Independentemente de você ser um iniciante em biologia ou um aficionado de longa data, são grandes as chances de que, por padrão, você veja o ácido desoxirribonucleico (DNA) como talvez o conceito mais indispensável em todos de ciências da vida. No mínimo, você provavelmente está ciente de que o DNA é o que o torna único entre os bilhões de pessoas no planeta, dando-lhe um papel no mundo da justiça criminal e também no centro das palestras de biologia molecular. Você quase certamente aprendeu que o DNA é responsável por dotar você de quaisquer características que você herdou de seus pais e que seu próprio DNA é seu legado direto para as gerações futuras, caso você tenha filhos.

O que você talvez não saiba muito sobre o caminho que conecta o DNA em suas células às características físicas que você manifesta, evidentes e ocultas, e a série de etapas ao longo desse caminho. Os biólogos moleculares produziram o conceito de um "dogma central" em seu campo, que pode ser resumido simplesmente como "DNA para RNA e proteína". A primeira parte desse processo - gerar RNA, ou ácido ribonucleico, a partir do DNA - é conhecida como transcrição, e essa série bem estudada e coordenada de ginástica bioquímica é tão elegante quanto cientificamente profunda.
Visão geral dos ácidos nucléicos < O DNA e o RNA são ácidos nucleicos. Ambos são fundamentais para toda a vida; essas macromoléculas estão intimamente relacionadas, mas suas funções, embora requintadamente entrelaçadas, são altamente divergentes e especializadas.

O DNA é um polímero, o que significa que consiste em um grande número de subunidades repetidas. Essas subunidades não são exatamente idênticas, mas são idênticas na forma. Considere uma longa série de contas compostas por cubos que vêm em quatro cores e variam ligeiramente em tamanho, e você obtém uma noção básica de como o DNA e o RNA são organizados.

Os monômeros (subunidades) dos ácidos nucléicos são conhecidos como nucleotídeos. Os próprios nucleotídeos consistem em tríades de três moléculas distintas: um grupo (ou grupos) de fosfato, um açúcar com cinco carbonos e uma base rica em nitrogênio ("base" não no sentido de "fundação", mas significando "aceitador de íons hidrogênio") ) Os nucleotídeos que compõem os ácidos nucléicos têm um grupo fosfato, mas alguns têm dois ou até três fosfatos ligados seguidamente. As moléculas adenosina difosfato (ADP) e adenosina trifosfato (ATP) são nucleotídeos de extraordinária importância no metabolismo da energia celular.

DNA e RNA diferem em vários aspectos importantes. Um, enquanto cada uma dessas moléculas inclui quatro bases nitrogenadas diferentes, o DNA inclui adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T), enquanto o RNA inclui os três primeiros, mas substitui o uracilo (U) para T. Dois, o açúcar no DNA é desoxirribose, enquanto que no RNA é ribose. E três, o DNA é de fita dupla na sua forma mais estável em termos energéticos, enquanto o RNA é de fita simples. Essas diferenças são de grande importância tanto na transcrição especificamente quanto na função desses respectivos ácidos nucleicos em geral.
As bases A e G são chamadas de purinas, enquanto C, T e U são classificadas como pirimidinas. Criticamente, A se liga quimicamente a, e somente a, T (se DNA) ou U (se RNA); C se liga a e somente a G. As duas cadeias de uma molécula de DNA são complementares, o que significa que as bases em cada cadeia correspondem a cada momento à única base "parceira" na cadeia oposta. Assim, o AACTGCGTATG é complementar ao TTGACGCATAC (ou UUGACGCAUAC).
Transcrição do DNA vs. Tradução

Antes de aprofundar na mecânica da transcrição do DNA, vale a pena reservar um momento para revisar a terminologia associada ao DNA e ao RNA, porque com tantas palavras parecidas na mixagem, pode ser fácil confundi-las.

Replicação é o ato de fazer uma cópia idêntica de alguma coisa. Ao fazer uma fotocópia de um documento escrito (velha escola) ou usar a função copiar e colar em um computador (nova escola), você está replicando o conteúdo nos dois casos.

O DNA sofre replicação, mas O RNA, na medida em que a ciência moderna pode verificar, não; ela surge apenas da transcrição _._ De uma raiz latina que significa "uma escrita transversal", a transcrição é a codificação de uma mensagem específica em uma cópia de uma fonte original. Você pode ter ouvido falar de transcriptionists médicos, cujo trabalho é digitar em forma escrita as anotações médicas feitas como uma gravação de áudio. Idealmente, as palavras e, portanto, a mensagem, serão exatamente as mesmas, apesar da mudança no meio. Nas células, a transcrição envolve a cópia de uma mensagem genética de DNA, escrita na linguagem das seqüências nitrogenadas de base, na forma de RNA - especialmente o RNA mensageiro (mRNA). Essa síntese de RNA ocorre no núcleo das células eucarióticas, após o qual o mRNA sai do núcleo e segue para uma estrutura chamada ribossomo, para ser traduzida.

Considerando que a transcrição é a simples codificação física de uma mensagem em um meio diferente , tradução, em termos biológicos, é a conversão dessa mensagem em ação intencional. Um comprimento de DNA ou uma única mensagem de DNA, chamada gene, resulta em células produzindo um produto proteico único. O DNA envia essa mensagem na forma de mRNA, que leva a mensagem para um ribossomo para que ele seja traduzido na produção de uma proteína. Nessa visão, o mRNA é como uma planta ou um conjunto de instruções para montar uma peça de mobiliário.

Esperamos que isso esclareça todos os mistérios que você tem sobre o que os ácidos nucleicos fazem. Mas e a transcrição em particular?
Os Passos da Transcrição
O DNA, bastante famoso, é tecido em uma hélice de fita dupla. Mas, dessa forma, seria fisicamente difícil criar algo com isso. Portanto, na fase de iniciação (ou etapa) da transcrição, a molécula de DNA é desenrolada por enzimas chamadas helicases. Apenas uma das duas fitas de DNA resultantes é usada para a síntese de RNA de cada vez. Essa cadeia é chamada de cadeia não codificante, porque, graças às regras de emparelhamento de bases de DNA e RNA, a outra cadeia de DNA tem a mesma sequência de bases nitrogenadas que o mRNA a ser sintetizado, tornando essa cadeia a cadeia de codificação. Com base nos pontos apresentados anteriormente, você pode concluir que uma fita de DNA e o mRNA responsável pela fabricação são complementares.

Com a fita agora pronta para a ação, uma seção do DNA chamada seqüência do promotor indica onde a transcrição é começar ao longo da costa. A enzima RNA polimerase chega a este local e se torna parte de um complexo promotor. Tudo isso é para garantir que a síntese do mRNA comece exatamente onde é esperado na molécula de DNA, e isso gera uma cadeia de RNA que contém a mensagem codificada desejada.

Em seguida, na fase de alongamento, a RNA polimerase " lê "a cadeia de DNA, começando na sequência do promotor e movendo-se ao longo da cadeia de DNA, como um professor subindo uma fila de estudantes e distribuindo testes, adicionando nucleotídeos ao crescente lado da nova molécula de RNA em formação.

As ligações criadas entre os grupos fosfato de um nucleotídeo e o grupo ribose ou desoxirribose no próximo nucleotídeo são chamadas ligações fosfodiéster. Observe que uma molécula de DNA tem o que é chamado de terminal 3 '("três primos") em uma extremidade e um terminal 5' ("cinco primos") na outra, com esses números provenientes das posições terminais dos átomos de carbono " anéis. À medida que a própria molécula de RNA cresce na direção 3 ', ela se move ao longo da fita de DNA na direção 5'. Você deve examinar um diagrama para garantir que entende completamente a mecânica da síntese de mRNA.

A adição de nucleotídeos - especificamente, trifosfatos de nucleosídeos (ATP, CTP, GTP e UTP; ATP é trifosfato de adenosina, CTP é citidina) trifosfato e assim por diante) - para a cadeia de mRNA alongada requer energia. Isso, como muitos processos biológicos, é fornecido pelas ligações fosfato nos próprios nucleosídeos trifosfatos. Quando a ligação fosfato-fosfato de alta energia é quebrada, o nucleotídeo resultante (AMP, CMP, GMP e UMP; nesses nucleotídeos, o "MP" significa "monofosfato") é adicionado ao mRNA e um par de moléculas de fosfato inorgânico , geralmente escrito PP _{i, desaparece.}

À medida que a transcrição ocorre, ela o faz, como afirmado, ao longo de uma única cadeia de DNA. Esteja ciente, no entanto, de que toda a molécula de DNA não se desenrola e se separa em cadeias complementares; isso só acontece nas proximidades diretas da transcrição. Como resultado, você pode visualizar uma "bolha de transcrição" se movendo ao longo da molécula de DNA. É como um objeto que se move ao longo de um zíper que está sendo descompactado logo à frente do objeto por um mecanismo, enquanto um mecanismo diferente fecha novamente o zíper na esteira do objeto.

Finalmente, quando o mRNA atinge seu comprimento e forma necessários, a fase de término começa. Como a iniciação, essa fase é ativada por seqüências específicas de DNA que funcionam como sinais de parada para a RNA polimerase.

Nas bactérias, isso pode acontecer de duas maneiras gerais. Em uma delas, a sequência de terminação é transcrita, gerando um comprimento de mRNA que se dobra novamente e, assim, "se agrupa" à medida que a RNA polimerase continua a fazer seu trabalho. Essas seções dobradas de mRNA são freqüentemente chamadas de fios em gancho de cabelo e envolvem emparelhamento de bases complementares dentro da molécula de mRNA de fita simples, mas contorcida. A jusante desta seção em gancho de cabelo há um trecho prolongado de bases em U, ou resíduos. Esses eventos obrigam a RNA polimerase a parar de adicionar nucleotídeos e se separar do DNA, terminando a transcrição. Isso é chamado de terminação independente de rho, porque não depende de uma proteína conhecida como fator rho.

Na terminação dependente de rho, a situação é mais simples e não são necessários segmentos de mRNA ou resíduos de U em hairpin . Em vez disso, o fator rho se liga ao ponto necessário no mRNA e puxa fisicamente o mRNA da RNA polimerase. A ocorrência de terminação independente ou dependente de rho depende da versão exata da RNA polimerase que atua no DNA e no mRNA (existe uma variedade de subtipos), bem como nas proteínas e outros fatores no ambiente celular imediato.

Ambas as cascatas de eventos acabam levando o mRNA a se libertar do DNA na bolha de transcrição.
Procariontes vs. Eucariotos

Existem numerosas diferenças entre a transcrição em procariontes (quase todas as bactérias) e eucariotos (organismos multicelulares, como animais, plantas e fungos). Por exemplo, a iniciação em procariontes geralmente envolve um arranjo de bases de DNA conhecido como caixa de Pribnow, com a sequência de bases TATAAT localizada a aproximadamente 10 pares de bases de onde ocorre a iniciação da transcrição. Os eucariotos, no entanto, têm sequências intensificadoras posicionadas a uma distância considerável do local de iniciação, além de proteínas ativadoras que ajudam a deformar a molécula de DNA de uma maneira que a torna mais acessível à RNA polimerase.
Além disso, alongamento ocorre cerca de duas vezes mais rápido em bactérias (cerca de 42 a 54 pares de bases por minuto, na fronteira com um por segundo) do que em eucariotos (cerca de 22 a 25 pares de bases por minuto). Finalmente, enquanto os mecanismos bacterianos de terminação são descritos acima, em eucariotos, essa fase envolve fatores específicos de terminação, bem como uma cadeia de RNA chamada poli-A (como em muitas bases de adenina seguidas) "cauda". Ainda não está claro se a interrupção do alongamento desencadeia a clivagem do mRNA da bolha ou se a própria clivagem termina abruptamente o processo de alongamento.