Em uma análise pouco detalhada, podemos dizer que a “forma” de um organismo vivo é determinada pela informação contida em suas moléculas de DNA e da interação dessas com o meio. Os principais elementos que constituem esta forma são as proteínas, as quais podem ser classificadas em três tipos básicos: estruturais, enzimáticas e hormonais.
As proteínas estruturais contribuem para a estrutura física externa como pelos, unhas e músculos, bem como para os elementos estruturais dentro da célula, como o citoesqueleto. As proteínas enzimáticas catalisam as reações dentro das células, que dão origem a todos os tipos de moléculas, inclusive às próprias proteínas, os ácidos nucléicos, carboidratos e lipídios. As proteínas reguladoras ativam e desativam a atividade gênica no momento e nos locais adequados.
Mas como a informação contida nas moléculas de DNA é convertida nas proteínas? Antes de compreender como as proteínas são formadas é preciso conhecer a estrutura de uma proteína.
Uma proteína é um polímero composto por monômeros chamados aminoácidos. Em outras palavras, uma proteína é uma cadeia de aminoácidos. Todos os aminoácidos tem uma fórmula geral que se constitui por um carbono central ligado a um hidrogênio, um grupo amino, um grupo carboxila e a um grupo R. Nas proteínas os aminoácidos são unidos por ligações covalentes chamadas ligações peptídicas. Essas ligações se formam pela união de uma extremidade amino de um aminoácido com uma extremidade carboxila de outro. Desta reação é removida uma molécula de água.
As proteínas têm uma estrutura complexa com quatro níveis de organização. É importante ressaltar aqui apenas que a sequência linear dos aminoácidos numa cadeia polipeptídica constitui a estrutura primária de uma proteína.
Mas, o que determina a sequência de aminoácidos de uma proteína? Neste momento temos que voltar ao ponto inicial deste texto, o DNA.
Estrutura molecular do DNA, Gene e Código Genético.
Uma molécula de DNA é formada por duas fitas longas de nucleotídeos enroladas uma em torno da outra, constituindo uma dupla hélice. Há quatro diferentes tipos de nucleotídeos no DNA, cada um contém um açúcar desoxirribose, um grupo fosfato e uma
base nitrogenada. Existem quatro tipos de bases nitrogenadas diferentes: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C). As duas fitas do DNA são ligadas umas as outras pelas ligações de hidrogênio que se formam entre as bases nitrogenadas. A adenina de uma fita sempre pareia com a timina na outra, enquanto a guanina sempre pareia com a citosina. Dizemos, portanto, que as bases nitrogenadas se unem por complementaridade.
É a sequência de bases nitrogenadas (nos nucleotídeo) em uma fita que representa a informação codificada transportada por uma molécula de DNA. Os segmentos de DNA constituem-se de blocos de informações denominados genes.
Uma proteína é produzida a partir das informações contidas em um gene e a sequência de seus aminoácidos é determinada de acordo com a sequência de nucleotídeos (ou bases nitrogenadas) presentes nele. Mas, como saber quais bases nitrogenadas determinam cada aminoácido?
Uma analogia simples nos permite entender melhor isso. Se os nucleotídeos são informações codificadas representadas por letras, então uma combinação de letras pode formar “palavras” que representam aminoácidos diferentes. A informação presente no DNA, porém não é decodificada diretamente em uma proteína. Em um estágio anterior à síntese, um gene é copiado e forma-se outra molécula linear denominada ácido ribonucleico (RNA), em um processo chamado Transcrição e que ocorre no núcleo da célula. Na maioria dos eucariotos, o transcrito inicial é modificado por excisão de introns e a forma final deste é denominada RNA mensageiro (RNAm). É o RNAm que será dirigido ao citosol e decodificado para sintetizar a proteína.
Cada trinca de bases (três bases) do RNAm, denominada códon, corresponderá a um aminoácido da proteína. O reconhecimento entre aminoácidos e RNAm ocorre por complementaridade das bases nitrogenadas entre os códon do RNAm e anticódons do RNAt (RNA transportador) que carrega os aminoácidos. Por exemplo, se o códon é AAA, o anticódon será UUU e o aminoácido será Lisina. É importante lembrar que as bases nitrogenadas do RNA são iguais as do DNA, com exceção da Timina, que no RNA é trocada por Uracila (U).
É a correspondência entre os códons do RNAm e os aminoácidos que constitui o código genético. As quatro diferentes bases nitrogenadas presentes no RNAm (A, U, G, C), reunidas três a três, formam 64 códons distintos. Dos 64 códons, 61 correspondem aos 20 aminoácidos que entram na constituição das proteínas. Os outros três códons restantes
correspondem a pontos que sinalizam o fim da informação genética na molécula de RNAm. Como um aminoácido pode ser codificado por mais de uma trinca de bases, diz-se que o código genético é degenerado. Como o código genético é praticamente o mesmo para todos os seres, diz-se que o código genético é universal.
Elementos que participam da síntese de proteínas
No processo de síntese proteica (também denominado tradução, por fazer uma analogia a tradução de uma informação), além do RNAm, participam dois outros tipos de RNAs, denominados RNAs funcionais, pois nunca são traduzidos, mas que desempenham um papel importante na célula. São eles, o RNA transportador (RNAt) e o RNA ribossômico (RNAr).
O RNAt tem o papel de levar o aminoácido para o sistema de tradução. Isso é possível porque ele tem a forma de um trevo e em uma de suas extremidades leva uma trinca de nucleotídeos denominada anticódon. Essa sequência é complementar ao códon para o aminoácido levado pelo RNAt. O anticódon no RNAt e o códon no RNAm ligam-se por um pareamento específico de bases RNA com RNA.
O RNAr constitui os ribossomos e tem a função de traduzir a sequência de nucleotídeos do RNAm em uma sequência de aminoácidos na proteína. O ribossomo é formado por duas subunidades de RNAr, uma pequena e uma grande. Nele há dois sítios importantes: A e P. O sítio A (de aminoacil) é aquele por onde os aminoácidos se ligam ao conjunto RNAm e RNAt, e o P (de peptidil) é aquele no qual o RNAt se liga a cadeia polipeptídica crescente.
Além dos RNAs, participam deste processo enzimas e proteínas adicionais denominadas Fatores de liberação, as quais determinam o término da síntese.
Início, alongamento e término da síntese.
Início: O início da síntese, ou tradução, sempre ocorre no mesmo sentido no RNAm (5´para
3´) e no mesmo códon (AUG), o qual é denominado códon de iniciação. Portanto, a primeira tarefa desta etapa é colocar no sítio P do ribossomo o primeiro RNAt cujo anticódon tem sequência de bases complementar aquela do códon (UAC). O aminoácido que este RNAt transporta é a metionina.
Alongamento: o alongamento é caracterizado pela adição subsequente de RNAt cada um
é reciclado pela adição de outro aminoácido. Nesta etapa o ribossomo se assemelha a uma fabrica que usa o RNAm como um mapa para especificar a sequência de aminoácidos.
Término: O alongamento continua até o códon presente no sítio A ser um dos três códons de
parada (ou Stop códon): UGA, UAA ou UAG. Porém, nenhum RNAt reconhece esses códons. Apenas as proteínas chamadas Fatores de Liberação reconhecem códons de parada. Quando um deles é encontrado, o Fator de liberação ocupa o sítio A, liberando o polipeptídio do RNAt no sítio P. As subunidades ribossômicas se separam e estão prontas para formar um novo complexo de iniciação.