trabalhando de modo independente, propuseram que o comportamento dos cromossomos na meiose era comparável ao dos fatores mendelianos. Essa correlação levou esses pesquisadores a proporem a teoria cromossômica da herança, segundo a qual os genes (fatores mendelianos) estão localizados nos cromossomos. Essa teoria foi muito debatida no início do século XX, com forte rejeição de alguns cientistas e aceitação por outros. Somente em 1915, com os experimentos realizados pelo cientista estadunidense Thomas Hunt Morgan (1866-1945) e sua equipe, com a mosca da fruta Drosophila melanogaster, é que essa teoria foi corroborada e passou a ser bem-aceita.
12. Mutações
12.1. Modificações no material genético da célula são chamadas mutações. Elas podem ocorrer em células somáticas ou em células germinativas; neste último caso, podem ser transmitidas ao longo das gerações, de pais para filhos. As mutações somáticas ficam restritas ao indivíduo em que ocorrem e não são transmitidas aos descendentes.
12.1.1. As mutações podem ser pontuais, afetando apenas um nucleotídeo e levando a pequenas alterações na sequência ou no número de nucleotídeos. Isso pode acontecer no momento da duplicação do DNA. Há nas células, no entanto, todo um sistema de reparo dessas alterações, o que reduz drasticamente a quantidade de mutações pontuais que persistem. As mutações pontuais podem afetar uma ou mais sequências de bases nitrogenadas, tanto nas regiões não codificantes do DNA, tendo efeitos, em geral, não perceptíveis, como nas regiões codificantes (mutações gênicas), que podem levar a modificação do produto do gene.
12.2. Embora na maior parte dos casos as mutações gênicas sejam deletérias, isto é, causam prejuízo ao organismo, elas são muito importantes em termos evolutivos, e são a fonte primária da variabilidade genética em uma população. Quanto maior a variabilidade genética em uma população, maior a chance de sobrevivência dessa população a alterações nas condições ambientais. Mutações de maior porte, que afetam o número ou a forma dos cromossomos, são chamadas mutações ou aberrações cromossômicas e, assim como as mutações gênicas, são em geral deletérias.
12.3. As mutações gênicas podem ocorrer por substituição, perda ou adição de nucleotídeos na molécula de DNA durante sua duplicação. Quando essas modificações ocorrem nos íntrons, geralmente os efeitos não são perceptíveis, pois, após o processo de transcrição em moléculas de RNA, os íntrons são removidos durante a maturação do RNA. Já quando ocorrem nos éxons, os efeitos diferem dependendo do caso.
12.4. Mutações que não levam a alteração no polipeptídeo são chamadas de silenciosas e são responsáveis por uma variabilidade genética que é sempre maior do que a diversidade das características.
12.5. A anemia falciforme é uma doença em que as hemácias apresentam aspecto de foice, daí o nome falciforme. Isso se deve à presença de moléculas defeituosas de hemoglobina. Com isso, as hemácias não transportam com eficiência o oxigênio. Essas hemácias são mais frágeis e podem se romper, causando problemas para a pessoa, como fortes dores. Em certos casos, o rompimento é tão intenso e rápido que pode levar a pessoa à morte. A molécula defeituosa de hemoglobina decorre de uma mudança do gene na trinca CTT para CAT. Com isso, o códon do RNAm muda de GAA, que corresponde ao aminoácido glutamina, para GUA, que se refere ao aminoácido valina, com a consequente produção da hemoglobina defeituosa, que causa a doença.
12.5.1. Anemia falciforme
12.6. A substituição de um ou mais aminoácidos, no entanto, nem sempre resulta na perda ou na alteração da função da proteína. Certas regiões de uma molécula podem não ser essenciais ao seu funcionamento. A insulina, por exemplo, é um hormônio presente em todos os vertebrados, mas a molécula não é idêntica em todas as espécies. Quando comparamos a sequência de aminoácidos da insulina de duas ou mais espécies diferentes, observamos alterações na sequência que, no entanto, não prejudicam a forma e a função dessa proteína. Dizemos então que ocorreram mutações funcionalmente neutras, conservadas no DNA dos indivíduos ao longo das gerações. Por outro lado, existem regiões responsáveis pela forma tridimensional da proteína, garantindo assim a sua função – se essas regiões essenciais apresentarem substituições de aminoácidos, a molécula poderá deixar de ser funcional.
12.7. Aberrações ou mutações cromossômicas podem ser classificadas em numéricas ou estruturais.
12.7.1. Aberrações cromossômicas numéricas Nesses tipos de mutações há alterações no número de cromossomos; elas podem ser classificadas em: • euploidias: perda ou acréscimo de um conjunto, ou mais, de n cromossomos. O acréscimo produz indivíduos poliploides, que podem ser triploides, tetraploides e assim por diante. Em indivíduos diploides (2n), a perda origina indivíduos haploides (n). Esse tipo de mutação pode ser deletéria, mas em certos casos tem sido importante no processo evolutivo pelo qual novas espécies se formam, em alguns grupos de seres vivos; • aneuploidias: perda ou acréscimo de um ou mais cromossomos da célula. São geralmente deletérias, como acontece, por exemplo, na síndrome de Down.
12.7.2. Aberrações cromossômicas estruturais: Essas mutações são decorrentes de alterações na forma e na estrutura dos cromossomos. São vários os tipos de mutações estruturais: deficiência, duplicação, inversão e translocação.