INTRODUÇÃO
Capacidade
de guardar informações, de replicação, de gerar diversificação de atividades
numa célula, de catalisar, de unir gerações pelo processo de hereditariedade e
de dirigir a sintese de outras macromoléculas (proteínas) são atributos de um
ácido nucléico.
O RNA foi provavelmente o primeiro tipo de ácido
nucléico a surgir na natureza. Sua estrutura mais simples, a diversidade de
tipos, a capacidade de auto-replicação, a ação catalítica encontrada em
certos RNA aponta para a condição
de molécula hereditária primordial. O DNA foi na
verdade uma cria do RNA de
algumas células primitivas que ganharam com isso maior estabilidade e
durabilidade do seu material em dupla hélice. Com essa nova invenção das
células era possível aumentar consideravelmente o tamanho dos ácidos nucléicos
e assim, estocar mais informações e a partir daí desencadear a síntese de um
maior arsenal de proteínas que tornou o metabolismo celular mais complexo,
diversificado e conseqüente eficiência no seu funcionamento.
Embora a
ordem de surgimento das moléculas informacionais tenha sido: RNA --- DNA --- PROTEÌNA, sabemos que as células modernas
transferem a informação biológica da forma: DNA ---
RNA --- PROTEÍNAS. Essa seqüência de eventos é considerada o DOGMA
CENTRAL DA BIOLOGIA MOLECULAR.
Ácidos nucléicos
Os ácidos nucléicos são as substâncias responsáveis
pela transmissão da herança biológica: as moléculas que regem a atividade da
matéria viva, tanto no espaço (coordenando e dirigindo a química celular por
meio da síntese de proteínas) como no tempo (transmitindo os caracteres
biológicos de uma geração a outra, nos processos reprodutivos).
Composição e natureza química. Já no segundo quartel
do século XIX o cientista suíço Friedrich Miescher isolou uma substância
procedente dos núcleos celulares, à qual chamou nucleína, que passou a ser
chamada mais tarde de ácido nucléico, por seu forte grau de acidez. Mas só
quando já ia avançado o século XX demonstrou-se que essa substância era na
realidade o suporte da herança dos caracteres nos seres vivos. Em 1944, as
experiências de Oswald Theodore Avery, Colin M. MacLeod e Maclyn McCarty
determinaram que um dos ácidos nucléicos, o ADN ou ácido desoxirribonucléico
podia transferir uma característica biológica de uma bactéria (no caso, um
pneumococo) para outra, característica ausente antes da transmissão.
Em 1954, James Dewey Watson e Francis Harry Comptom
Crick propuseram a estrutura de dupla hélice para explicar a disposição dos
átomos na molécula de ADN. No começo da década de 1960, os franceses François
Jacob e Jacques Monod postularam o possível papel de outro ácido nucléico, o
chamado ácido ribonucléico mensageiro (ARNm), na célula, como transmissor e
executor das instruções contidas no ADN.
Os ácidos nucléicos são moléculas longas e
complexas, de elevados pesos moleculares, constituídos por cadeias de unidades
denominadas mononucleotídeos. Estes se compõem de um carboidrato ou açúcar de
cinco átomos de carbono (uma pentose), de estrutura cíclica pentagonal, ao qual
se une por um de seus extremos uma molécula de ácido fosfórico e, por outro,
uma base nitrogenada também de estrutura fechada, seja púrica (que tem dois
anéis com vários átomos de nitrogênio unidos ao esqueleto carbonado), seja
pirimidínica (que consta de um só anel hexagonal no qual se inserem átomos de
nitrogênio, oxigênio e, em alguns casos, um radical metila, -CH3). Os
componentes variáveis nos mononucleotídeos são as bases, das quais há cinco
tipos possíveis -- duas púricas, a adenina e a guanina, e três pirimidínicas, a
citosina, a uracila e a timina --, e nessa variabilidade reside o caráter
"informativo" dos ácidos nucléicos e sua funcionalidade como
moléculas codificadoras de informação biológica.
O açúcar ou pentose pode ser de duas classes: em
forma de ribose desoxigenada ou desoxirribose, que é a que constitui o
esqueleto do ADN, ou, em sua variedade normal, conhecida simplesmente como
ribose, própria do ARN. No primeiro caso, originam-se desoxirribonucleotídeos;
no segundo, ribonucleotídeos.
Os mononucleotídeos se unem entre si para compor,
como já foi dito, longas cadeias de centenas ou milhares de unidades que se
dispõem em forma de estruturas filamentosas helicoidais, de dupla hélice no
caso de ADN e de hélice simples no ARN. A borda de cada hélice é integrada
pelas pentoses, que se engancham umas nas outras através dos restos de ácido
fosfórico, enquanto o contato entre uma hélice e outra se efetua pelo
estabelecimento de enlaces por parte das bases nitrogenadas, obedecendo a determinadas
leis bioquímicas. Cada enlace é, pois, o resultado da interação de um par de
bases, cada uma das quais correspondente a uma das hélices. O acoplamento das
bases não é arbitrário e atende a exigências espaciais, químicas e estruturais
muito precisas. Sempre se emparelham uma base púrica e uma pirimidínica: a
adenina sempre com a timina ou uracila, e a guanina com a citosina.
Seqüência e função genética.
A seqüência dos ácidos
nucléicos é específica e característica de cada ser vivo. Em tal seqüência radicam-se
em suma a individualidade e as diferenças existentes entre os organismos. As
cinco bases, combinadas em todas as seqüências imagináveis, com ou sem
repetições e sem limite teórico de extensão, dão lugar a uma série infinita de
distintas cadeias possíveis. As cadeias são representadas pelas iniciais
maiúsculas de cada base na ordem de seqüência característica; por exemplo:
AATCAGCTTTACGC. Logicamente, essa representação corresponde a uma das hélices;
a da outra hélice será complementar, levando-se em conta os emparelhamentos
antes indicados (adenina, A, com timina, T, e guanina, G, com citosina, C, no
que se refere a ADN). Assim no exemplo proposto, a complementar seria
TTAGTCGAAATGCG.
A composição anteriormente detalhada é universal e
válida para todos os seres vivos, desde o vírus até o homem, o que reflete um
fato importante: a unidade básica da estrutura da vida na Terra. Nos vírus, o
ácido nucléico situa-se no interior, protegido por um invólucro protéico. Nos
organismos unicelulares, ou seja, que não dispõem de núcleo ou que o apresentam
difuso, sem membrana nuclear, caso das bactérias, o ADN forma uma única
estrutura circular que constitui o cromossomo bacteriano.
Nos eucariotes, que já dispõem de núcleo protegido
por invólucro próprio, como as plantas e animais, o ADN encontra-se encerrado
no núcleo como uma substância difusa, na qual há também certas proteínas
básicas chamadas histonas: é o que se conhece como cromatina.
Antes de ocorrer à divisão celular, a cromatina
fragmenta-se numa série de unidades ou cromossomos, cujo número é constante
para cada espécie. Em tais cromossomos acham-se os genes, conjuntos mais ou
menos grandes de nucleotídeos dispostos segundo uma seqüência dada, que
codificam a informação precisa para um determinado caráter biológico.
Ácido desoxirribonucléico. O ADN, ácido
desoxirribonucléico, é formado pela pentose desoxirribose, o ácido fosfórico e
as bases citosina, timina, adenina e guanina. É a substância responsável pela
herança biológica de todos os seres vivos, à exceção de muitos vírus, nos quais
esse papel é representado pelo ARN.
No período denominado interfase, imediatamente
anterior à divisão celular, o ADN experimenta o processo de autoduplicação, ou
seja: suas moléculas duplicam-se, de modo que mais tarde, ao formarem-se as
duas hélices-filhas a partir de uma única célula-mãe, cada uma delas possa
receber a totalidade do material genético. Na autoduplicação, a dupla hélice se
abre e cada um dos dois filamentos que a compõem se separa e se sintetiza, graças
à intervenção de diferentes enzimas, o filamento complementar.
Ácido ribonucléico. O ARN é o ácido ribonucléico,
constituído pela pentose ribose, o ácido fosfórico e as bases citosina, uracila
(esta ausente do ADN), adenina e guanina. Compõe-se de uma só cadeia helicoidal
e apresenta três classes, cada uma das quais cumpre uma função específica na
célula: o chamado ARN mensageiro (ARNm), sintetizado pela ação de diversas
enzimas a partir de um filamento de ADN que lhe serve de guia, no processo
conhecido como transcrição; o ARN ribossômico, componente essencial, junto com
as proteínas, dos orgânulos celulares chamados ribossomas; e o ARN de
transferência, que translada os diversos aminoácidos (unidades estruturais das
proteínas) até onde se está sintetizando uma molécula protéica, sob a direção
de um ARNm, e os insere no ponto exato para obter a seqüência exata, no
processo denominado tradução.
Síntese de proteínas. A síntese de proteínas ou
tradução é o processo em função do qual se formam as seqüências de aminoácidos
que constituem as proteínas, a partir de uma seqüência correlativa expressa
pelo ARN mensageiro, numa linguagem de bases nitrogenadas. Assim, de um
fragmento de ADN dado, que contém a informação precisa para que se forme uma
proteína concreta, obtém-se uma cópia, a qual é o ARNm que guiará diretamente o
processo de tradução. Ao ARNm unem-se vários ribossomas que, ao se deslocarem,
efetuarão um autêntico processo de "leitura química".
Cada grupo de três bases do ARNm -- por exemplo GCC
-- corresponde na linguagem nucleotídica a um aminoácido dado, neste caso a
alanina. O ribossoma reconhece por meios químicos o caráter desse trio
(designado em genética como códon) e um ARN de transferência leva até ele o
aminoácido alanina. Vai-se formando assim, pouco a pouco, a seqüência que dará
lugar à proteína. Cada aminoácido tem sua codificação correspondente, em geral
de vários códones, também há trios que indicam o sinal de terminação.
O código genético representa, pois, na escala
molecular, uma autêntica linguagem, da qual a célula se serve para crescer e
reproduzir-se, o que é possível graças aos ácidos nucléicos.
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