
Os ácidos nucleicos são macromoléculas essenciais para todas as formas de vida conhecidas. Eles são polímeros, ou seja, grandes moléculas formadas pela união de unidades menores chamadas nucleotídeos. Basicamente, são os responsáveis por armazenar, transportar e utilizar as informações genéticas. Ao lado de proteínas, lipídios e carboidratos complexos, os ácidos nucleicos são um dos quatro principais tipos de macromoléculas vitais para a vida.
Existem dois grandes grupos de ácidos nucleicos:
Ácido Desoxirribonucleico (DNA)
Ácido Ribonucleico (RNA)
Enquanto o DNA é o guardião das informações genéticas, o RNA atua principalmente na produção de proteínas, funcionando como o intermediário crucial entre a informação armazenada no DNA e sua expressão funcional. Algumas moléculas de RNA também possuem capacidade enzimática, sendo conhecidas como ribozimas.
Para compreender o DNA e o RNA, é fundamental entender seu componente básico: o nucleotídeo. Cada nucleotídeo é composto por três partes principais:
Um grupo fosfato (ou ácido fosfórico).
Uma pentose (um açúcar de cinco carbonos).
Uma base nitrogenada (uma molécula contendo nitrogênio).
O grupo fosfato é responsável por conferir a característica ácida aos ácidos nucleicos, liberando íons H+ e adquirindo carga negativa. As ligações entre os fosfatos liberam grande quantidade de energia quando quebradas, energia essa utilizada na síntese dos ácidos nucleicos.
A pentose, um açúcar de cinco carbonos, é numerada de 1' a 5'. A diferença na pentose é uma das principais distinções entre DNA e RNA:
No DNA, a pentose é a desoxirribose (C5H10O4). A desoxirribose se diferencia da ribose pela ausência de um radical hidroxila (-OH) no carbono 2'.
No RNA, a pentose é a ribose (C5H10O5).
Por essa razão, a sigla DNA significa ácido desoxirribonucleico, e RNA significa ácido ribonucleico.
As bases nitrogenadas são compostas por Carbono, Nitrogênio, Oxigênio e Hidrogênio. Elas são divididas em dois grupos com base na sua estrutura de anéis:
Purinas: Possuem dois anéis em sua estrutura. São elas:
Adenina (A)
Guanina (G)
Importante: Adenina e Guanina são encontradas tanto no DNA quanto no RNA.
Pirimidinas: Possuem um anel de seis átomos. São elas:
Citosina (C)
Timina (T)
Uracila (U)
Diferença Crucial para Concursos: A Timina (T) é exclusiva do DNA, enquanto a Uracila (U) é exclusiva do RNA. A Uracila difere da Timina pela falta de um grupo metila.
Citosina é encontrada tanto no DNA quanto no RNA.
Os nucleotídeos se unem para formar as cadeias de ácidos nucleicos através de ligações fosfodiéster. Essa ligação ocorre entre o fosfato do carbono 5' de um nucleotídeo e o carbono 3' do açúcar do nucleotídeo seguinte.
Essa forma de ligação cria uma direcionalidade na cadeia, resultando em duas extremidades distintas:
Extremidade 5': Possui um grupo fosfato livre ligado ao carbono 5'.
Extremidade 3': Possui um grupo hidroxila livre ligado ao carbono 3'.
A compreensão do sentido 5'->3' é fundamental para entender a replicação do DNA e a síntese de RNA, pois as polimerases (enzimas que sintetizam essas moléculas) só conseguem adicionar nucleotídeos à extremidade 3' de uma cadeia crescente.
O DNA (ácido desoxirribonucleico) é a molécula que carrega as informações genéticas em todos os organismos vivos. É o material genético que transmite as características de uma espécie para seus sucessores, determinando todas as características de um indivíduo.
A estrutura do DNA é sua característica mais icônica e funcionalmente relevante:
Dupla Hélice: É formada por duas cadeias de polinucleotídeos que se enrolam uma sobre a outra, formando uma estrutura de dupla hélice.
Cadeias Antiparalelas: As duas fitas são paralelas, mas em sentido oposto (antiparalelas). Isso significa que se uma fita corre no sentido 5'->3', a outra corre no sentido 3'->5'.
Esqueleto Açúcar-Fosfato: As cadeias principais são formadas por fosfatos e açúcares (desoxirribose) alternados. Este esqueleto se dobra formando a dupla-hélice e é hidrofílico, ficando exposto ao meio aquoso.
Bases Nitrogenadas Internas: As bases nitrogenadas se projetam para dentro da cadeia, ligadas por pontes de hidrogênio. Essas porções são hidrofóbicas.
Pareamento Complementar de Bases: As bases nitrogenadas de uma fita formam interações específicas com as bases da fita paralela:
Adenina (A) sempre se pareia com Timina (T). Essa ligação envolve duas pontes de hidrogênio.
Citosina (C) sempre se pareia com Guanina (G). Essa ligação envolve três pontes de hidrogênio, tornando a interação C-G mais forte que A-T.
A complementaridade garante que as duas cadeias na dupla-hélice do DNA sejam complementares; ao saber a sequência de uma, sabemos a da outra.
Importante para Concursos: O número de adeninas é sempre igual ao de timinas, e o número de guaninas é sempre igual ao de citosinas no DNA.
Sulcos (Grooves): A torção das duas fitas em torno de um eixo central forma dois sulcos na superfície da dupla hélice:
Sulco Maior (22 Å): Oferece maior acessibilidade para ligação com proteínas.
Sulco Menor (12 Å): Também presente, mas com menor acessibilidade.
A função principal dos sulcos é fornecer informações sobre as bases sem a necessidade de abrir a dupla hélice.
Formas Alternativas da Dupla Hélice: Embora a forma "B" seja a mais comum nas células, o DNA pode existir em outras formações como DNA-A e DNA-Z, dependendo de fatores como superenrolamento e modificações químicas. O DNA-Z, por exemplo, é uma hélice que gira para a esquerda e pode estar envolvida na regulação da transcrição.
Superenrolamento: O DNA pode ser torcido em um processo chamado superenrolamento, que é crucial para sua compactação e descompactação, auxiliado por enzimas topoisomerases.
Senso e Antissenso: Uma sequência de DNA é chamada de "senso" se possui a mesma sequência do mRNA. A fita oposta é a "antissenso", que é usada como molde pela RNA polimerase.
As funções do DNA são variadas e fundamentais para a biologia celular:
Armazenamento de Informações Genéticas: O DNA carrega as instruções genéticas codificadas para o desenvolvimento, funcionamento, crescimento e reprodução de todos os organismos.
Transmissão da Hereditariedade: É responsável pela transmissão das características hereditárias de uma geração para outra. Os segmentos de DNA que contêm essa informação são chamados genes.
Replicação do DNA (Autorreplicação): Antes da divisão celular, o DNA é duplicado para que as células filhas recebam a mesma quantidade de material genético. Este processo, também conhecido como autorreplicação, é semiconservativo, onde as duas fitas da dupla hélice são separadas e cada uma serve de molde para uma nova fita complementar. A enzima DNA-polimerase é crucial neste processo.
Codificação de Proteínas: As informações que o DNA carrega são utilizadas para a produção de proteínas, sendo o código genético responsável pela diferenciação dos aminoácidos que as compõem.
Síntese de RNA (Transcrição): O DNA serve de molde para a produção de RNA através do processo de transcrição.
Em organismos eucariontes (como animais, plantas e fungos), o DNA genômico está localizado principalmente no núcleo celular, mas também em pequenas quantidades nas mitocôndrias e cloroplastos. Em procariontes (como as bactérias), o DNA está disperso no citoplasma em uma região chamada nucleoide.
O RNA (ácido ribonucleico) é um polímero de ribonucleotídeos. Ao contrário do DNA, o RNA atua diretamente na produção de proteínas. Ele é o elemento que está entre o DNA e a síntese proteica.
As moléculas de RNA apresentam algumas características estruturais distintas do DNA:
Fita Simples: Diferentemente do DNA, o RNA é geralmente uma cadeia simples de nucleotídeos.
Ribonucleotídeos: É composto por ribose, fosfato e bases nitrogenadas.
Bases Nitrogenadas: Contém as bases Adenina (A), Guanina (G), Citosina (C) e Uracila (U). A uracila substitui a timina presente no DNA. No RNA, a adenina pareia-se com a uracila, e a guanina com a citosina.
Estruturas Tridimensionais: Em algumas situações, o pareamento de bases pode ocorrer dentro da mesma cadeia de RNA, o que confere ao RNA a formação de estruturas tridimensionais complexas.
As funções do RNA estão intrinsecamente relacionadas aos seus diferentes tipos, todos cruciais para a síntese proteica:
RNA mensageiro (mRNA):
Função: Transmite a mensagem genética do DNA para os ribossomos, indicando quais aminoácidos e em que sequência devem compor as proteínas. É o molde que contém a sequência codificada de nucleotídeos, organizada em códons.
Características: Seus códons (sequências de três bases nitrogenadas que codificam um aminoácido) são lidos no processo de tradução. É a classe mais heterogênea, com estruturas que variam de 500 a mais de 6000 nucleotídeos.
RNA transportador (tRNA):
Função: Direciona os aminoácidos no interior das células para o local de síntese de proteínas. Atua como um adaptador, carregando os aminoácidos correspondentes a cada códon do mRNA.
Características: Apresenta uma estrutura semelhante a um trevo de quatro folhas, com uma alça de anticódon (região que reconhece o códon complementar no mRNA) e um eixo aceptor (onde o aminoácido se liga).
RNA ribossômico (rRNA):
Função: Constitui os ribossomos, as "fábricas" onde a tradução ocorre e os aminoácidos se ligam para formar proteínas. Desempenha um papel tanto estrutural quanto catalítico, facilitando a formação de ligações peptídicas.
Características: É sintetizado e acumulado em regiões conhecidas como nucléolos, onde se combina com proteínas para formar os ribossomos.
O RNA é encontrado tanto no núcleo celular quanto no citoplasma. O mRNA é transcrito no núcleo e migra para o citoplasma para a tradução.
A informação genética flui do DNA para o RNA e, em seguida, para as proteínas. Este processo é conhecido como o Dogma Central da Biologia Molecular [Não explícito nos trechos, mas implícito na sequência de eventos]. Envolve duas fases principais:
Transcrição: A informação do DNA é copiada para o RNA.
Tradução (Síntese Proteica): A informação do RNA é utilizada para produzir proteínas.
A transcrição é a primeira etapa da expressão gênica. Nela, um segmento específico de DNA é copiado em uma molécula de RNA (especialmente mRNA) pela enzima RNA polimerase.
Etapas da Transcrição:
Iniciação: A enzima RNA polimerase, junto com fatores gerais de transcrição, reconhece a região promotora de um gene no DNA e se liga a ela. Em eucariotos, este complexo é chamado de "complexo de pré-iniciação". As fitas de DNA são separadas para a leitura, formando uma "bolha de transcrição".
Alongamento (Elongação): A RNA polimerase adiciona nucleotídeos complementares à fita molde do DNA, sintetizando a molécula de RNA na direção 5'->3'. A fita molde de DNA é lida no sentido 3'->5'.
Terminação: Ao alcançar uma sequência de terminação no DNA, a transcrição é finalizada, e a molécula de RNA recém-formada é liberada.
Após a transcrição, em células eucariotas, o mRNA sofre modificações pós-transcricionais (como splicing, adição de cauda poli-A e cap na extremidade 5'), tornando-o funcional e pronto para exportação ao citoplasma.
A tradução é o processo pelo qual as células produzem proteínas a partir da informação contida no mRNA. Ocorre no citoplasma e é realizada pelos ribossomos.
Estruturas e Moléculas Envolvidas:
Ribossomos (rRNA + proteínas): As "fábricas" de proteínas, decodificam o mRNA.
mRNA: O molde que contém a sequência codificada em códons (sequências de três nucleotídeos).
tRNA: Transporta aminoácidos específicos e possui um anticódon que se pareia com o códon do mRNA.
Código Genético: Conjunto de 64 códons que traduz os nucleotídeos em 20 aminoácidos e sinaliza o início e término da síntese. Existem códons de início (AUG, que codifica metionina) e códons de parada (UAA, UAG, UGA).
Etapas da Tradução:
Iniciação: A subunidade menor do ribossomo se liga ao mRNA e escaneia até encontrar o códon de iniciação (AUG). O tRNA com metionina se liga, e a subunidade maior do ribossomo se associa, formando o complexo de iniciação.
Alongamento (Elongação): O ribossomo percorre o mRNA, lendo seus códons. A cada códon, o tRNA correspondente traz um aminoácido, que é adicionado à cadeia proteica em crescimento. O rRNA forma as ligações peptídicas entre os aminoácidos.
Terminação: A tradução termina quando o ribossomo encontra um códon de parada. Fatores de liberação ajudam a dissociar o complexo, liberando a proteína recém-sintetizada.
A regulação da síntese proteica é crucial e ocorre em diversas etapas, desde a transcrição (fatores de transcrição, modificações epigenéticas) até a regulação pós-traducional (modificações proteicas, degradação).
As mutações genéticas são alterações herdáveis na sequência do material genético. Embora a precisão dos processos biológicos seja vital para a sobrevivência, mutações acontecem e são o motor da evolução, fornecendo variabilidade genética.
Mutações podem ser classificadas de diversas formas:
Mutações Germinativas: Ocorrem no material genético de todas as células do corpo, incluindo os gametas, e podem ser passadas para os descendentes.
Mutações Somáticas: Ocorrem somente em um tecido do corpo e não são transmitidas aos descendentes. O câncer é um bom exemplo de alteração somática.
Em termos de alteração na sequência do DNA, as mutações gênicas (ou de ponto) são as mais comuns:
Substituições (Mutações de Ponto):
Transições: Substituição de uma purina por outra purina (A↔G) ou uma pirimidina por outra pirimidina (C↔T/U).
Transversões: Substituição de uma purina por uma pirimidina ou vice-versa (A/G ↔ C/T/U).
Perda (Deleção) ou Adição (Inserção) de um ou mais nucleotídeos. Essas podem causar mutações de frameshift (mudança no quadro de leitura), alterando drasticamente a proteína resultante.
Expansão de Repetição de Trinucleotídeos: Sequências de três nucleotídeos que se repetem e podem se expandir, associadas a doenças herdadas como a Doença de Huntington e a Síndrome do X Frágil.
Mutações são aleatórias e acontecem ao acaso. Podem ser:
Mutações Espontâneas:
Tautomerização: Átomos de hidrogênio se movem de sua posição nas bases, gerando pareamentos incorretos.
Desaminação das Bases: Substituição de um grupo amina por uma hidroxila, levando a pareamentos errôneos.
Depurinação: Perda de uma base purina, formando sítios sem bases.
Dano Oxidativo no DNA: Espécies reativas de oxigênio (EROs) podem causar danos às bases e quebras na cadeia de DNA.
Mutações Induzidas: Causadas por agentes mutagênicos ambientais.
Agentes Físicos:
Radiações Ionizantes (Raios X, raios gama): Induzem radicais livres e podem causar quebras na cadeia do DNA, levando a aberrações cromossômicas.
Radiações Não-Ionizantes (Raios Ultravioleta - UV): Induzem a formação de dímeros de pirimidina (mais comum com a timina), que distorcem a molécula de DNA e podem parar a replicação.
Agentes Químicos:
Análogos de Bases: Mimetizam a estrutura de bases nitrogenadas, levando a pareamentos incorretos (ex: 5-Bromouracila, análogo da Timina).
Agentes Alquilantes: Adicionam grupos alquil às bases.
Agentes Desaminantes: Causam a desaminação de bases (ex: Ácido Nitroso).
Corantes Acridínicos: Intercalam-se entre as bases do DNA, causando adições ou deleções de nucleotídeos.
Elementos Genéticos de Transposição (Transposons): Sequências de DNA que podem se mover dentro do genoma, causando inserções ou deleções em genes, levando à perda de função.
Fatores Ambientais: Exposição a raios solares sem proteção, radiação, compostos químicos variados, tabagismo e consumo de bebidas alcoólicas podem aumentar as chances de mutações, principalmente somáticas.
As mutações podem ter diversos efeitos:
Positivas (Benéficas): Geram novas combinações gênicas, são cruciais para a variabilidade genética e a evolução das espécies, tornando-as mais resistentes e adaptáveis ao meio.
Neutras: Alteram sequências de regiões não codificantes, sem afetar a função gênica.
Silenciosas: Ocorrem sobre genes inativos ou resultam em um códon que codifica o mesmo aminoácido, sem alterar a proteína final.
Negativas (Deletérias): Prejudicam a função de genes ativos, podendo levar a doenças genéticas.
Letais: Causam a morte celular.
A maioria das mutações é deletéria, e a célula possui mecanismos eficientes para repará-las.
Muitas doenças são causadas por mutações genéticas, afetando diversas áreas do corpo:
Acondroplasia ("Nanismo"): Variações em genes ligados ao crescimento ósseo, resultando em membros mais curtos e baixa estatura.
Síndrome de Marfan: Problema em um gene específico, causando alta estatura, membros longos e alterações cardíacas e oftalmológicas.
Fibrose Cística: Alterações genéticas que afetam órgãos digestivos e pulmões, com produção de mucos muito espessos.
Anemia Falciforme: Mutação no gene da beta-globina que altera a hemoglobina, levando à formação de hemácias em formato de foice, com menor capacidade de transporte de oxigênio.
Hemofilia: Distúrbio hereditário que afeta a coagulação sanguínea.
Doença de Huntington: Problema neurológico progressivo de origem genética, com sintomas que geralmente aparecem após os 30 ou 40 anos.
Câncer: Causado por mutações genéticas somáticas que levam à reprodução descontrolada das células e formação de tumores.
Síndromes Cromossômicas: Resultam de alterações na estrutura ou número de cromossomos, como Síndrome de Down, Síndrome de Turner e Síndrome de Edwards.
Manifestação Tardia: É importante saber que nem todas as alterações genéticas se manifestam precocemente; algumas doenças só se revelam na fase adulta.
A estabilidade do material genético é vital para a sobrevivência. Os organismos possuem mecanismos de reparo do DNA altamente conservados evolutivamente, que atuam para corrigir danos espontâneos ou induzidos.
Verificação de Leitura (Proofreading): As DNA polimerases possuem esta atividade, reconhecendo erros ocasionais na síntese e removendo a base incorreta.
Reparo por Fotorreativação: Encontrado em bactérias, onde a enzima DNA-fotoliase desfaz dímeros de Timina induzidos por luz UV quando exposta à luz.
Reparo por Excisão: Reconhece e excisa a(s) base(s) danificada(s), preenchendo o espaço com uma nova sequência usando a fita complementar como molde.
Reparo Pós-Replicação: Corrige pareamentos incorretos após a replicação, distinguindo a fita com erro da fita íntegra, geralmente pela metilação.
Esses mecanismos garantem que a taxa de mutação seja baixa (aproximadamente 1 mudança de nucleotídeo por 10^9 nucleotídeos a cada replicação), assegurando a transmissão correta da informação genética entre gerações.
O diagnóstico de uma síndrome genética pode ser um caminho complexo, especialmente em casos raros. Envolve a investigação de sintomas e histórico familiar, guiada por um geneticista.
Para confirmar um diagnóstico, o geneticista pode solicitar testes específicos:
Teste de Cariótipo: Mapeia todos os cromossomos e avalia a presença de alterações estruturais ou numéricas.
Análise Cromossômica por Microarray: Analisa alterações cromossômicas ainda mais sutis.
Teste de Gene Único: Busca mutações em um gene particular, indicado quando há alta suspeita de uma doença específica.
Painel Genético: Avalia um conjunto de genes em busca de mutações, útil para casos com dúvida entre mais de uma síndrome ou quando múltiplos genes estão envolvidos.
Sequenciamento Completo de Exoma: O teste mais complexo, avalia milhares de genes, indicado quando não há uma ideia clara da síndrome do paciente.
Esses testes complementam a avaliação médica para determinar a síndrome do paciente e identificar chances de desenvolvimento de quadros já observados na família.
A convivência com uma síndrome genética exige acompanhamento contínuo e uma rede de apoio:
Consultas Frequentes: Essenciais para controlar a doença e ajustar tratamentos.
Equipe Multidisciplinar: Envolvimento de diversos profissionais como médicos de várias especialidades, fisioterapeutas, psicólogos, nutricionistas, psicopedagogos, assistentes sociais, terapeutas ocupacionais e fonoaudiólogos.
Rede de Apoio: Fundamental que o paciente e a família busquem apoio em amigos, profissionais de saúde e organizações que promovam a interação com pessoas que enfrentam desafios semelhantes.
Busca por Informação: Manter-se ativo na busca por conhecimento sobre a condição é empoderador e ajuda a tirar dúvidas.
A compreensão do DNA e RNA é fruto de décadas de pesquisa:
Friedrich Miescher (1860s): Médico e bioquímico suíço, isolou uma nova substância rica em fósforo e diferente das proteínas do núcleo das células do pus, chamando-a de "nucleína".
Richard Altmann (1889): Obteve preparações purificadas de nucleína e, por seu caráter ácido, sugeriu o nome "ácido nucléico".
Albrecht Kossel (final do século XIX): Identificou as bases nitrogenadas adenina, guanina, citosina e timina. Ganhou o Prêmio Nobel em 1910.
Phoebus Levene e Walter Abraham Jacobs (início do século XX): Determinaram a organização do nucleotídeo (fosfato, pentose e base nitrogenada) e identificaram a desoxirribose no DNA e a ribose no RNA.
Frederick Griffith (1928): Observou o fenômeno da "transformação" bacteriana, onde uma linhagem não virulenta de bactéria se tornava virulenta ao ser misturada com restos de células virulentas inativadas pelo calor, sugerindo a existência de um "princípio transformante".
Oswald Avery, C.M. Macleod e M. McCarty (1944): Demonstraram que o DNA era o "princípio transformante" de Griffith, ou seja, o material genético, ao provar que a capacidade de transformação era perdida apenas quando o extrato de células doadoras era tratado com DNase (enzima que quebra o DNA).
Alfred Hershey e Martha Chase (1952): Realizaram o famoso Experimento de Hershey-Chase, utilizando bacteriófagos marcados com isótopos radioativos de fósforo (no DNA) e enxofre (nas proteínas). Confirmaram que o DNA, e não a proteína, era o material genético transmitido para as células hospedeiras durante a infecção viral.
James Watson e Francis Crick (1953): Apresentaram, em um artigo na revista Nature, o modelo da dupla hélice para a estrutura do DNA. Esse modelo foi crucial para entender como a informação genética é armazenada e replicada. Eles se basearam nos estudos de bases nitrogenadas de Erwin Chargaff e, crucialmente, nas imagens e dados de difração de raios X obtidos por Rosalind Franklin e Maurice Wilkins (a famosa "fotografia 51" de Franklin foi decisiva). Watson, Crick e Wilkins receberam o Prêmio Nobel de Medicina em 1962.
Este guia completo fornece uma base sólida para a compreensão dos ácidos nucleicos. Ao dominar esses conceitos, você estará preparado para avançar em seus estudos de genética e bioquímica, garantindo um desempenho superior em exames e concursos!
Questão 1:
Qual é a principal diferença entre o DNA e o RNA?
a) O DNA é uma molécula de cadeia simples, enquanto o RNA é uma dupla hélice.
b) O DNA contém a base nitrogenada uracila, enquanto o RNA contém a base nitrogenada timina.
c) O DNA é compostso por nucleotídeos contendo a desoxirribose, enquanto o RNA possui ribose.
d) O DNA é exclusivamente encontrado nos ribossomos, enquanto o RNA é encontrado no núcleo celular.
Questão 2:
Qual é a função principal do RNA na célula?
a) Armazenar informações genéticas.
b) Transmitir informações genéticas do DNA para os ribossomos.
c) Formar a dupla hélice com o DNA.
d) Sintetizar lipídios e carboidratos.
Questão 3:
O que pode causar uma mutação genética?
a) Ingestão de alimentos ricos em proteínas.
b) Exposição a radiação ultravioleta.
c) Consumo de água purificada.
d) Respiração celular normal.
Gabarito:
c) O DNA é compostso por nucleotídeos contendo a desoxirribose, enquanto o RNA possui ribose.
b) Transmitir informações genéticas do DNA para os ribossomos.
b) Exposição a radiação ultravioleta.