Page 1 of 5 A Estrutura da molécula de DNA Identificação dos ácidos nucléicos e da molécula certa inaugura a genética molecular Em 1869, o bioquímico suíço Friedtich Mieschner aventou pela primeira vez que todos os núcleos celulares provavelmente possuíram uma química especifica. Em anos subseqüentes, ele descobriu varias substâncias do núcleo, as quais separou em proteínas e moléculas ácidas daí o termo ácidos nucléicos. Um químico natural da Rússia, Phoebus A. T. Levene, também foi um pioneiro no estudo de ácidos nucléicos. Em 1909, Levene identificou corretamente a ribose como açúcar de um dos dois tipos de acido nucléico, o acido ribonucléico, e certos componentes do outro acido nucléico, o acido desoxirribonucléico. Ele e muitos de seus colegas estavam convencidos de que, com ácidos nucléicos e proteínas no núcleo, as complexas e abundantes moléculas de proteínas armazenavam todas as informações genéticas nos cromossomos. A teoria do Levene sobre o propósito do DNA meramente manter unidas as moléculas de proteína revelou-se incorreta. O trabalho que levou à correção dessa suposição equivocada teve início em 1928 com bacteriologista inglês Fredrick Griffith. Outro bacteriologista, Oswald T. Avery, juntamente com seus colegas, percebeu a importância do trabalho de Griffith e passou dez anos tentando identificar o agente que era a essência da transformação genética na bactéria. Finalmente, em 1944 Avery e seus colaboradores publicaram os resultados de suas extensas pesquisas, os quais mostraram claramente que era DNA, e não a proteína ou RNA, que permitia o transporte das informações hereditárias. Esse trabalho inaugurou a ciência da genética molecular. Bioquímico natural da Áusrtia Erwin Chargaff determinou as proporções dos quatro compostos presentes no DNA : adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Em 1950, ele determinou as quantidades proporcionais exatas das bases de DNA em cada molécula : guanina citosina e adenina igual a timina. Portanto, a quantidade de guanina e adenina combinadas é igual à citosina e timina combinadas. Alfred D. Hershey,na década de 1940 e no início da década seguinte, corroborou a conclusão do grupo de Avery de que o DNA, e não a proteína, é o material genético. Os ácidos nucléicos apresentam-se em dois tipos : DNA (ácido desoxirribonucléico) e RNA (ácido ribonucléico). As bases são as mesmas em ambas as moléculas, com exceção do uracil, que substitui a timina no RNA. Descoberta da hélice dupla de DNA Foi descoberta a hélice dupla de DNA pelos Crick e Watson. As duas cadeias helicoidais antiparalelas, com a coluna vertebral de açúcar e fosfato na parte externa e as bases (adenina, timina, guanina e citosina) no interior. Devido aos ângulos em que as substâncias químicas do DNA se ligam umas às outras, todas as moléculas de DNA consistem em duas faixas paralelas espiraladas, como corrimão de uma escada em espiral daí o nome que imediatamente se celebrizou com a descoberta de Crick- Watson : a hélice dupla. Compreendendo o DNA
Page 2 of 5 As proteínas compõem-se unicamente de aminoácidos. Os aminoácidos organizam-se ao redor das quatro ligações do átomo de carbono. Ou seja, o carbono tem valência 4, o que significa que ele possui quatro elétrons sem par na casca externa, e isso lhe permite fazer essas ligações e o torna o atoma e o elemento químico mas importante da biologia. Embora existem apenas vinte variedades de aminoácidos, longas repetições de seqüências múltiplas permitem dezenas de milhares de combinações de aminoácidos para formar uma grande variedade de proteínas. De fato, existem cerca de 50 mil tipos de diferentes de proteínas em nosso corpo. Os mesmos vinte aminoácidos em 50 mil combinações diferentes estão ligados aos outros em longas cadeias dobradas sobre si mesma. As proteínas não são simplesmente substâncias benéficas que obtemos da carne de outros alimentos.são moléculas complexas que apresentam um conjunto extraordinário de propriedade e funções, e sendo componentes de elementos estruturais como o colágeno, hormônios, transportadores de oxigênio e anticorpos, além de serem enzimas essenciais e catalisadoras na própria molécula de DNA. O gene é uma região do DNA que controla uma característica hereditária especifica, como cor do cabelo, altura, forma de nariz e milhares de outros traços. A seqüência especifica das bases que compõe o gene geralmente corresponde a uma única proteína ou RNA complementar. No DNA, o comprimento de cada filamento é 600 mil vezes maior do que a largura. Quando célula, núcleo e cromossomo dividem-se, cada filamento serve de gabarito para a formação de um novo filamento correspondente em cada um das novas células graças à estrutura e ao emparelhamento das bases descobertos por Crick e Watson. Isso explica a segunda característica fundamental do DNA, aquela que geralmente associamos à hélice dupla : a capacidade de replicar-se. Em outras palavras, quando o DNA duplica-se no interior de cada célula que está sofrendo uma divisão celular, sua capacidade de controlar as funções das células e do corpo dirigindo a produção de proteínas também se duplica. Isso leva nos de volta à principal função do DNA : produzir proteínas. Como os precisos genes evoluíram de modo a ficar protegidos no núcleo da célula, é necessário que se produzam copias ativas dos genes que possa sair do núcleo e dirigir a produção de proteínas em outras partes da célula. Assim é preciso uma espécie de projeto do gene. Esse projeto é feito pelo outro acido nucléico, o RNA, que se compõe de A, C, G e uracil em vez de timina. A RNA-polimerase é a enzima especifica capaz de dividir o DNA no meio dos degraus. Em outras palavras, ela abre o zíper das bases bem no meio em suas ligações de hidrogênio e transforma a hélice dupla em duas hélices simples com meios degraus expostos, rompendo as ligações entre os dois filamentos que unem A com T e C com G. Como os aminoácidos têm de unir-se lado a lado para formar proteínas, as seqüências desses códons de três letras ao longo dos filamentos de DNA determinam as proteínas que são exclusivas a cada um de nós. * Uma ou mais seqüências especificas de três beses representadas por três letras resultam na criação de cada um dos vinte aminoácidos. * Os aminoácidos combinam-se em uma ordem especifica para formar os 50 mil tipos de proteínas do corpo humano. Cada uma dessas combinações de códons é um gene.
Page 3 of 5 * Todos os 100 mil genes humanos estão configurados nos 46 cromossomos humanos que se localizam em cada núcleo de cada célula. Eles se enovelam nessa forma reconhecível durante a divisão celular. Ao formar esses códigos, a RNA-polimerase desloca-se ao longo da molécula de DNA, abrindo-a como um zíper e permitindo que as moléculas se RNA que se encontram soltas no núcleo juntem-se e se emparelhem ao longo dos agora expostos pontos onde estão A, C, G e T dos filamentos originais de DNA. De fato, o RNA forma uma transcrição exato do DNA. Essa copia denomina-se RNA mensageiro. Quando RNA-polimerase chega ao sinal de parada que existe na extremidade de cada gene, desprende-se juntamente com o recém-produzido RNA mensageiro, o qual sai do núcleo e segue para um dos muitos ribossomos na célula.o ribossomo lê a mensagem do RNA e, de acorda com a seqüência especifica de bases no códon, ele reúne uma serie de aminoácidos provenientes das reservas que flutuam soltas pela célula. Essa ação cria, da estaca zero, uma proteína especifica escrita na linguagem codificada originalmente pela seqüência de bases de três letras existente no DNA que permaneceu no núcleo da célula. Cada uma dessas novas proteínas reflete uma pequena porção dos longos filamentos de DNA que contêm todos os códigos de três letras para as milhares de proteínas diferentes. Do mesmo modo como a RNA-polimerase se deslocou ao longo dos pares de bases G- C e A-T exposto do DNA para criar o RNA mensageiro, o ribossomo desloca-se ao longo do RNA mensageiro para criar uma proteína. Passo a passo, cada proteína vital formada em nosso corpo é produzida dessa maneira. Neste exato momento, milhares de ribossomos em cada célula de seu corpo estão efetuando milhões de reações que estão fazendo os aminoácidos relacionados uniram-se formando cerca de 2 mil novas moléculas de proteína a cada segundo. Cada proteína, ao sair do ribossomo e emergir da célula, apresenta uma forma especifica dobrada e retorcida, determinada pela ligação química dos aminoácidos dos quais ela é feita. Essa forma e composição química dos aminoácidos dos quais ela é feita. Essa forma e composição química permitem aos 50 mil tipos diferentes de proteínas executar sua funções especificas no corpo. Como os ácidos nucléicos dirigem a produção de proteínas e a seqüência de proteínas é única em cada pessoa, é o DNA que, em ultima analise, controla todas as características hereditárias. As seqüências codificadoras que causam a formação de pêlos em um camundongo são semelhantes, mas não idênticas, às seqüências formadoras de cabelos em uma cabeça humana. Analogamente, as seqüências codificadoras que fazem com que os cabelos se formem em duas cabeças humanas têm mais semelhança entre si do que com as seqüências formadoras dos pêlos do camundongo, porém não são idênticas. Essa é chave para compreender o material hereditário e a função do DNA, e a razão de os biólogos moleculares referirem-se à frase DNA produz RNA, que produz proteinas como o dogma central A descoberta de Crick e Watson foi o ponto culminante de oitenta anos de pesquisas realizadas por numerosos cientistas. O Conhecimento da estrutura leva a leitura do código O trabalho de Crick e Watson permitiu que de imediato se percebesse a possibilidade de ler e interpretar o plano genético de qualquer organismo incluindo seres humanos. Quando as pesquisas do bioquímico Fredrick Sanger nos permitiram iniciar o
Page 4 of 5 sequenciamento do RNA, na década de 1960, tornou-se teoricamente possível entender toda a enorme quantidade de informações contidas no DNA, e não apenas exemplos isolados. Isso levou a um interessemos realmente conhecer a relação entre cada gene e cada características física, inclusive doenças de case genética. Em 1975, Walter Gilbert foi o primeiro a aplicar um tratamento químico especifico ao DNA para dividi-lo em fragmentos e reconhecer a utilidade que isso poderia ter na leitura do texto. Por meio novo método, Sanger tornou teoricamente possível determinar todo o texto que governa a hereditariedade de qualquer organismo vivo, inclusive o humano. Começa o projeto genoma * Dezembro de 1989 : cientistas do MIT descobrem um gene que acreditam ser crucial para o desenvolvimento das defesas imunológicas humanas, denominado gene RAG- 1. A descoberta lança uma nova luz sobre as complexidades do sistema imunológico, o qual é vital para todos os aspectos da saúde e do desenvolvimento humano. * Agosto de 1991 : um esforço de pesquisa conjunto de cientista da Faculdade de Medicina Johns Hopkins, do Instituto do Câncer de Tóquio e da Universidade de Utah identifica o gene que origina o câncer do cólon. Esse gene é denominado APC. Essa descoberta permitirá aos médicos detectar um tumor no cólon no estágio mais incipiente possível. * Março de 1993 : pesquisadores anunciaram que a doença de Huntington resulta de inexplicadas gagueiras genéticas, expansões no tamanho de um gene especifico no cromossomo 4, que acrescentam filamentos extras do aminoácido glutamina à proteína que o gene normalmente codifica. *Agosto de 1993 : pesquisadores do Centro Medico da Universidade de Duke anunciam que as pessoas nascidas com uma variante de um gene chamado APOe têm maior propensão a desenvolver o mal de Alzheimer por volta dos setenta anos de idade do que as pessoas que apresentam outras versões do mesmo gene. * Junho de 1995 : uma equipe da Universidade de Toronto anuncia que um gene do cromossomo 14 é responsável por até 80% dos casos familiares do mal de Alzheimer. * Agosto de 1995 : pesquisadores do Centro de Ciência da Saúde da Universidade de Texas informam que o gene BRCA1 tem um papel fundamental no câncer de mama. *Dezembro de 1995 : cientistas britânicos anunciam a descoberta de um segundo gene associado ao câncer de mama, o BRCA2. *Fevereiro de 1996 : cientistas identificam o gene que codifica uma variedade de proteínas da superfície celular que se deslocam para o cérebro e ajudam a regular o peso corporal; lançam hipótese de que a obesidade resulta de mutação nesse gene receptor. * Marco de 1996 : pesquisadores da Universidade de Ciências da Saúde do Oregon informam que células sadias do fígado transplantadas para fígados doentes produzem a enzima FAH, ausente nesses organismos doentes. É uma nova esperança para a terapia genética direcionada para o fígado, que poderá reduzir a necessidade de transplantes desse órgão. * Março de 1996 : pesquisadores de cinco grandes centros médicos anunciam ter encontrado um gene que aumenta o risco de doença renal e outros distúrbios associados
Page 5 of 5 ao lúpus. A versão defeituosa desse gene codifica uma proteína que é menos eficiente em sua função imunológica do que uma versão normal do gene. * Abril de 1996 : biólogos moleculares anunciam ter encontrado o gene humano causador dos sintomas de envelhecimento e modificar a participação desse no surgimento de doenças cardíacas, câncer e osteoropose. Periodicamente, pesquisadores do Projeto Genoma publicam um mapa do genoma humano. Eles identificaram a localização física de mais de 15 mil dos 30 mil marcos ao longo dos filamentos de material de DNA que formam nossos cromossomos. O projeto gera esperanças, medo e controvérsia O projeto genoma originalmente foi concebido e continua a ser motivado principalmente pela esperança de curar ou reduzir essas doenças. Mas o projeto humano não deixa de enfrentar oposição. O código genético hoje é compreendido a tal ponto que remodelar o genoma humano e dirigir suas instruções é algo exeqüível no futuro próximo. Muitas pessoas vêem um grande potencial na aplicação desse conhecimento à cura de doenças e à melhora da condição humana, enquanto outroas opõem-se violentamente a essa engenharia e terapia genética com argumentos éticos e científicos. De fato, em outubro de 1993 Robert Stillmas, especialista em fecundidade do Centro Medico da Universidade George Washington, clonou briões humanos usando métodos que são comuns na reprodução controlada de gado e outros animais. Esse foi um experimento de laboratório, e não foi realizado com uma gravidez, mas de fato indicou a possibilidade de gêmeos idênticos serem formidáveis questões éticas e legais. inicio