DNA (ácido desoxirribonucleico) é um dos componentes mais importantes da matéria viva. Por meio dele, é realizada a preservação e transmissão de informações hereditárias de geração em geração com possibilidade de variabilidade dentro de certos limites. A síntese de todas as proteínas necessárias para um sistema vivo seria impossível sem uma matriz de DNA. Abaixo consideraremos a estrutura, formação, funcionamento básico e o papel do DNA na biossíntese de proteínas.
A estrutura da molécula de DNA
O ácido desoxirribonucleico é uma macromolécula composta por duas fitas. Sua estrutura possui vários níveis de organização.
A estrutura primária da cadeia de DNA é uma sequência de nucleotídeos, cada um contendo uma das quatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina ou timina. As cadeias surgem quando o açúcar desoxirribose de um nucleotídeo é unido ao resíduo de fosfato de outro. Este processo é realizado com a participação de uma proteína-catalisadora - DNA ligase
- A estrutura secundária do DNA é a chamada dupla hélice (mais precisamente, um parafuso duplo). Os terrenos são capazesconectam-se da seguinte forma: adenina e timina formam uma dupla ligação de hidrogênio, e guanina e citosina formam uma tripla. Essa característica fundamenta o princípio da complementaridade de base, segundo o qual as cadeias são conectadas umas às outras. Neste caso, ocorre uma torção helicoidal (mais frequentemente à direita) da cadeia dupla.
- Uma estrutura terciária é uma conformação complexa de uma enorme molécula que ocorre através de ligações de hidrogênio adicionais.
- A estrutura quaternária é formada em combinação com proteínas específicas e RNA e é a forma como o DNA é empacotado no núcleo da célula.
funções de DNA
Vamos considerar o papel que o DNA desempenha nos sistemas vivos. Este biopolímero é uma matriz que contém um registro da estrutura de diversas proteínas, RNAs necessários ao organismo, bem como diversos tipos de sítios regulatórios. Em geral, todos esses componentes compõem o programa genético do corpo.
Através da biossíntese do DNA, o programa genético é passado para as próximas gerações, garantindo a hereditariedade das informações fundamentais à vida. O DNA é capaz de sofrer mutações, devido à qual surge a variabilidade dos organismos vivos de uma espécie biológica e, como resultado, é possível o processo de seleção natural e a evolução dos sistemas vivos.
Durante a reprodução sexual, o DNA de um organismo-descendente é formado pela combinação de informações hereditárias paternas e maternas. Quando combinados, existem várias variações, o que também contribui para a variabilidade.
Como o programa genético é reproduzido
Devido à estrutura complementar, a auto-reprodução da matriz da molécula de DNA é possível. Nesse caso, as informações contidas nele são copiadas. A duplicação de uma molécula para formar duas "duplas hélices" filhas é chamada de replicação do DNA. Este é um processo complexo que envolve muitos componentes. Mas com uma certa simplificação, pode ser representado como um diagrama.
A replicação é iniciada por um complexo especial de enzimas em certas áreas do DNA. Ao mesmo tempo, a cadeia dupla se desenrola, formando uma forquilha de replicação, onde ocorre o processo de biossíntese do DNA - o acúmulo de sequências de nucleotídeos complementares em cada uma das cadeias.
Características do complexo de replicação
A replicação também ocorre com a participação de um complexo conjunto de enzimas - replisomes, nos quais a DNA polimerase desempenha o papel principal.
Uma das cadeias no curso da biossíntese do DNA é a líder e é continuamente formada. A formação de uma fita atrasada ocorre pela anexação de sequências curtas - fragmentos de Okazaki. Estes fragmentos são ligados usando DNA ligase. Tal processo é chamado semi-contínuo. Além disso, é caracterizada como semiconservativa, pois em cada uma das moléculas recém-formadas uma das cadeias é a mãe e a segunda é a filha.
A replicação do DNA é uma das etapas-chave na divisão celular. Esse processo está subjacente à transferência de informações hereditárias para a nova geração, bem como ao crescimento do organismo.
O que são proteínas
Proteína éo elemento funcional mais importante nas células de todos os organismos vivos. Desempenham funções catalíticas, estruturais, regulatórias, sinalizadoras, protetoras e muitas outras.
Uma molécula de proteína é um biopolímero formado por uma sequência de resíduos de aminoácidos. Ele, como as moléculas de ácido nucleico, é caracterizado pela presença de vários níveis de organização estrutural - do primário ao quaternário.
Existem 20 aminoácidos distintos (canônicos) usados por sistemas vivos para construir uma enorme variedade de proteínas. Como regra, a proteína não é sintetizada por conta própria. O papel principal na formação de uma molécula de proteína complexa pertence aos ácidos nucleicos - DNA e RNA.
A essência do código genético
Então, o DNA é uma matriz de informações que armazena informações sobre as proteínas necessárias para o corpo crescer e viver. As proteínas são construídas a partir de aminoácidos, DNA (e RNA) de nucleotídeos. Certas sequências de nucleotídeos da molécula de DNA correspondem a certas sequências de aminoácidos de certas proteínas.
Existem 20 tipos de unidades estruturais de proteínas - aminoácidos canônicos - em uma célula e 4 tipos de nucleotídeos no DNA. Assim, cada aminoácido é escrito na matriz de DNA como uma combinação de três nucleotídeos - um tripleto, cujos principais componentes são as bases nitrogenadas. Esse princípio de correspondência é chamado de código genético, e os trigêmeos de bases são chamados de códons. Gene éuma sequência de códons contendo um registro de uma proteína e algumas combinações de serviços de bases - um códon de início, um códon de parada e outros.
Algumas propriedades do código genético
O código genético é quase universal - com pouquíssimas exceções, é o mesmo em todos os organismos, de bactérias a humanos. Isso atesta, em primeiro lugar, a relação de todas as formas de vida na Terra e, em segundo lugar, a antiguidade do próprio código. Provavelmente, nos estágios iniciais da existência da vida primitiva, diferentes versões do código se formaram rapidamente, mas apenas uma recebeu uma vantagem evolutiva.
Além disso, é específico (sem ambiguidade): diferentes aminoácidos não são codificados pelo mesmo tripleto. Além disso, o código genético é caracterizado por degenerescência, ou redundância - vários códons podem corresponder ao mesmo aminoácido.
Registro genético é lido continuamente; as funções dos sinais de pontuação também são desempenhadas por trigêmeos de bases. Como regra, não há registros sobrepostos no "texto" genético, mas aqui também há exceções.
Unidades funcionais de DNA
A totalidade de todo o material genético de um organismo é chamada de genoma. Assim, o DNA é o portador do genoma. A composição do genoma inclui não apenas genes estruturais que codificam certas proteínas. Uma parte significativa do DNA contém regiões com diferentes propósitos funcionais.
Então, o DNA contém:
- regulatóriosequências que codificam RNAs específicos, como interruptores genéticos e reguladores da expressão gênica estrutural;
- elementos que regulam o processo de transcrição - o estágio inicial da biossíntese de proteínas;
- pseudogenes são um tipo de "genes fósseis" que perderam sua capacidade de codificar uma proteína ou serem transcritos devido a mutações;
- elementos genéticos móveis - regiões que podem se mover dentro do genoma, como transposons ("genes s altadores");
- telômeros são regiões especiais nas extremidades dos cromossomos, graças às quais o DNA nos cromossomos é protegido do encurtamento a cada evento de replicação.
Envolvimento do DNA na biossíntese de proteínas
DNA é capaz de formar uma estrutura estável, cujo elemento chave é o composto complementar de bases nitrogenadas. A fita dupla de DNA fornece, em primeiro lugar, a reprodução completa da molécula e, em segundo lugar, a leitura de seções individuais de DNA durante a síntese de proteínas. Esse processo é chamado de transcrição.
Durante a transcrição, uma seção de DNA contendo um determinado gene é destorcida, e em uma das cadeias - a do molde - uma molécula de RNA é sintetizada como uma cópia da segunda cadeia, chamada de codificadora. Essa síntese também se baseia na propriedade das bases de formar pares complementares. As regiões de serviço não codificantes do DNA e a enzima RNA polimerase participam da síntese. O RNA já serve como modelo para a síntese de proteínas e o DNA não está envolvido no processo posterior.
Transcrição reversa
Por muito tempo acreditou-se que a matriza cópia da informação genética só pode ir em uma direção: DNA → RNA → proteína. Esse esquema foi chamado de dogma central da biologia molecular. No entanto, no decorrer da pesquisa, verificou-se que em alguns casos é possível copiar do RNA para o DNA - a chamada transcrição reversa.
A capacidade de transferir material genético do RNA para o DNA é característica dos retrovírus. Um representante típico de tais vírus contendo RNA é o vírus da imunodeficiência humana. A integração do genoma viral no DNA de uma célula infectada ocorre com a participação de uma enzima especial - transcriptase reversa (revertase), que atua como catalisador para a biossíntese de DNA em um molde de RNA. A revertase também faz parte da partícula viral. A molécula recém-formada é integrada ao DNA celular, onde serve para produzir novas partículas virais.
O que é DNA humano
O DNA humano, contido no núcleo da célula, é empacotado em 23 pares de cromossomos e contém cerca de 3,1 bilhões de nucleotídeos pareados. Além do DNA nuclear, as células humanas, como outros organismos eucarióticos, contêm DNA mitocondrial, um fator na hereditariedade das organelas das células mitocondriais.
Os genes codificadores do DNA nuclear (existem de 20 a 25 mil deles) compõem apenas uma pequena parte do genoma humano - aproximadamente 1,5%. O resto do DNA era anteriormente chamado de "lixo", mas vários estudos revelam o papel significativo das regiões não codificantes do genoma, que foram discutidas acima. Também é extremamente importante estudar os processostranscrição reversa no DNA humano.
A ciência já formou uma compreensão bastante clara do que é o DNA humano em termos estruturais e funcionais, mas trabalhos futuros de cientistas nesta área trarão novas descobertas e novas tecnologias biomédicas.
