Gene
Gene. Segmento de DNA que contém a informação necessária para a síntese de uma proteína (ou de uma molécula de RNA funcional).
Um gene não é uma molécula diferente do DNA: é uma região específica, com início e fim definidos, ao longo de uma molécula de DNA. A relação entre um gene e a proteína que ele especifica é o que liga o genótipo (a informação genética) à característica observável, o fenótipo. É porque os genes são "lidos" e traduzidos em proteínas que a informação genética passa a ter um efeito real sobre o organismo.
Um gene que codifica a insulina é um exemplo desta relação. Um mesmo genoma contém milhares de genes, cada um correspondendo, em geral, a uma proteína distinta — e esta relação gene → proteína → fenótipo não é exclusiva do ser humano, aplicando-se de forma geral a animais e a plantas.
Dogma central da biologia molecular
Dogma central da biologia molecular. Princípio segundo o qual a informação genética flui, de forma unidirecional em condições normais, do DNA para o RNA (transcrição) e do RNA para a proteína (tradução).
Proposto por Francis Crick em 1958, o dogma central resume-se ao esquema DNA → RNA → proteína, aplicado, por exemplo, à síntese de uma enzima. É este princípio que articula a transcrição, o processamento e a tradução como etapas de um único processo, a expressão génica.
É importante não interpretar a seta DNA → RNA como uma transformação química direta do DNA em RNA. Na realidade, sintetiza-se uma nova molécula de RNA, usando o DNA apenas como molde — o DNA permanece intacto no final do processo.
Transcrição
Transcrição. Processo de síntese de uma molécula de pré-mRNA a partir de uma das cadeias de DNA de um gene (cadeia molde ou codogénica), que serve de molde por complementaridade de bases.
A RNA polimerase liga-se a uma região promotora do DNA, separa localmente as duas cadeias e sintetiza uma cadeia de RNA complementar à cadeia molde, na direção 5'→3'. Nesta síntese é incorporado uracilo em vez de timina.
Em células eucarióticas, a transcrição ocorre no núcleo. É assim que a informação genética é transferida do DNA para uma molécula de pré-mRNA, que só sai para o citoplasma depois de ser processada. Tal como na replicação do DNA, também aqui o DNA não se transforma em RNA: mantém-se inalterado, servindo apenas de molde para a síntese de uma molécula nova.
Processamento do mRNA (splicing)
Entre a transcrição e a tradução, o pré-mRNA sofre um conjunto de modificações a que se chama processamento ou splicing. Este processo remove os intrões (sequências não codificantes) e mantém e une os exões (sequências codificantes), originando o mRNA maduro, que sai do núcleo para ser traduzido no citoplasma. Este passo é exclusivo das células eucarióticas.
Pode ainda ocorrer splicing alternativo, em que exões diferentes são combinados a partir do mesmo pré-mRNA transcrito. Este mecanismo explica como um único gene pode originar mais do que uma proteína — por exemplo, proteínas diferentes em tecidos diferentes a partir do mesmo pré-mRNA.
Código genético
Código genético. Conjunto de regras que estabelece a correspondência entre as sequências de três nucleótidos (codões) do mRNA e os aminoácidos incorporados numa proteína durante a tradução.
O código genético tem várias características:
- Tripleto — cada codão tem três nucleótidos.
- (Quase) universal — é partilhado por praticamente todos os seres vivos.
- Redundante ou degenerado — a maioria dos aminoácidos é codificada por mais do que um codão.
- Não ambíguo — cada codão especifica apenas um aminoácido ou um sinal de finalização.
- Lido de forma contínua — sem espaços ou "vírgulas" entre codões.
O codão de iniciação mais comum é AUG, que codifica o aminoácido metionina. Existem ainda três codões de finalização (STOP), que não correspondem a nenhum aminoácido.
Codão, anticodão e codogene
Ao longo da expressão génica, a mesma unidade de informação — um triplete de nucleótidos correspondente a um aminoácido — tem um nome diferente consoante a molécula em que se encontra.
| Termo | Molécula | Definição |
|---|---|---|
| Codogene | DNA (cadeia molde) | Sequência de 3 nucleótidos na cadeia molde de DNA. |
| Codão | mRNA | Sequência complementar de 3 nucleótidos no mRNA, resultante da transcrição do codogene. |
| Anticodão | tRNA | Sequência complementar de 3 nucleótidos no tRNA, que emparelha com o codão durante a tradução. |
Por exemplo, o codogene TAC no DNA origina o codão AUG no mRNA, que é reconhecido pelo anticodão UAC no tRNA, correspondente ao aminoácido metionina.
Tradução
Tradução. Processo de síntese de uma proteína a partir da informação contida numa molécula de mRNA maduro, realizado nos ribossomas, com participação do tRNA que transporta os aminoácidos correspondentes a cada codão.
A tradução ocorre em três fases:
- Iniciação — o tRNA iniciador reconhece o codão de iniciação AUG.
- Alongamento — entram sucessivamente moléculas de tRNA carregadas com aminoácidos, ocorre o emparelhamento codão-anticodão e formam-se ligações peptídicas entre aminoácidos consecutivos.
- Finalização — a chegada de um codão de finalização, que não é reconhecido por nenhum tRNA, leva à libertação da proteína recém-formada.
Estas três fases sintetizam uma cadeia polipeptídica a partir de um mRNA maduro. A ligação peptídica é a ligação química entre aminoácidos consecutivos — não deve ser confundida com uma "dupla ligação", um erro comum.
Tipos de RNA e o ribossoma
Três tipos de RNA participam na síntese proteica, cada um com uma função distinta:
| Tipo de RNA | Função |
|---|---|
| mRNA (RNA mensageiro) | Transporta a informação transcrita e processada até ao ribossoma. |
| tRNA (RNA de transferência) | Transporta aminoácidos específicos até ao ribossoma, reconhecendo o codão através do seu anticodão. |
| rRNA (RNA ribossómico) | Associado a proteínas, forma a estrutura do ribossoma, o local onde ocorre a tradução. |
Quando vários ribossomas traduzem simultaneamente a mesma molécula de mRNA, forma-se um polirribossoma (ou polissoma). Esta organização permite à célula produzir várias cópias da mesma proteína a partir de um único transcrito, ao mesmo tempo.
Mutação génica
Mutação génica. Alteração na sequência de nucleótidos do DNA de um gene, que afeta um ou mais nucleótidos e que pode ou não ter consequências na proteína produzida.
Tipos de mutação quanto ao mecanismo
| Tipo | O que acontece |
|---|---|
| Substituição | Troca de um nucleótido por outro. |
| Inserção | Adição de nucleótidos. |
| Deleção | Remoção de nucleótidos. |
As mutações podem surgir espontaneamente ou ser induzidas por agentes mutagénicos (fatores externos).
Dentro das substituições, distinguem-se ainda três situações: as mutações silenciosas, em que não há troca de aminoácido devido à redundância do código genético — como no exemplo em que o codão CCU passa a CCC, mantendo-se ambos a codificar prolina; as mutações missense, em que há troca de aminoácido; e as mutações nonsense, que originam um codão de finalização prematuro.
Já as inserções ou deleções que não envolvam um múltiplo de três nucleótidos alteram o referencial de leitura a jusante do ponto da mutação — chamam-se por isso mutações frameshift, por desvio do referencial de leitura. Estas têm, tipicamente, efeitos mais disruptivos do que as substituições.
Consequências das mutações
As mutações podem ter consequências neutras (sem impacto significativo), benéficas (vantajosas em certos contextos) ou prejudiciais. A anemia falciforme é um exemplo de mutação génica prejudicial, com efeitos estruturais na proteína (a hemoglobina) e impacto fisiológico no organismo.