DNA e RNA -

DNA (ácido desoxirribonucleico) e RNA (ácido ribonucleico) são moléculas essenciais para a vida, responsáveis por armazenar e transmitir informações genéticas e desempenhar funções fundamentais na produção de proteínas.

DNA (Ácido Desoxirribonucleico)

O DNA (ácido desoxirribonucleico) é uma molécula complexa e fundamental para a vida, responsável por armazenar e transmitir as informações genéticas que controlam o desenvolvimento e o funcionamento de todos os organismos vivos. Vamos explorar o DNA em detalhes.

Estrutura Molecular do DNA

O DNA é uma macromolécula composta por duas longas cadeias de nucleotídeos que formam uma estrutura em forma de dupla hélice. Cada nucleotídeo é composto por três componentes:

Grupo Fosfato: Liga-se ao açúcar de outro nucleotídeo para formar a “espinha dorsal” do DNA.
Açúcar Desoxirribose: Um açúcar de cinco carbonos que diferencia o DNA do RNA (que possui ribose).
Base Nitrogenada: Existem quatro tipos de bases nitrogenadas no DNA, que determinam as propriedades genéticas:
- Adenina (A)
- Timina (T)
- Citosina (C)
- Guanina (G)

Essas bases se emparelham de forma específica: adenina sempre com timina (A-T) e citosina sempre com guanina (C-G), formando as “escadas” da hélice.

Organização do DNA no Núcleo

Em organismos eucariontes, como plantas e animais, o DNA é organizado dentro do núcleo celular na forma de cromossomos. Cada cromossomo é composto por uma longa molécula de DNA associada a proteínas chamadas histonas, que ajudam a empacotar o DNA em uma estrutura compacta e organizada. Humanos, por exemplo, têm 46 cromossomos em cada célula somática.

Funções do DNA

O DNA desempenha várias funções essenciais:

Armazenamento de Informação Genética: O DNA contém as instruções para a síntese de todas as proteínas de um organismo, que são necessárias para o desenvolvimento, funcionamento e reprodução.
Replicação: Antes da divisão celular, o DNA se replica para garantir que cada célula filha receba uma cópia exata do material genético. A replicação do DNA é semiconservativa, o que significa que cada nova molécula de DNA é composta por uma fita original e uma fita recém-sintetizada.
Expressão Gênica: Os genes, que são segmentos específicos do DNA, codificam proteínas por meio de um processo que envolve duas etapas principais:
- Transcrição: O DNA é transcrito em RNA mensageiro (mRNA).
- Tradução: O mRNA é traduzido em uma sequência de aminoácidos, formando uma proteína.

Código Genético

O código genético é o conjunto de regras que define como a sequência de bases nitrogenadas (A, T, C, G) é traduzida em aminoácidos, que são os blocos construtores das proteínas. Esse código é quase universal em todos os seres vivos e é lido em “trincas” de bases chamadas códons, cada uma das quais corresponde a um aminoácido específico ou a um sinal de parada na síntese de proteínas.

Mutação e Variabilidade Genética

Embora o DNA seja replicado com alta precisão, erros podem ocorrer, levando a mutações. As mutações podem ser:

Pontuais: Alteração de uma única base.
Deleção: Perda de uma parte do DNA.
Inserção: Adição de uma ou mais bases.

Essas mutações podem ter efeitos variados, desde nenhum efeito perceptível até a geração de doenças genéticas ou a contribuição para a variabilidade genética, que é essencial para a evolução.

Aplicações do DNA

O conhecimento do DNA tem várias aplicações importantes:

Biotecnologia: Manipulação do DNA para a produção de medicamentos, vacinas, e alimentos geneticamente modificados.
Medicina Forense: Uso de perfis de DNA para identificar indivíduos em investigações criminais.
Genômica: Estudo do genoma completo de organismos para entender suas funções, evolução e relação com doenças.

Epigenética

Além da sequência de bases, a expressão do DNA pode ser regulada por modificações químicas, como a metilação do DNA e a modificação de histonas, que não alteram a sequência, mas influenciam a forma como os genes são ativados ou desativados. Esta camada adicional de controle é estudada pela epigenética.

História e Descoberta do DNA

A estrutura do DNA foi descoberta em 1953 por James Watson e Francis Crick, com base em dados experimentais fornecidos por Rosalind Franklin e Maurice Wilkins. Essa descoberta foi fundamental para a biologia molecular e abriu caminho para o entendimento de como a informação genética é armazenada e transmitida.

RNA (Ácido Ribonucleico)

O RNA (ácido ribonucleico) é uma molécula essencial na biologia, desempenhando um papel crucial na expressão dos genes, que são as instruções codificadas no DNA. Embora o DNA armazene a informação genética, o RNA é responsável por diversas funções que permitem a utilização dessas informações para a síntese de proteínas, que são as máquinas moleculares que realizam a maioria das funções celulares.

Estrutura Molecular do RNA

O RNA é uma molécula composta por uma única cadeia de nucleotídeos, embora em algumas ocasiões possa dobrar-se sobre si mesma para formar estruturas complexas.

Cada nucleotídeo no RNA é composto por três partes:

Grupo Fosfato: Liga-se ao açúcar de outro nucleotídeo para formar a “espinha dorsal” da molécula de RNA.
Açúcar Ribose: Diferentemente do DNA, que contém desoxirribose, o RNA contém ribose, um açúcar de cinco carbonos. A presença de um grupo hidroxila (-OH) no carbono 2’ da ribose torna o RNA mais reativo e menos estável que o DNA.
Base Nitrogenada: Existem quatro tipos de bases nitrogenadas no RNA:
- Adenina (A)
- Uracila (U): Substitui a timina (T) encontrada no DNA.
- Citosina (C)
- Guanina (G)

No RNA, a adenina emparelha-se com a uracila, enquanto a citosina emparelha-se com a guanina.

Tipos de RNA e Suas Funções

O RNA existe em várias formas, cada uma com uma função específica no processo de expressão gênica e na regulação celular:

mRNA (RNA Mensageiro):
- Função: O mRNA transporta a informação genética do DNA no núcleo até os ribossomos, que são os locais de síntese proteica no citoplasma. Ele é sintetizado durante a transcrição, onde uma fita de DNA serve como molde para a criação de uma molécula complementar de mRNA.
- Estrutura: O mRNA é uma cadeia linear que contém códons, grupos de três nucleotídeos que codificam aminoácidos específicos.
tRNA (RNA Transportador):
- Função: O tRNA é responsável por transportar aminoácidos específicos para os ribossomos durante a síntese de proteínas. Cada tRNA tem um anticódon que é complementar a um códon no mRNA e carrega o aminoácido correspondente.
- Estrutura: O tRNA tem uma estrutura de trevo, com o anticódon em uma das “folhas” e o aminoácido na extremidade oposta.
rRNA (RNA Ribossômico):
- Função: O rRNA é o componente principal dos ribossomos, que são as máquinas moleculares que catalisam a ligação dos aminoácidos para formar proteínas. O rRNA não só fornece uma estrutura para os ribossomos, mas também desempenha um papel catalítico na formação da ligação peptídica entre aminoácidos.
- Estrutura: O rRNA se combina com proteínas específicas para formar os ribossomos. Ele é altamente estruturado, com regiões que se dobram sobre si mesmas para formar complexos tridimensionais.
snRNA (RNA Nuclear Pequeno):
- Função: Envolvido no processamento de mRNA, especificamente na remoção de íntrons (regiões não codificantes) do mRNA precursor em um processo chamado splicing.
- Estrutura: Faz parte do spliceossomo, um complexo de RNA e proteínas.
miRNA (RNA Micro) e siRNA (RNA Interferente Pequeno):
- Função: Estes pequenos RNA regulam a expressão gênica pós-transcricionalmente, ligando-se ao mRNA alvo e promovendo sua degradação ou inibindo sua tradução.
- Estrutura: São moléculas de RNA pequenas, com cerca de 20-25 nucleotídeos de comprimento.

Processo de Transcrição

A síntese do RNA a partir do DNA é um processo chamado transcrição. O RNA polimerase é a enzima responsável por catalisar a síntese de RNA usando o DNA como molde. O processo de transcrição pode ser dividido em três etapas principais:

Iniciação: A RNA polimerase se liga ao DNA na região promotora, que é uma sequência específica que marca o início de um gene. A dupla hélice do DNA se desenrola para permitir que a polimerase inicie a síntese de RNA.
Alongamento: A RNA polimerase adiciona nucleotídeos complementares à fita de DNA molde, formando uma nova molécula de RNA. No caso do mRNA, a adenina no DNA se emparelha com uracila no RNA.
Término: Quando a RNA polimerase atinge uma sequência de término no DNA, a transcrição é finalizada, e o RNA recém-sintetizado é liberado.

Processamento do mRNA

Nos eucariontes, o mRNA primário, ou pré-mRNA, precisa ser processado antes de ser traduzido em uma proteína:

Adição da Cap 5’: Um nucleotídeo metilado é adicionado à extremidade 5’ do mRNA, protegendo-o da degradação e ajudando na ligação ao ribossomo.
Splicing: Os íntrons (sequências não codificantes) são removidos, e os éxons (sequências codificantes) são unidos para formar o mRNA maduro.
Adição da Cauda Poli-A: Uma série de adeninas é adicionada à extremidade 3’ do mRNA, protegendo-o e facilitando sua exportação do núcleo para o citoplasma.

Tradução e Síntese de Proteínas

Após ser processado, o mRNA é transportado para o citoplasma, onde é traduzido em uma proteína por ribossomos, com a ajuda do tRNA. Cada códon do mRNA determina qual aminoácido será adicionado à cadeia polipeptídica em formação.

Funções Reguladoras do RNA

Além de sua função na síntese proteica, o RNA também desempenha papéis regulatórios na célula:

Controle da Expressão Gênica: RNAs não codificantes, como miRNA e siRNA, regulam a expressão de genes específicos, controlando a estabilidade e a tradução do mRNA.
RNA Catalítico (Ribozimas): Alguns RNAs podem atuar como catalisadores de reações químicas, como o splicing de RNA.

RNA em Vírus

Muitos vírus utilizam o RNA como material genético em vez do DNA. O RNA viral pode ser de fita simples ou dupla e pode ser replicado dentro das células hospedeiras para produzir novos vírus. Exemplos incluem o vírus da gripe e o coronavírus (como o SARS-CoV-2).

Diferenças entre RNA e DNA

Açúcar: RNA tem ribose, enquanto o DNA tem desoxirribose.
Bases Nitrogenadas: RNA usa uracila em vez de timina.
Estrutura: RNA é geralmente uma fita simples, enquanto o DNA é uma fita dupla.
Função: RNA tem funções mais variadas, incluindo catalíticas e regulatórias, além de servir como intermediário na síntese de proteínas.