Bioquímica: Substâncias Orgânicas


Quando percebemos a semelhança existente entre nós e nossos antepassados, surgem algumas curiosidades: Como isso acontece? Qual é o mecanismo que regula essas expressões? Qual é a interferência do meio nessa manifestação? Esses questionamentos sempre perseguiram a huma­nidade. A grande resposta é que tais informações estão contidas nos genes.

Bioquímica

Ácidos nucleicos

O bioquímico suíço Johann Friedrich Miescher, em 1869, ao analisar células sanguíneas (glóbulos brancos), que apresentam um núcleo grande e volumoso, isolou e identificou uma substância formada por complexo ácido orgânico, rico em fósforo e nucleoproteína (albumina), a qual denominou de nucleína.
•          o poder catalisador na síntese de outros RNAs e de proteínas;
•          a simplicidade molecular;
•          a capacidade de auto-replicação.

Atualmente, já há indícios de que a pentose ribose, presente no RNA, é anterior à desoxirribose, que parti­cipa do DNA. Em um determinado instante da vida, surgiu um áci­do com cadeia dupla, formado a partir do RNA. Com isso, as células aumentaram a capacidade de armazena­mento das informações genéticas e puderam aumentar a variedade de proteínas. Com o processo de replicação semiconservativa, o DNA garante estabilidade, o que não ocorria no RNA, pois este mutava facilmente. Agora, as células podem viver mais e cometer menos erros no momento da divisão celular. Os nucleotídeos são formados pela união do fosfato, pentose (monossacarídeo de cinco carbonos) e bases nitrogenadas cíclicas.

As células eram obtidas a partir do pus retirado de ataduras de ferimentos. Para confirmar sua descoberta, Johann utilizou espermatozoides de salmão e cicatrículas das gemas de ovos de galinha. Nove anos depois, Richard Altmann, aluno de Miescher, conseguiu compro­var a natureza ácida da nucleína e passou a denominá-la de ácido nucleico.

Os ácidos nucleicos são as nossas maiores molécu­las orgânicas e são polímeros. As unidades ou os monômeros que se repetem são os nucleotídeos; portanto, os ácidos nucleicos são chamados de polinucleotídeos. Os tipos de ácido nucleico são o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA). As condições reinantes nos primeiros anos do plane­ta Terra eram muito instáveis. A grande tendência é acei­tar que o RNA tenha sido o primeiro a surgir, graças a três fatores:

Bases nitrogenadas

As bases dos ácidos nucléicos são bases fracas, que se unem a uma pentose para formar um nucleosídeo.

Ligação Nglicosídica

As bases nitrogenadas dos ácidos nucléicos são as púricas ou as pirimídicas. As bases púricas são adenina e guanina e as pirimídicas, citosina, uracila e timina.

Pentose

As pentoses são carboidratos monossacarídeos com cinco carbonos, que podem ser de dois tipos: ribose e desoxirribose. Essas pentoses não são isômeros estruturais porque falta um oxigénio no carbono de número dois da deso­xirribose.

Fosfato

O fosfato forma os nucleotídeos ao unir-se, por meio de uma ligação do tipo éster com a hidroxila do carbono cinco, à pentose. Os nucleotídeos e os ácidos nucleicos apresentam cargas negativas graças aos grupos fosfates.

Raio-X número 51

O senhor Maurice Wilkins mostrou a James Watson a imagem número 51 – acredita-se que sem a autoriza­ção de Franklin. A partir daí, James Watson e Francis Crick trabalharam com esse material e, no dia 7 de mar­ço de 1953, no laboratório Cavendish, na Inglaterra, che­garam à conclusão de que o DNA é uma dupla hélice. No dia 25 de abril daquele ano, a revista Nature publi­cou o artigo “Molecular Structure of Nucleic Acids” (“Es­trutura Molecular dos Ácidos Nucléicos”). Essa descoberta rendeu aos três um prêmio Nobel de Medicina em 1962.

DMA

O ácido desoxirribonucleico representa a característica hereditária principal dos seres vivos. É a partir dele que são produzidos os diferentes tipos de RNA existentes. O DNA codifica a síntese proteica que ocorre no citoplasma. Graças à importância dessa substância, os cientistas travaram uma cruzada para descobrir a sua estrutura. Um grande passo foi dado pela cientista Rosalind Franklin, que obteve imagens de DNA de excelente qualidade em 1952, em especial a de número 51.

lames Watson e Crick

O DNA é formado por duas cadeias primárias em que os nucleotídeos estão unidos por meio de ligações 3′ e 5′- fosfodiéster – a qual ocorre entre o fosfato do carbo­no 5 da desoxirribose de um nucleotídeo e a hidroxila do carbono 3 da desoxirribose do nucleotídeo seguinte.
As cadeias que formam a dupla hélice são antipa-ralelas, mas complementares. A adenina faz par com a timina – duas pontes de hidrogênio – e a citosina com a guanina – três pontes de hidrogénio. A proporção de bases púricas e pirimídicas na cadeia dupla é sempre 1:1. As bases são ligadas por pontes de hidrogênio.

Nas células eucarióticas, há formação de várias unida­des de replicação – os replicons – ao longo de uma molé­cula de DNA. As duas fitas complementares se desenrolam (DNA helicase), conforme vemos na ilustração anterior, e permanecem abertas para a entrada de novos nucleotídeos, que são coordenados pela enzima DNA polimerase.

Uma das propriedades do DNA é a replicação semi-conservativa. Há várias enzimas envolvidas nesse pro­cesso:
•         enzima topoisomerase – serve para desenrolar a dupla hélice;
•         enzimas helicases – quebram as pontes de hidrogênio;
•         enzimas S SB – mantém o DNA aberto;
•         primer – pequena sequência de RNA, indispen­sável ao início da replicação;
•         enzima DNA polimerase III – enzima responsá­vel pela replicação que ocorre no sentido3′ – 5′. Corrige possíveis erros e retira a SSB;
•         enzima DNA polimerase I – retira o primer e preenche os espaços deixados pela DNA polime­rase III;
•         enzima ligase – une os nucleotídeos;
•         enzimas exonucleases – enzimas que têm a fun­ção de remover nucleotídeos (geralmente das ex­tremidades dos ácidos nucléicos).

O mais impressionante nesse processo é a precisão, pois existem vários mecanismos que garantem sua reali­zação, mas, mesmo assim, podem ocorrer mutações. Em caso de ocorrer algum erro, a DNA polimerase tem a função de corrigi-lo. No final do processo, a DNA ligase une os fragmentos produzidos e a replicação semi-conservativa termina. Cada fita original velha ou paterna serve de molde para a síntese da cadeia nova ou filha.

RNA

O ácido ribonucléico é também um polinucleotídeo, mas há diferenças em relação ao DNA. O RNA é forma­do por uma única cadeia de nucleotídeos e, por isso, não existe igualdade entre bases púricas e pirimídicas. A composição dos nucleotídeos presentes no RNA é a se­guinte: apresenta a pentose ribose e suas bases nitrogenadas são adenina, guanina, uracila e citosina. Nota-se que não existe timina no RNA.

Mecanismos de transcrição

A transcrição é realizada dentro do núcleo das célu­las eucarióticas e ocorre a partir da informação contida na sequência de nucleotídeos de uma pequena porção da molécula de DNA fita dupla, sendo sempre no sentido 5′ —> 3′. Os três tipos de RNA obedecem a esse padrão. As enzimas RNAs polimerases são responsáveis pelo desencadeamento do processo. Elas rompem as pontes de hidrogénio existentes. A transcrição é assimétrica, pois apenas uma das fitas do DNA, chamada de fita molde, é utilizada durante o processo. O RNA recém-sintetizado (5′ —> 3′) é, portanto, complementar à fita de DNA que serviu de molde (31 —> 5′) e idêntico a outra fita de DNA (5′ —> 3′). Tão logo o processo termine, o RNA produzido é liberado e a cadeia de DNA se reassocia.

A sequência de nucleotídeos de um gene, por conven­ção, sempre é representada no sentido 5′ —» 3′, ou seja, o mesmo da fita que não serve de molde na transcrição.

Tipos de RNA

Nas células eucarióticas, existem três tipos de RNA polimerase, ao passo que, nas procarióticas, há somente um, que é capaz de produzir os diferentes tipos de RNA. Alguns RNAs produzidos servem como componen­tes estruturais e enzimáticos para uma grande quantida­de de reações.
RNA mensageiro – é copiado a partir dos genes que contêm a informação para a síntese de proteínas. Os RNAs mensageiros representam cerca de 3% a 5% do RNA celular total.
RNA nuclear – direciona o splicing, que será es­tudado na aula 08.
RNA transportador – forma os adaptadores que colocam os aminoácidos nos locais adequados dos ribossomos. Os RNAt correspondem a 10% do RNA total da célula.
RNA ribossômico – participa ativamente do pro­cesso de tradução que ocorre no citoplasma, pois é componente dos ribossomos. Os RNAr correspondem a 85% do RNA total da célula.