Para manter um organismo vivo, é necessário que ele esteja sempre produzindo proteínas, pois elas são responsáveis por executar as mais diversas funções nesse organismo. Como vimos antes, o DNA armazena a informação genética e são essas informações que darão origem a todas as proteínas em todas as células. Já deu para perceber que não estamos falando de pouca informação, né? E como há muita informação, o DNA fica enroladinho dentro do núcleo, bem compactado, como um novelo de lã que, para ser acessado – isto é, ler o código genético presente nas células – precisa se desenrolar. Ao se desenrolar, podemos transcrevê-lo em RNA e, em seguida, traduzi-lo em uma proteína. Esse processo se inicia, então, com o desempacotamento desse DNA que irá se replicar para poder ser transcrito.
Replicação
As duas fitas da molécula de DNA se separam na replicação, cada uma servindo de molde para a fabricação de uma nova metade complementar, gerando duas moléculas idênticas à original. É por isso que a replicação do DNA é chamada de semiconservativa: a molécula que está sendo formada apresenta uma fita do DNA original e uma fita nova. A duplicação do DNA ocorrerá em um local específico da molécula, a bolha de replicação, delimitada pelas forquilhas de replicação.
Algumas enzimas são necessárias para que o processo possa acontecer, tendo início com a helicase, responsável por separar as fitas duplas do DNA que permanecem separadas e estabilizadas pela proteína SSB (single stranded binding protein). Enquanto isso, a enzima topoisomerase se certifica de que a fita dupla fora da forquilha de replicação não se torça demais devido à tensão de abrir o espiral do DNA.
Cada nucleotídeo que forma o DNA apresenta 5 carbonos nas extremidades da sua pentose, dois desses ligados a uma base nitrogenada e a um fosfato, como podemos ver na imagem abaixo.
Mas qual a importância disso? É que a próxima enzima a entrar em ação é a DNA polimerase, que “anda” pela fita de DNA aderindo os novos nucleotídeos no sentido 5’ para 3’. Só que ela não consegue começar a colocar os nucleotídeos na fita sem um primer, que é um fragmento de RNA formado por uma primase que possibilita o início da formação da nova cadeia de DNA. A replicação das duas fitas ocorre ao mesmo tempo, uma com síntese contínua, pois ocorre com apenas um primer de DNA, sem interrupções, e outra chamada de descontínua, pois sua síntese demanda mais de um primer de RNA, sendo também sintetizados fragmentos de DNA entre um primer e outro, chamados de fragmentos de okazaki. Para que essa fita se torne contínua, os primers de RNA devem ser removidos e substituídos por sequências de nucleotídeos de DNA que são, então, ligadas aos fragmentos de okazaki pela DNA ligase. Esse processo se repete ao longo da fita dupla de DNA até que toda ela tenha sido duplicada.
Finalizada a replicação, damos início ao próximo passo para formar uma proteína: a transcrição do DNA.
Transcrição
A transcrição consiste na formação de uma fita de RNA habilitada a deixar o núcleo, em eucariotos (como procariotos não possuem núcleo,
a transcrição ocorre no citoplasma). Para que isso seja possível, um complexo enzimático chamado RNA polimerase é recrutado: ele é responsável por desenrolar, abrir e copiar a molécula de DNA no seguimento apropriado (o gene). É válido lembrar que “copiar” significa produzir uma fita de RNA a partir da incorporação dos nucleotídeos complementares aos que compõem o gene a ser transcrito. A base nitrogenada uracila está presente apenas no RNA.
O gene a ser transcrito tem início e final definidos por certas sequências de bases nitrogenadas: a região promotora e a sequência de término da transcrição. Depois de “lido”, o DNA volta a se enrolar e a formar suas pontes de hidrogênio.
O Código Genético
O RNA resultante do processo de transcrição usualmente é um RNA mensageiro (RNAm). Ele possui esse nome porque “leva” a mensagem para a produção de uma proteína. Cada trinca de nucleotídeos do RNAm corresponde a um aminoácido específico a ser incorporado pelo ribossomo ao polipeptídeo que está em formação. Estas trincas são chamadas de códons.
Existem 20 tipos diferentes de aminoácidos e cada RNAm maduro é formado por uma sequência de quatro tipos de bases nitrogenadas (A, U, G, C). A combinação de quatro bases nitrogenadas em grupos de três dá 64 códons, ou seja, um mesmo aminoácido pode ser codificado por mais de uma trinca. Por isso, o código genético é dito degenerado ou redundante. Apesar de degenerado, ou seja, de um aminoácido poder ser codificado por mais de um códon, um códon nunca codificará mais de uma aminoácido. E o que isso quer dizer? Que o código é degenerado, mas não é ambíguo. AUG determina o aminoácido metionina e é a região promotora. UAA, UAG e UGA são códons finalizadores, que indicam a sequência de término.
Tradução
Além do RNAm, outros dois tipos de RNA participam da tradução. O RNA transportador (RNAt), que transporta os aminoácidos, e o RNA ribossômico (RNAr), que, com proteínas, formam os ribossomos.Todos os RNAm possuem um códon de iniciação (AUG), que corresponde ao aminoácido metionina; vários códons que determinam a sequência de aminoácidos do polipeptídeo; e um códon de terminação, que marca o final daquela cadeia polipeptídica. O RNAt possui uma extremidade com a sequência ACC, em que o aminoácido se liga, e outra extremidade com uma sequência de três bases nitrogenadas, chamada anticódon, responsável por reconhecer o códon no RNAm e transportá-lo à proteína que será formada.
Existem três etapas na tradução: iniciação, alongamento e terminação. Na iniciação, a menor porção do ribossomo se une ao RNAt da metionina e, juntos, passam a percorrer a molécula de RNAm até encontrarem o códon de iniciação. Quando o encontram, ocorre a união da subunidade maior do ribossomo. Durante a etapa de alongamento, um RNAt do aminoácido correspondente ao próximo códon na sequência de iniciação AUG (metionina) do RNAm se encaixa no ribossomo. Uma ligação peptídica é estabelecida entre os dois aminoácidos e o RNAt da metionina é liberado. O ribossomo desloca-se no RNAm e outro RNAt, com um terceiro aminoácido correspondente ao terceiro códon do RNAm, se liga ao ribossomo. Ocorre uma nova ligação peptídica entre o segundo e o terceiro aminoácidos. O RNAt do segundo aminoácido é liberado e o ribossomo se desloca para o próximo códon, formando a cadeia de aminoácidos até que a proteína esteja completa.
Na etapa final, de terminação, a síntese do polipeptídeo é encerrada e o RNAm é liberado no citoplasma, dissociado do ribossomo. Após a tradução, as proteínas podem sofrer modificações (modificações pós-traducionais) que irão compor suas estruturas terciárias e quaternárias. As proteínas que efetuam esses dobramentos são chamadas chaperonas. Importante: vários ribossomos podem ler uma mesma molécula de RNAm ao mesmo tempo (polissomos) e esse processo dura de 20 a 60 segundos. Quando o processo de tradução ocorre em ribossomos aderidos ao retículo endoplasmático rugoso, ele é iniciado no citosol, mas termina no retículo rugoso. O polipeptídeo formado é liberado no interior do retículo, não no citosol.
Mutações Gênicas
E, assim, formamos as proteínas! Ufa. Mas nem tudo é “certinho” como explicamos aqui. Muitas vezes, durante a síntese de proteínas importantes para o funcionamento das nossas células, surgem alterações nos genes que podem resultar em diversas doenças. Pode ocorrer, por exemplo, a substituição incorreta da base nitrogenada durante a duplicação de uma molécula de DNA. Nesse caso, o códon produzido será outro, o que pode causar alteração na proteína em virtude da substituição de um aminoácido. Essas modificações acidentais são chamadas mutações genéticas e podem provocar alterações nas características dos indivíduos.
Bioética
Antes de começarmos a falar sobre as técninas utilizadas na Biotecnologia, é necessário entendermos que nem tudo nessa área de estudo é lindo e maravilhoso. Precisamos pensar que estamos lidando com seres vivos, com pessoas, com um mundo inteiro à nossa disposição e não podemos brincar de Deus e manipular tudo isso sem pensar nas consequências. E é aí que entra a Bioética, estudo que envolve as implicações morais das pesquisas científicas nas áreas da Biologia e da Medicina. A Bioética, por abranger as questões éticas e morais com as quais os cientistas lidam ao realizarem suas pesquisas com seres vivos, é um campo de estudo fortemente ligado à Filosofia. A manipulação de animais e plantas, a alteração de material genético e o desenvolvimento de medicamentos e procedimentos aplicados às populações envolvem discussões e desconstruções de pensamentos culturalmente enraizados pela lógica de produção e pela moral religiosa. É necessário pensar e refletir sobre o efeito que essas tecnologias têm em nossa vida e na vida dos outros seres que habitam esse planeta, as questões morais que envolvem técnicas como a clonagem, a transgenia e o uso de células-tronco na ciência. E tudo isso é dificultado pelos efeitos que a mídia têm em discussões polêmicas como essa, tendendo sempre para um moralismo demasiado e uma glorificação das tecnologias “desenvolvimentistas”. Por isso, é muito importante que pensemos sobre o modo de produção e manipulação que construímos com o planeta e o efeito que isso causa em nós mesmos e no restante dos seres vivos.