Biologia Molecular - parte 1

Olá pessoal, tudo bem com vocês??

Na postagem anterior, sobre vacinas, introduzimos alguns conceitos básicos sobre e relatamos a importância de se conhecer outras áreas que irão complementar de fato o todo que envolve trabalhar com desenvolvimento vacinal. Hoje falaremos um pouco sobre biologia molecular e bioquímica, visto que ambas se complementam.

Voltaremos esse artigo para as moléculas que fazem parte do Dogma central da vida – DNA à RNA à Proteína, ok?

Hoje abordaremos apenas o material genético DNA e RNA.

Então vamos lá...

Os pioneiros da biologia molecular foram Watson e Crick, que na década de 50 determinaram a principal diferença entre seres vivos e a matéria inanimada após definirem a estrutura química da molécula do DNA (1).

Após isso, ocorreram inúmeras descobertas na área, demonstrando a importância dessa molécula, assim sendo possível compreender as principais características dos seres vivos, através do estudo do DNA e suas funções (1).

DNA

Sendo o DNA o material genético dos organismos, o mesmo possui duas fitas em formas espiraladas.

As fitas são compostas por subunidades simples chamadas de nucleotídeos.

Cada um é composto por um grupo fosfato, uma pentose (desoxirribose, um carboidrato que contém 5 carbonos) e uma base nitrogenada, podendo ser essas, adenina (A), guanina (G) (púrinas) citosina (C) e timina (T) (pirimidinas).

As fitas de DNA são ligadas através das bases nitrogenadas por ligações de hidrogênio que acontecem sempre aos pares, A=T e C=G. Já de forma vertical o polímero de DNA cresce através da ligação pentose-fosfato, a ligação fosfodiéster (2).

Imagem obtida de "Nucleic acids: Figure 1, por OpenStax College.

RNA

O RNA apresenta apenas uma fita simples (4). Assim como o DNA o RNA também é composto por um grupo fosfato, uma pentose (ribose), porém uma das bases nitrogenadas, a timina é substituída pela uracila (U), neste caso os pares serão A=U e C=G (3).

Os RNAs sintetizados mais comuns são: RNA mensageiro (RNAm), RNA transportador (RNAt) e o RNA ribossômico (RNAr). No entanto, hoje se conhece outros RNAs com papel importante no controle da expressão gênica e entre outras funções. O RNAm é o molde do DNA com a informação que será traduzido em proteína (4).

NÚCLEO CELULAR

O DNA é encontrado no núcleo da célula, onde fica armazenado as informações genéticas. As estruturas presentes no núcleo, são: nucléolo, envoltório nuclear, poro nuclear, nucleoplasma e cromatina (5).

O nucleoplasma contém várias estruturas especializadas, duas delas são o nucléolo, onde ocorre o processamento do RNA para a construção dos ribossomos, necessários para síntese de proteínas e grânulos de cromatina, que são estruturas filiformes compostas de proteínas e DNA.

Envoltório nuclear que é a membrana do núcleo, servindo como barreira entre a matriz nuclear e o citoplasma (3).

Poro nuclear, que permite a entrada e saída das moléculas grandes e partículas entre o núcleo e citoplasma. O núcleo contém enzimas e proteínas que estão envolvidas na replicação do DNA e no reparo do mesmo quando danificado. (6).

O DNA é uma molécula grande que possui níveis de organização no interior desse compacto núcleo. Vamos conhecer um pouco??

ORGANIZAÇÃO DO DNA

A organização da compactação do DNA é disposta em vários níveis, de forma gradativa ocorre a diminuição da acessibilidade do DNA. Esses níveis de compactação promovem a diminuição do comprimento linear do DNA. Os níveis de organização são: nucleossomo, cromatina e cromossomo.

Nucleossomo: Emaranhado de DNA envolto de um complexo contendo oito histonas (proteínas). Os nucleossomos contém quatro tipos principais de histonas: H2A, H2B, H3 e H4.

Também faz parte dos nucleossomos as histonas H1, essas que se ligam com menor força à cromatina, sendo facilmente removidas.

As histonas tem uma interação entre si de maneira especifica: H3 e H4 formam um tetrâmero, obtendo duas moléculas de cada. A H2 E H2B formam dímeros (7).

Cromatina: É organizada em estruturas de ordem superior, formando subcompartimentos em núcleos de interfase.

A compactação da cromatina é regulada por diferentes categorias de enzimas especializadas (8). A cromatina é disposta em duas divisões: eucromatina e heterocromatina.

A Eucromatina é a porção de DNA que está acessível, possibilitando a síntese de RNA.

A Heterocromatina é uma região mais condensada, não acessível para síntese de RNA (9).

Imagem obtida de Feng et al. (2014) (10). Microscopia eletrônica criogênica (crio-EM) de fibras de cromatina de 30 nanômetros.

Cromossomo: É a forma mais condensada do DNA e é apenas visto durante a divisão celular, especificamente na Metáfase.

Cada cromossomo é formado a partir de uma única molécula de DNA extremamente longa, que contém vários genes.

Nas nossas células somáticas os cromossomos se encontram aos pares, denominada estado diplóide (2n), como são 23 pares de cromossomos, totalizando 46 cromossomos; enquanto que as células sexuais ou gametas apresentam apenas uma cópia de cada cromossomo, ou seja 23 cromossomos no total, condição haplóide (n).

Esses pares de cromossomo são diferentes um do outro e diferentes pares de cromossomos tem diferentes conjuntos de genes. Os cromossomos membros de um par são homólogos, tem conjuntos iguais de genes, já os cromossomos de pares diferentes são denominados cromossomos heterólogos.

Conclusão

O estudo sobre o dogma central é necessário para que se aplique a vacinologia reversa e a partir daí utilize estratégias direcionadas aos patógenos. Para isso o estudo da biologia molecular e bioquímica é de suma importância.

O artigo de hoje trouxe a base da biologia molecular sobre DNA e RNA, muitos outros detalhes são importantes e ficarão para os próximos posts.

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Referências:

1. PINHO, Mauro de Souza Leite. Pesquisa em biologia molecular: como fazer?. Rev bras. colo-proctol., Rio de Janeiro , v. 26, n. 3, p. 331-336, Sept. 2006 .

2. ALBERTS, Bruce et al. Biologia molecular da célula. Artmed Editora, 2010.

3. THIBODEAU, Gary A.; PATTON, Kevin T. Estrutura e funções do corpo humano. Editora Manole Ltda, 2002.

4. STRACHAN, Tom; READ, Andrew. Genética molecular humana. Artmed Editora, 2016.

5. KARP, Gerald. Biologia celular e molecular. Editora Manole Ltda, 2005.

6. DEVLIN, Thomas M. Manual de bioquímica: com correlações clínicas. Editora Blucher, 2011.

7. RODWELL, Victor W. et al. Bioquímica Ilustrada de Harper. McGraw Hill Brasil, 2016.

8. HAUER, Michael H .; GASSER, Susan M. Cromatina e dinâmica do nucleossomo no dano e reparo do DNA. Genes e desenvolvimento , v. 31, n. 22, pág. 2204-2221, 2017.

9. DANTAS, Marcel da Câmara Ribeiro. Engenharia reversa da rede regulatória do Sarcoma de Ewing e inferência de reguladores mestres. 2018. 93f. Dissertação (Mestrado em Bioinformática) - Instituto Metrópole Digital, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2018.

10. Feng Song, Ping Chen, Dapeng Sun, Mingzhu Wang, Liping Dong, Dan Liang, Rui-Ming Xu, Ping Zhu, Guohong Li. Cryo-EM Study of the Chromatin Fiber Reveals a Double Helix Twisted by Tetranucleosomal Units. Science 25 Apr 2014:Vol. 344, Issue 6182, pp. 376-380. DOI: 10.1126/science.1251413