Ácidos nucleicos e síntese proteica

Ácidos nucleicos 核酸 (DNA e RNA) são polímeros de unidades pequenas chamadas nucleotídeos 核苷酸. Cada nucleotídeo é composto por três partes unidas:

• um grupo fosfato 磷酸,
• um açúcar (um açúcar de 5 carbonos),
• uma base nitrogenada 碱基.

ATP é um nucleotídeo especial. Possui a base adenina 腺嘌呤, o açúcar ribose 核糖, e três grupos fosfato. Romper o último fosfato libera energia 能量 para a célula.

Existem cinco bases, em dois grupos:

• purinas 嘌呤 têm um anel duplo (dois anéis): adenina e guanina 鸟嘌呤.
• pirimidinas 嘧啶 têm um anel simples (um anel): citosina 胞嘧啶, timina 胸腺嘧啶 e uracila 尿嘧啶.

Uma molécula de DNA é formada por duas fitas torcidas juntas em uma dupla hélice 双螺旋.

Cada fita 链 tem uma cadeia principal alternada de açúcar (neste caso, o açúcar é a desoxirribose 脱氧核糖) e fosfato. O açúcar de um nucleotídeo está ligado ao fosfato do seguinte por uma ligação fosfodiéster 磷酸二酯键.

As duas fitas são mantidas unidas pelas suas bases, que se encontram no centro. O pareamento é exato — isso é pareamento de bases complementares 碱基互补配对:

• A sempre se pareia com T, mantido por dois ligações de hidrogênio 氢键.
• C sempre se pareia com G, mantido por três ligações de hidrogênio (portanto, um par de bases 碱基对 C–G é mais difícil de separar).

As duas fitas percorrem em direções opostas: uma vai de 5′ para 3′ enquanto a outra vai de 3′ para 5′. Dizemos que elas são antiparalelas 反平行.

A escada plana acima é torcida em espiral. Este modelo de preenchimento espacial, onde cada átomo é uma bola, mostra a forma real do hélice dupla:

A replicação 复制 do DNA (cópia) ocorre durante a fase S do ciclo celular. É semi-conservativa 半保留复制: cada nova molécula mantém uma fita antiga e uma nova fita. Os passos são:

1. a hélice dupla desenrola e as ligações de hidrogênio se quebram, fazendo com que as duas fitas se separam.
2. cada fita antiga atua como molde. Nucleotídeos livres pareiam-se com as bases expostas por pareamento de bases complementares.
3. a enzima 酶 DNA polimerase 聚合酶 une os novos nucleotídeos em uma fita. Ela só pode adicionar nucleotídeos na direção 5′ para 3′.

Devido a essa regra de 5′ para 3′, as duas novas fitas são construídas de maneira diferente:

• a fita líder 前导链 é construída continuamente, seguindo o desenrolamento.
• a fita atrasada 后随链 é construída em pequenos pedaços, trabalhando para longe do ponto de desenrolamento. A enzima DNA ligase 连接酶 então une esses pedaços juntos.

O RNA também é feito de nucleotídeos, mas é uma fita simples, seu açúcar é a ribose, e ele usa uracila no lugar da timina. O tipo mais importante aqui é o ARN mensageiro (mRNA) 信使RNA, que transporta uma cópia das instruções de um gene fora do núcleo para ser usado.

Um gene 基因 é uma sequência de nucleotídeos de DNA que codifica uma polipeptídeo 多肽.

O código é lido em tripletes 三联体 — grupos de três bases. Cada tripleto ou codifica um aminoácido 氨基酸 específico, ou atua como sinal de início ou parada. O código é universal: quase todos os seres vivos usam os mesmos tripletes para os mesmos aminoácidos.

Existem 64 tripletes possíveis, mas apenas 20 aminoácidos comuns, portanto a maioria dos aminoácidos é codificada por mais de um tripleto.

Transcrição (no núcleo)

O gene de DNA é copiado em ARNm. Isso é transcrição 转录.

• a fita de DNA que é copiada é a fita molde 模板链; a fita parceira é a fita não transcrita 非转录链.
• a enzima ARN polimerase 聚合酶 une nucleotídeos de ARN que pareiam com as bases molde (com uracila pareando com adenina).
• nos eucariotos, o primeiro ARN produzido (o transcrito primário 初级转录本) contém partes codificadoras chamadas éxons 外显子 e partes não codificadoras chamadas íntrons 内含子. Os íntrons são cortados e os éxons são ligados para formar o ARNm maduro.

Tradução (no ribossomo)

O ARNm sai do núcleo e se liga a um ribossomo 核糖体. Construir a polipeptídeo a partir do código do ARNm é a tradução 翻译.

• o ARNm é lido em códon 密码子 (cada codon é um tripleto de bases de ARNm).
• moléculas de ARN de transferência (ARNt) 转运RNA trazem aminoácidos para o ribossomo. Cada ARNt tem um anticodão 反密码子 que pareia com um codon correspondente.
• à medida que os codons são lidos em ordem, o ribossomo une os aminoácidos com ligações peptídicas 肽键, construindo a polipeptídeo.

Exemplo resolvido. Uma fita molde de DNA lê TAC GGA CTT. Dê os códons do ARNm e diga o quanto a polipeptídeo é longa. Transcreva por pareamento de bases complementares, lembrando que o ARN usa uracila 尿嘧啶 no lugar da timina: TAC dá AUG, GGA dá CCU, CTT dá GAA. Então o ARNm lê AUG CCU GAA. AUG é o codon de início 起始密码子 (metionina), então a polipeptídeo tem três aminoácidos de comprimento - dois após a metionina de início ser removida. Dois erros custam a maior parte das notas aqui: parear A com T 胸腺嘧啶 em vez de U 尿嘧啶 ao escrever o ARNm, e transcrever a fita codificante 编码链 em vez da fita molde 模板链. O ARNm é complementar à fita molde e idêntico à fita codificante exceto pela U substituindo a T.

Uma mutação 突变 gênica é uma mudança na sequência de bases de uma molécula de DNA. Pode alterar a polipeptídeo produzida. Existem três tipos:

• substituição 替换 — uma base é trocada por uma base diferente. Isso altera no máximo um aminoácido, e àssemelho nenhum (porque a maioria dos aminoácidos tem mais de um tripleto).
• deleção 缺失 — uma base é removida.
• inserção 插入 — uma base extra é adicionada.

Uma deleção ou inserção desloca a leitura de todo tripleto posterior, então geralmente muda muitos aminoácidos após esse ponto e tem um grande efeito na polipeptídeo.

*Uma substituição muda um tripleto; uma deleção ou inserção desloca todo tripleto posterior (um frameshift)

• O DNA é antiparalelo, mantido por ligações de hidrogênio (A=T dois, C≡G três); a replicação é semi-conservativa (cada produto mantém uma fita antiga).
• Declare onde e o quê: transcrição (núcleo → ARNm), tradução (ribossomo, ARNm + ARNt → polipeptídeo).
• Descreva o código com todos os quatro termos: triplete, não sobreposto, degenerado, universal.
• Para uma mutação gênica (substituição, inserção, deleção) explique o efeito na proteína — e por que uma substituição pode ser silenciosa (degenerescência).