Replicação, transcrição e tradução

Replicação do DNA

Quando uma célula se reproduz, ela passa todas as suas informações para as células-filhas. Antes que isso aconteça, porém, ela deve primeiro replicar seu DNA, ou fazer uma cópia dele. O local onde ocorre a replicação do DNA depende de as células serem procarióticas ou eucarióticas. A replicação do DNA ocorre no citoplasma dos procariotos e no núcleo dos eucariotos. Independentemente de onde ocorre a replicação do DNA, o processo básico é o mesmo.

A estrutura do DNA presta-se facilmente para a sua replicação. Cada lado da dupla hélice segue direções opostas (anti-paralelas). O interessante é que ela pode partir-se ao meio e cada lado pode servir como um padrão ou modelo para o outro lado (chamada de replicação semiconservativa). Entretanto, o DNA não se abre inteiramente. Ele se abre em uma pequena área chamada de bifurcação de replicação, que segue por toda a extensão da molécula.

A dupla hélice do DNA desenrola-se e cada lado serve como modelo para fazer uma nova molécula

Vejamos:

1. Uma enzima chamada DNA-girase desenrola (deselicoidiza) o DNA.
2. A enzima girase (topoisomerase em procariontes) também mantém a deselicoidização do DNA.
3. A enzima helicase quebra as pontes de hidrogênio que ligam as bases nitrogenadas complementares, o que separa as fitas da dupla hélice.
4. Proteínas chamadas de SSB (single strand binding - ligação em um filamento) mantêm a integridade dos filamentos abertos.
5. Enzima complexa, a DNA-polimerase "anda" pelos filamentos do ácido desoxirribonucléico e acrescenta novos nucleotídeos a cada filamento. Os nucleotídeos fazem par com os nucleotídeos complementares no filamento existente (A com T, G com C).
6. Uma subunidade do DNA-polimerase revisa o novo DNA.
7. Uma enzima chamada DNA-ligase fecha os fragmentos em um longo filamento contínuo.
8. As novas cópias automaticamente se enrolam novamente.

Tipos diferentes de células replicam seu DNA em diferentes taxas. Algumas células se dividem constantemente, como as dos cabelos e das unhas e as células da medula óssea. Outras células passam por vários ciclos de divisão celular e param (incluindo as células especializadas, como as do cérebro, músculo e coração). Finalmente, algumas células param de se dividir, mas podem ser induzidas à divisão para reparar lesões (como as células da pele e as do fígado). Nas células que não se dividem constantemente, os avisos para a replicação do DNA/divisão celular vêm em forma de substâncias químicas. Essas substâncias podem originar-se de outras partes do corpo (hormônios) ou do ambiente.

Em cada molécula, há um filamento antigo, que pertence à molécula-mãe, e um novo que se formou sobre o antigo. Cada filamento antigo atuou como molde, já que sua sequência de bases funcionou como "guia" para a produção da fita nova. Por isso, o processo de duplicação é chamado de semiconservativo, já que cada molécula- filha conserva metade da molécula-mãe.

O DNA duplica-se, permitindo a distribuição de informação hereditária idêntica por células-filhas e descendentes. Por outro lado, o DNA faz RNA o que é chamado de transcrição. O RNA, no citoplasma, comanda a síntese de proteínas, processo denominado tradução. Vejamos:

Transcrição

Para que ocorra transcrição deve acontecer os seguintes fenômenos:

a) Presença de uma enzima: a RNA polimerase;

b) As pontes de hidrogênio se desfaçam; as duas fitas de DNA se afastem;

c) Nucleotídeos livres de RNA encaixem-se apenas numa das fitas de DNA, chamada fita ativa;

d) A molécula de RNA (fita única) destaque-se de seu molde de DNA e migre para o citoplasma;

e) As duas fitas de DNA tornem a parear, reconstituindo a molécula original.

Lembre-se, em um eucarioto, o DNA nunca deixa o núcleo, de modo que suas informações devem ser copiadas. Esse processo de cópia é chamado de transcrição, e a cópia, de mRNA. A transcrição ocorre no citoplasma (procarioto) ou no núcleo (eucarioto).

A transcrição é realizada por uma enzima chamada RNA-polimerase. Para formar o RNAm, o RNA-polimerase:

1. Liga-se ao filamento de DNA em uma seqüência específica do gene chamada promotor

2. Desenrola e desprende os dois filamentos de DNA

3. Utiliza um dos dois filamentos de DNA como guia ou modelo

4. Corresponde os novos nucleotídeos a seus complementos no filamento de DNA (G com C, A com U - lembre-se de que o RNA possui uracila (U), e não timina (T))

5. Une esses novos nucleotídeos de RNA para formar uma cópia complementar do filamento de DNA (RNAm)

6. Interrompe quando encontra uma seqüência de terminação de bases (códon de terminação)

O RNAm é formado por um filamento (contrário do DNA, que forma espirais em duplo filamento complementares). Nos procariotos, todos os nucleotídeos no RNAm fazem parte dos códons para a nova proteína. Entretanto, nos eucariotos existem seqüências extras no DNA e no RNAm, que não codificam proteínas, chamadas íntrons.

Depois de formado, o RNAm é, então, mais processado:

• os íntrons são recortados

• as seqüências de codificação se unem

• a "capa" de um nucleotídeo especial – nucleotídeo metilado - é acrescentada à extremidade inicial, para impedir que exonucleases – enzimas que degradam ácidos nucléicos localizadas no citoplasma, destruam o RNA.

• uma longa cauda com 100 a 200 nucleotídeos de adenina é acrescentada a outra extremidade

A cópia em atividade da seqüência (RNAm) agora deve ir para o local da construção, onde os trabalhadores criarão a nova proteína. Se a célula for procariótica, como uma bactéria E. coli, então, o local é o citoplasma. Se a célula for eucariótica, como a célula humana, então, o mRNA deixa o núcleo através de grandes furos na membrana nuclear (poros nucleares) e segue para o retículo endoplasmático, no citoplasma.

Tradução (síntese de proteínas)

O DNA presente no núcleo controla toda a síntese de proteínas da célula. Esse controle é efetuado por meio de moléculas de RNA que o DNA fabrica e que passam para o citoplasma. No processo de síntese de proteínas participam três tipos de RNA:

a) RNA ribossômico (RNAr): ocorre associado a proteínas formando os ribossomos;

b) RNA mensageiro (RNAm): formado por um filamento simples que contém várias sequências de três bases nitrogenadas. Cada conjunto de três bases é chamado códon. A sequência de códons determina a sequência de aminoácidos da proteína;

c) RNA transportador (RNAt): é o menor RNA da célula. Tem o formato de folha de trevo e em uma extremidade livre de sua molécula possui sempre a seguinte sequência de bases nitrogenadas: ACC. É nesse local que ocorre associação com o aminoácido. Em outra região da molécula existe uma sequência de três bases denominadas anticódon, que reconhece a posição do aminoácido no RNAm, unindo o seu anticódon ao códon do RNAm.

A tradução ocorre em três etapas sucessivas: iniciação, alongamento e terminação. O códon de iniciação é sempre o mesmo, AUG, e corresponde ao aminoácido metionina. No processo de iniciação a porção menor do ribossomo associa-se ao RNAt da metionina e juntos passam a percorrer a molécula de RNAm até encontrar o códon AUG. Quando o encontram, a subunidade maior do ribossomo une-se à subunidade menor. No ribossomo existem dois sítios A (onde há entrada do aminoácido) e sítio P (onde fica o polipeptídeo em formação). O RNAt da metionina fica associado ao sítio P do ribossomo, e o sítio A nesse momento permanece vazio. A metionina é, portanto, o primeiro aminoácido da cadeia polipeptídica.

Tem início agora a etapa de alongamento. Um RNAt de aminoácido que corresponda ao códon seguinte do RNAm encaixa-se no sítio A. Estabelece-se uma ligação peptídica entre os dois aminoácidos, e o RNAt da metionina solta-se. O ribossomo desloca-se no RNAm e os dois aminoácidos unidos passam a ocupar o sítio P, ficando o sítio A vazio.

Essa sequência de eventos ocorre até que o ribossomo encontre um dos três códons de terminação: UAG, UAA ou UGA. Na fase de terminação, o sítio A é ocupado por proteínas citoplasmáticas que se ligam diretamente ao códon de terminação do RNAm. O polipeptídeo é liberado do ribossomo, as subunidades maior e menor dissociam-se e há liberação do RNAm. A metionina do início da cadeia pode ser removida ou ficar fazendo parte do polipeptídeo.

Um mesmo RNAm, entretanto, pode ser traduzido por vários ribossomos. Vários ribossomos assim dispostos em uma molécula de RNAm formam o polissomo ou polirribossomo. Os ribossomos livres no citosol são responsáveis pela síntese de proteínas que vão atuar no citosol, no núcleo ou nas mitocôndrias. Os ribossomos ligados ao retículo granuloso vão produzir proteínas que irão para o complexo golgiense, vesículas secretoras, lisossomos e vacúolos.