FUNÇÃO DO MATERIAL GENÉTICO
Garrod (1900), médico inglês, deu os primeiros passos para evidenciar a ação dos genes. Este pesquisador estudou a alcaptonúria, uma doença hereditária caracterizada pela coloração escura na urina. Para esta doença foi observado que o escurecimento era conseqüência do acúmulo de ácido homozentízico (alcapton) o qual, nos indivíduos normais, era decomposto através de reações enzimáticas, de tal maneira que havia excreção de ácido acético. Constatou-se ainda que dietas com tirozina e fenilalamina aumentava a manifestação de sintomas.
Os trabalhos decisivos sobre a função do gene foram apresentados por Beadle e Tatum que propuseram a teoria "um gene - uma enzima". As idéias principais do trabalho realizado por estes autores foram:
a. Todos os processos bioquímicos dos organismos estão sob controle genético.
b. Os processos bioquímicos ocorrem numa seqüência de reações individuais.
c. Cada reação simples é controlada por um gene simples.
d. Cada gene atua através do controle e produção de uma enzima específica.
Na atualidade esta teoria apresenta as seguinte falhas:
a. Um gene pode especificar a síntese de uma cadeia polipeptídica que não apresenta nenhuma função enzimática (Ex.: Hemoglobina).
b. Uma enzima pode ser constituída por mais de uma cadeia polipeptídica (Ex.: RNA polimerase é constituída por várias cadeias e, consequentemente, esta sob o controle de vários genes.
c. Um gene pode controlar a atividade de uma enzima especificada por outro gene (Ex.: sítio operadores, repressores, etc.).
BASES FISIOLÓGICAS DA DOMINÂNCIA E RECESSIVIDADE
De acordo com a teoria "um gene - uma enzima" os genes agem através da produção de enzimas, sendo que cada gene é responsável pela produção de uma enzima específica. Por este princípio podemos explicar as bases fisiológicas da dominância e recessividade segundo uma determinada via biossintética. Assim, tem-se:
Dominância completa
Neste caso a quantidade de enzimas produzidas pelo heterozigoto Aa, embora geralmente menor que a produzida pelo homozigoto AA, é suficiente para produção do mesmo produto final de AA.
Dominância. incompleta
Neste caso a menor quantidade de enzimas normal produzida pelo heterozigoto Aa, em relação ao homozigoto AA, resulta em uma menor quantidade de produto final que pelo efeito de dosagem confere um fenótipo diferente do produzido pelo homozigoto AA.
Codominância
Neste caso o complexo enzimático produzido por Aa, dado a contribuição de A e de a, é diferente da enzima produzida por AA e consequentemente o produto final será diferente daquele produzido por AA. Neste caso a qualidade de enzima é o fator crítico.
CÓDIGO GENÉTICO
Definição de código genético
Sabe-se que o DNA, que se encontra no núcleo, tem a função de produzir proteínas cuja síntese ocorre no núcleo. O DNA é uma seqüência de nucleotídeos e que existe apenas quatro tipos diferentes de nucleotídeos: os nucleotídeos da adenina, da guanina, de timina e da citosina. Por outro lado, as proteínas são polímero de subunidades (monômeros) denominadas de aminoácidos. Cada aminoácido engloba um grupo amino (NH2) numa extremidade e um grupo carboxila (COOH) na outra. Vinte tipos diferentes de aminoácidos ocorrem nas proteínas.
Diante do exposto surge a seguinte pergunta: quantos nucleotídeos seriam necessários para codificar um aminoácido? Para responder a esta perguntas é necessário o seguinte raciocínio matemático:
- Se 1 nucleotídeo codificasse um aminoácido só poderia existir 4 diferentes tipos de aminoácidos na cadeia protéica.
- Se 2 nucleotídeos codificassem um aminoácido só poderia existir 16 tipos de aminoácidos diferentes na cadeia protéica.
- Se 3 aminoácidos codificassem um aminoácido seria possível existir 64 tipos diferentes de aminoácidos na cadeia protéica logo, por matemática, um código tríplice é a menor unidade de codificação capaz de acomodar os 20 diferentes tipos de aminoácidos que comumente ocorrem nas proteínas.
Atualmente definimos o CODON como sendo uma seqüência de três nucleotídeos adjacentes no mRNA capaz de codificar um aminoácido.
Decifração do código genético
Estudos foram realizados permitindo constatar que o código genético representado por sessenta e quatro codons mRNA, sessenta e um dos quais codificam para aminoácidos e três para terminação em cadeia. Três dos que codificam aminoácidos são identificados também como iniciadores.
São evidenciadas as seguintes características do código genético:
Código genético redundante ou degenerado
O código genético é dito degenerado pelo fato de existir, para um determinado aminoácido, mais de uma trinca para codificá-lo. Apenas a metionina (Met) e o triptofano (Trp) são codificados por um único codon, representados por AUG e UGG, respectivamente.
A glicina (GLY), por exemplo, é codificada por GGG, GGC, GGA e GGU.
Trincas sem sentido ou terminalizadoras
São aquelas trincas que não codificam aminoácidos e que tem por função indicar o término da síntese protéica. São também denominados trincas terminalizadoras. Ex.: UAG, UAA, UGA.
Código genético universal
O código genético é dito universal devido ao fato da mesma trinca codificar o mesmo aminoácido em qualquer organismo. Em alguns casos certas trincas são mais eficientemente utilizadas.
SÍNTESE DE CADEIA POLIPEPTÍDICA
A síntese protéica envolve as seguintes etapas: Transcrição e Tradução
Transcrições
Processo que ocorre no núcleo da célula, no qual a mensagem genética é passada do DNA para uma fita de mRNA, com auxílio da ação catalítica da enzima RNA polimerase.
A informação do DNA é transcrita em uma seqüência codificada do mRNA, através do uso, com gabarito, de um filamento do DNA. Até hoje, o mecanismo de seleção do filamento apropriado ainda é desconhecido.
O mRNA transcrito solta-se do modelo de DNA e desloca-se do núcleo para o citoplasma. Após o mRNA se desacoplar, as pontes de hidrogênio que haviam-se desfeitas voltam-se a ligar.
A enzima RNA polimerase tem as seguintes funções:
a. Reconhecer as bases do DNA.
b. Selecionar os ribonucleotídeos apropriados.
c. Catalizam a formação de ligações entre os ribonucleotídeos.
d. Escolhe o filamento correto a ser transcrito.
A RNA polimerase é constituída de 6 cadeias polipeptídicas (2 alfa, beta, beta', gama e sigma), sendo que o fator sigma é o responsável pela transcrição no local e fio correto.
Tradução
A tradução é um processo que ocorre no citoplasma da célula, no qual a mensagem trazida pela fita de mRNA é traduzida em uma seqüência de aminoácidos.
O processo de tradução envolve as seguintes etapas:
a. Após a chegada da fita de mRNA no citoplasma, ocorre a complexação das subunidades do ribossomo (nos procariotas o ribossomo é 70 s = 50 s + 30 s, e nos eucariotas é de 80 s = 50 s + 40 s) com esta fita. Polissomos é a denominação que se dá à complexação de vários ribossomos a uma mesma fita de mRNA. No caso da síntese da hemoglobina, os ribossomos reunem-se em 4 ou 5 polissomos.
b. É iniciado a leitura e tradução da fita de mRNA. Nos procariotas, em geral, a primeira trinca a ser lida (fator de inicialização) é a AUG, que corresponde à metionina formilada (As trincas GUU, GUC, GUA e GUG que corresponde à metionina formilada (as trincas GU, GUC, GUA, GUG, que corresponde à valina também são fatores iniciadores), enquanto que nos eucariotas o primeiro aminoácido é também a metionina mas não formilada. Nem todas as proteínas iniciam com a metionina (ou valina) e isto se dá pelo fato da proteína final ser o resultado de uma reestruturação, incluindo quebras, da estrutura linear de aminoácido.
Após a leitura da trinca ocorre a transferência do aminoácido requerido para os sítios ribossômicos. Este transporte é realizado pelo tRNA. No tRNA é encontrado o anti-codon, que é uma seqüência de três bases adjacentes complementares ao codon do mRNA.
c. O tRNA penetrando por uma abertura da subunidade 50S, ocupa o sítio aminoacil. Pela ação da enzima translocase o tRNA ativado passa para o sítio peptidil, permitindo a leitura, pelo complexo ribossomo-mRNA, da trinca consecutiva.
d. Após a leitura da nova trinca um novo tRNA é ativado e deslocado do suco citoplasmático para o sítio aminoacil do complexo levando o aminoácido requerido pela proteína.
e. Pela ação da enzima peptidil transferase o aminoácido (ou seqüência de aminoácidos) que pertencia ao tRNA do sítio peptidil é transferido e ligado ao aminoácido acoplado ao tRNA do sítio aminoacil.
f. O tRNA desativado, que ocupa o sítio peptidil, deixa o complexo ribossomo-mRNA podendo ser novamente ativado quando se fizer necessário.
g. Novamente, pela ação da enzima translocase, o tRNA ativado passa do sítio aminoacil para o sítio peptidil permitindo a leitura de uma nova trinca. A leitura da nova trinca implica em ativação de um outro tRNA.
h. O processo é continuado até que todos os aminoácidos necessários para a confecção da proteína estejam ligados. A última trinca lida na fita de mRNA deverá ser um fator de terminalização (UAA, UAG ou UGA) que não codifica nenhum aminoácido mas indica o término da síntese protéica.
i. A síntese protéica termina com a desativação do complexo ribossomo-mRNA, a desativação do tRNA e formação da proteína que ainda se encontra em forma linear. Para adquirir a especificidade é necessário que esta estrutura primária atinja uma estrutura terciária ou quaternária.
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