DNA e RNA – ESTRUTURAS E FUNÇÕES

Entendendo matérias complexas

Eu sei que algumas partes da disciplina de biologia podem ser mais desafiadoras para você, aluno do terceiro ano e pré vestibular, mas se ela for passada de forma clara e objetiva, a sua chance de compreensão será bem maior.

No artigo de hoje vamos conversar sobre os ácidos nucleicos e a Replicação do DNA. Em Biologia, essa parte da disciplina é conhecida por ser um tanto quanto trabalhosa e a pedido dos meus alunos, montei esse material.

Ácidos Nucleicos

Eu sou apaixonada pelos ácidos nucleicos, na verdade o DNA é minha molécula favorita, sim biólogos são um conjunto de células que geralmente tem gostos exóticos. Meu amor por essa macromolécula deve-se ao fato de eu ter estudado sobre a relação do DNA e a Doença de Alzheimer, e por isso também, acho inadmissível um aluno meu não entender sobre essas moléculas. Assista o vídeo explicativo sobre o assunto: https://bit.ly/3QsnrzL

Os ácidos nucleicos podem ser definidos como polímeros, que nada mais são, que moléculas grandes formadas a partir da junção de moléculas menores, no caso dos ácidos nucleicos, os nucleotídeos. 

Os dois ácidos nucleicos existentes são o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido Ribonucleico (RNA). Essas duas moléculas são encarregadas por trazerem consigo as informações necessárias para codificar e traduzir as mensagens que determinam a síntese das várias proteínas encontradas nos seres vivos, lembrando que as proteínas são a principal matéria-prima que nosso corpo utiliza para formação de diversos tecidos, sínteses e processos.

DNA – Ácido Desoxirribonucleico

Eu sou uma entusiasta do DNA!! Completamente apaixonada por essa molécula. Hoje, querido aluno, você pode até ter alguma dificuldade de compreender todo o processo, mas vou te guiar por um caminho onde juntos, vendo parte a parte você vai conseguir construir a sua conexão cerebral e perceber que entender é melhor que decorar 🙂 

Vamos iniciar mostrando o todo, no caso do DNA, observe a imagem: 

Segundo Bruce Alberts et al. Biologia molecular da célula. 6 ed. Porto Alegre, 2017. Pág: 176, fig: 4-3. A Estrura tridimensional do DNA – dupla hélice de DNA – é decorrente das características químicas e estruturais de suas duas cadeias polinucletídicas. Uma vez que essas duas cadeias são mantidas unidas por ligações de hidrogênio entre as bases das duas fitas, todas as bases estão voltadas para o interior da dupla-hélice, e a cadeia principal de açúcar fosfato encontra-se na região externa.

Agora que já fomos apresentados à molécula de DNA (Dani tô perdido! Calma! Tenha Fé!), vamos ver sua composição, função e claro algo mais. 

O DNA é o ácido desoxirribonucleico, uma molécula que se encontra no núcleo (nos eucariontes) e que transporta toda a informação genética de um organismo, isso é uma responsabilidade gigante. É nessa molécula que nós temos os nossos genes, são eles os responsáveis por levarem o código (instruções) para a formação de polipeptídeos e claro, as tão importantes proteínas. 

É uma estrutura tridimensional formada por uma fita dupla espiralizada (dupla hélice), composta por nucleotídeos. Se você não é da área da Biomédicas, ou mesmo que seja, talvez esteja perdido. Não se preocupe, chegou a hora de entendermos parte a parte dessa molécula

Já vimos que o DNA  é uma macromolécula (isso quer dizer que é uma molécula grande formada por várias outras moléculas menores). Sua estrutura básica são os Nucleotídeos. Dani, você não está entendendo. O que é um nucleotídeo? Eu te escuto, meu aluno. Um nucleotídeo é um molécula formada por bases nitrogenadas, no caso do DNA: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) e Guanina (G); Mais uma Pentose, nesse caso uma Desoxirribose; Mais  um  radical de ácido fosfórico. 

Somos seres visuais, então claro, IMAGENS!!

Imagem representando um nucleotídeo de DNA. Fonte: Própria autora.

Entendi o que é um nucleotídeo, mas como ele vai se juntar e formar essa cadeia tridimensional? Basicamente por dois tipos de ligações: os nucleotídeos são unidos por ligações fosfodiéster e as bases nitrogenadas ligam-se por pontes de hidrogênio. Dessa forma teremos a formação de uma fita e a construção da cadeia dupla em hélice do DNA.

Outra informação importante é que as bases nitrogenadas ligam-se especificamente, a Adenina só pareia e liga com a Timina (fazem duas ligações) e a Citosina só pareia e liga com a Guanina (fazem três ligações). 

Imagem representando as ligações entre os nucleotídeos e as bases nitrogenadas na formação do DNA. Fonte: Própria autora.

Entendemos a molécula de DNA. Parabéns!!! Mas qual é sua função?

A molécula de DNA carrega nossa informação genética. Sério Dani? Traduza, por favor. Já que vocês pediram com jeitinho. No nosso DNA temos o código para a produção das proteínas, esse código é como se fosse um manual de instruções, precisa ser seguido e montado de forma específica. Essa parte codificante fica nos nossos genes, saõ os genes que podem sofrer mutações, essas podem ser benéficas, ou, infelizmente extremamente prejudiciais. 

Alterações, mesmo que simples, no nosso DNA podem ter consequências gravíssimas. Não estão acreditando em mim? Pois, observem:

Vocês já ouviram falar sobre a Doença de Huntington? É uma doença hereditária, neurodegenerativa. O gene que causa a DH foi identificado em 1993. Localizado no cromossomo 4, o gene codifica uma proteína chamada huntingtina (Htt). 

Uma repetição trinucleotídica com até 35 unidades CAG é considerada normal. Quando o gene da DH tem mais de 40 repetições CAG, a forma alterada da proteína huntingtina que é então produzida causará a doença dentro de uma duração normal de vida.

Portanto, a DH é causada por uma extensão trinucleotídica e é uma entre várias doenças poliglutamínicas.

Ou seja, onde está esse “erro”? No código genético. Na molécula de DNA. 

Dani, eu quero saber tudo sobre os ácidos nucleicos!!! Então, vamos prosseguir.

RNA 

De forma semelhante, vamos observar a molécula de RNA:

Imagem representando as ligações entre os nucleotídeos na formação do RNA. Fonte: Própria autora.

Nossa Prof, seus esquemas são lindos! Obrigada!

A molécula de RNA é composta por um filamento único de nucleotídeos. E suas bases nitrogenadas são: adenina, guanina, citosina e URACILA. 

Eu sei que vocês já perceberam algumas diferenças entre a molécula de DNA e RNA, mas vamos deixar por escrito: o RNA é uma molécula fita simples, sua pentose é um ribose e no lugar da Timina ele apresenta uma Uracila.

Qual a  função do RNA? Essencialmente é possibilitar que a  informação codificante que está no DNA possa ser transcrita e traduzida em proteínas. Entendam, minha gente. Nosso corpo não consegue “ler” nucleotídeos. Nosso corpo consegue “entender” uma sequência de aminoácidos, e é isso que o RNA faz. O RNA tem a “receita” para o nosso organismo produzir as proteínas que estão em forma de código na molécula de DNA.

Falamos das moléculas de DNA e RNA. Agora já sabemos a composição e função de cada uma delas. 

Eu disse que iríamos além, e vamos!

Vamos a uma parte dessa disciplina que é temida por alguns de vocês, a Replicação do DNA.

Replicação do DNA

Agora que aprendemos sobre os ácidos nucleicos, vamos entender a Replicação do DNA. Mas Dani, por quê replicar? Costumo responder essa pergunta da forma que acho a mais simples: já fomos uma única célula, a união do gameta feminino com o masculino. No caso da nossa espécie, cada um carrega 23 cromossomos (bora lembrar, cromossomo é nosso DNA mais proteínas altamente compactado). 

Ou seja, nossa primeira célula tem 46 cromossomos, pra gente ter duas células, precisamos antes REPLICAR nosso material genético (DNA) para depois, de fato, a célula conseguir dividir, até o ponto de termos bilhões, trilhões de células (vou deixar uma próxima aula para explicar sobre a mitose).

Esse processo é simplesmente PERFEITO, é lindo entender como ele funciona e como pode alterar nossa vida. 

Aula aê!!

Continuando…

A replicação do DNA é o processo de duplicação da molécula de DNA. O DNA terá suas cadeias separadas.  Serão formadas cadeias complementares. (Ou seja, a  partir de uma molécula de DNA ao final da replicação, teremos duas moléculas de DNA) e isso acontece antes da divisão celular, na fase de interfase (por motivos: antes da célula de fato dividir o DNA precisa se duplicar, caso contrário, teremos uma célula com algum tipo de erro). 

Vejam a Imagem: 

Imagem representando o processo de Replicação do DNA. Fonte: Própria autora.

Ela pode ser um pouco intimidadora, mas se você prestar atenção nessa aula, certeza que consegue entender. Vamos olhar o todo. Uma vez visto, vamos parte a parte entendendo o processo

Para que a gente entenda como de uma molécula de DNA ao final do processo de replicação teremos duas moléculas de DNA, precisamos entender que a replicação acontece no sentido 5´- 3´, durante a interfase, é Semiconservativa e envolve enzimas específicas. Me perdi de novo, Dani. Calma. Mais uma vez, vamos passo a passo até entender o geral. 

Sentido 5´– 3´

Volte a imagem do nucleotídeo que você vai ver que os carbonos estão numerados. Para a replicação o DNA precisa de algumas enzimas, uma delas é a DNA Polimerase, responsável pela síntese (fabricação) da nova cadeia de DNA, a questão é que essa enzima precisa de uma “ponta 3´” livre, pois ela tem o sentido 5´-3´.

Imagem com o esquema de uma DNA Polimerase e sua atuação nas fitas de DNA. Fonte: Própria autora.

Por isso, dizemos que o sentido ou a direção da replicação é 5´- 3´ pois nesse sentido a DNA Polimerase consegue sintetizar uma nova fita de forma contínua. E a outra fita Dani? Ela não vai ser sintetizada? Vai sim!! Só que ela vai demorar um pouco mais, e serão necessárias outras enzimas, mas ela vai acontecer sim!

Enzimas Específicas

Além da DNA polimerase, para a replicação também precisaremos de outras enzimas. As principais além da Polimerase são: DNA Helicase que é a  responsável por quebrar as pontes de hidrogênio entre os pares de bases nitrogenadas.

A DNA Topoisomerase  responsável pela resolução das dificuldades geradas durante processos que requerem o desenrolamento das fitas de DNA, ao induzirem uma quebra transitória nessa cadeia (já explico melhor esse processo).

E a RNA Primase que é quem sintetiza primers (iniciadores) de RNA complementares à fita de DNA. Sem os primers a Polimerase não consegue identificar o início da replicação. 

Semiconservativo

Por que a síntese é considerada semiconservativa? Pois para sintetizar uma novo fita de DNA, é necessário que a molécula “original” sirva como “molde” na formação da nova fita. Cada nova fita será constituída de 50% da fita original e 50% da fita recém sintetizada. 

Observe a imagem abaixo:

Imagem representando a Replicação Semiconservativa do DNA. Fonte: Própria autora.

É assim que acontece! 

Agora que entendemos o sentido 5´-3´, a função das enzimas e o motivo dela ser semiconservativa, além de saber a formação inicial da molécula de DNA, a gente junta tudo (vamos colocar essas sinapses pra trabalhar, minha gente!!) e vamos replicar o DNA, coisa linda!!

Geralmente dividimos o processo de replicação em 3 fases

Primeira fase: Desenrolamento: A DNA Helicase vai romper as ligações de hidrogênio que ligam uma base nitrogenada a outra. A DNA Topoisomerase fica antes da Helicase, regulando a torção da fita (Imaginem um fio completamente embolado, vc começa a desembolar e ele “da nó” a topoisomerase evita esses “nós” evita a tensão para que a replicação ocorra da melhor maneira possível).

Segunda fase: Síntese da molécula contínua: a DNA Polimerase vai adicionando os nucleotídeos, vamos lembrar, ela age no sentido 5´-3´ (Dani, sempre tive uma dúvida: de onde saem esses nucleotídeos? Ótima pergunta! Esses nucleotídeos estão no núcleo. Temos vários de cada um. Assim que a Polimerase vai precisando, ela vai unindo, respeitando A –T e C – G). 

A RNA Primase coloca um primer de RNA, esse é o sinal para a DNA Polimerase começar a síntese (gente, síntese aqui, tem o mesmo sentido de fabricação, produção) da nova fita. 

Nesse sentido estão trabalhando de forma contínua a DNA Helicase, Topoisomerase e a Polimerase que vai adicionando os nucleotídeos no pareamento correto (Adenina liga com Timina e Citosina liga com Guanina). Também temos algumas proteínas que se ligam às cadeias evitando que elas se anelem antes de estarem completamente sintetizadas.

Terceira fase: Síntese da molécula descontínua: mesmo na molécula descontínua a Helicase, Topoisomerase e Polimerase atuam no mesmo sentido (5´-3´), por conta disso, a RNA Primase vai adicionando os primers e a polimerase vai sintetizando a nova fita “por partes”. Esses conjuntos de Primer mais fita recém sintetizada é conhecida como Fragmento de Okasaki, esses fragmentos são unidos por uma nova proteína a Ligase.

Por fim, mas não menos importante, uma molécula conhecida por DNA Polimerase I, retira os primers de RNA e coloca os nucleotídeos de DNA. (Só por desencargo de consciência, no RNA eu tenho Uracila, mas eu sei que você sabe que no DNA eu tenho Timina).

Nossa Dani, cansei. Cansou mas entendeu? E agora, essa imagem ainda assusta?

Mesmo nos assuntos mais complexos, podemos trazer para algo mais palpável. Por exemplo, vocês já ouviram falar sobre a Distrofia Muscular de Duchenne? 

As distrofias musculares são um grupo de doenças hereditárias caracterizadas por fraqueza muscular ligadas ao gene DMD (dystrophin) e que avançam progressivamente. A Distrofia Muscular de Duchenne (DMD) é uma condição genética, ligada ao cromossomo X, geralmente herdado da mãe, que é a portadora da patologia.

O que é um cromossomo? Nós já vimos: DNA + Proteína. Ou seja, essa molécula que carrega todo nosso código genético, se trouxer o código errado pode causar uma vida muito mais difícil ao seu portador.

Saber conteúdos tidos como formadores é essencial. Dessa forma, além da gente estudar para passar em provas e concursos conseguimos auxiliar aquelas pessoas que não tem a mesma chance que a gente em conhecer conteúdos tão legais. 

Espero que vocês tenham gostado do material, que consigam desmistificar esse conteúdo e perceber que todo conhecimento é válido!

Como a aprendizagem com o método correto pode te auxiliar?

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Sobre a autora:

Biologia

Daniela Camporez

Graduada em Biologia pela Universidade Federal do Espírito Santo, Mestra e Doutora em Biotecnologia pela Universidade do Espírito Santo com ênfase em doenças neurodegenerativas. Pós graduada em Educação Inclusiva pelo Centro Universitário UniAmérica. Sócia da empresa Academia do Aprender. Atua atualmente como Professora e Coordenadora da Academia do Aprender.