Dogma Central da Biologia Molecular - Genes Proteínas Transcrição e Tradução

Revisitando o Dogma Central a relação entre genes e proteínas Felipe Tadeu Galante Rocha de Vasconcelos1 Igor Neves Barbosa1 Laura Machado Lara Carvalho1 Lucas Santos e Souza1 Ana Cristina Victorino Krepischi2 1 Pósgraduando do Departamento de Genética e Biologia Evolutiva Instituto de Biociências Universidade de São Paulo SP Felipe Igor Laura e Lucas contribuíram igualmente na produção do texto 2 Departamento de Genética e Biologia Evolutiva Instituto de Biociências Universidade de São Paulo SP Autor para correspondência anakrepischiibuspbr Palavraschave dogma central genes proteínas transcrição tradução splicing CONCEITOS EM GENÉTICA 196 Genética na Escola Vol 16 Nº 2 2021 Será que o ser humano tem mais genes do que organis mos menos complexos como um verme ou um toma te Será que o tamanho das proteínas é proporcional ao de seus respectivos genes E o que faltava ao dogma central da biologia molecular quando foi proposto Essas perguntas podem levar a ricas discussões em sala de aula Ainda assim as discussões podem não al cançar a multiplicidade de processos envolvidos Des sa forma a leitura propõese a aprofundar conceitos e oferecer dados que possam alicerçar tais discussões com base nos conhecimentos científicos atuais Dogma princípio ou conjunto de princípios estabelecidos por uma autoridade e considerados como incontestavelmente verdadeiros Um dogma científico é uma máxima considerada fundamental pela comunidade científica para determinada área do conhecimento Genética na Escola ISSN 19803540 Sociedade Brasileira de Genética 197 A complexidade de processos de transmissão da informação genética e o dogma central da biologia molecular Em 1957 em uma palestra na Universidade College London intitulada síntese proteica Francis Crick o mesmo cientista que propôs o modelo da dupla hélice de DNA juntamente com James Watson fez uma famosa suposição baseada nas informações disponíveis à época de que uma vez que a informação genética é traduzida no processo de formação de proteína não pode retornar aos níveis de DNA RNA ou uma nova proteína Anos mais tarde 1965 na primeira edição do livro Biologia Molecular do Gene James Watson propôs que a síntese proteica poderia ser representada pelo esquema DNARNAproteína DNA determina a síntese de RNA que determina a síntese de proteína Figura 1 Esse processo passou a ser tratado então pela comunidade científica como o dogma central da biologia molecular termo proposto por Crick Cabe frisar que esse modelo era limitado ao conhecimento científico disponível à época Proteínas estruturais proteínas estruturais são as que sustentam a estrutura dos tecidos Exemplos queratina presente na pele unhas e cabelos e colágeno responsável pela integridade das cartilagens da pele e vasos sanguíneos Paradigma modelo exemplo típico ou conceito bem consolidado para uma comunidade no caso a científica Dizse que houve a quebra de um paradigma científico quando há a partir de novas evidências o rompimento de um modelo ou conceito amplamente aceito Retrovírus grupo de vírus que tem genoma composto por RNA que por sua vez serve como molde para produção de DNA pela enzima transcriptase reversa Naquela época as proteínas eram as moléculas mais conhecidas da biologia molecular por algumas de suas funções estruturais enzimáticas e reguladoras nos organismos enquanto o DNA era visto como uma molécula que contém somente informações para a produção das proteínas Também se suspeitava que o RNA poderia ser um intermediário entre DNA e proteína Hoje sabemos que o RNA mensageiro é o intermediário responsável pela transmissão da informação genética à síntese proteica Embora este seja de fato o fluxo geral do processo é apenas uma parte do todo Atualmente sabese por exemplo que certos tipos de vírus são capazes de sintetizar DNA a partir de RNA em um processo conhecido como transcrição reversa o que quebra o paradigma da unidirecionalidade proposta como dogma central A transcrição reversa ocorre por ação da enzima transcriptase reversa dos retrovírus como o HIV O DNA sintetizado a partir da ação dessa enzima sobre o genoma viral contém os genes virais que serão integrados ao genoma de DNA da célula hospedeira permitindo a multiplicação viral Figura 2 Figura 1 Dogma central da biologia molecular amplamente adotado pela comunidade científica há muitos anos Nessa concepção o DNA serve como molde para sua replicação e também para a síntese de RNA transcrição que por sua vez contém as informações necessárias para direcionar a síntese de proteína tradução Reguladoras proteínas reguladoras ajudam a regular atividades no organismo Entre elas estão por exemplo hormônios e fatores de transcrição estes atuam ativando ou reprimindo a transcrição de genes HIV Vírus da imunodeficiência humana Infecta células do sistema imunológico de defesa o que faz com que os indivíduos não tratados tornemse mais suscetíveis a outras infecções Figura 2 Representação esquemática da transcrição reversa A transcriptase reversa enzima presente em retrovírus é capaz de utilizar o RNA do genoma viral como molde para a síntese de DNA dentro da célula hospedeira Nesta figura são representadas as etapas 1 e 2 entrada do retrovírus na célula hospedeira 3 liberação do material genético e da enzima transcriptase reversa no citoplasma 4 síntese de DNA a partir do RNA viral 5 integração do DNA produzido ao genoma da célula hospedeira Alguns outros vírus como os rotavírus são capazes de reali zar a síntese de RNAm a partir de dsRNA do inglês double stranded RNA RNA dupla fita que é o genoma deste tipo de vírus isto é produzse RNA sem que um DNA seja utiliza do como molde pois eles têm uma enzima especial a polime rase do RNA dependente de RNA nos rotavírus chamada de VP1 proteína viral 1 Figura 3 Já os coronavírus como SarsCoV2 que causa Covid19 têm genoma baseado em RNA de uma fita ssRNA fita simples de sentido positivo porém durante a interação com o hospedeiro há a produção de intermediários de replicação viral baseados em dsRNA Figura 3 Transcrição a partir de dsRNA em rotavírus Os rotavírus utilizam uma polimerase de RNA dependente de RNA VP1 proteína viral 1 para produzir RNA sem que DNA seja utilizado como molde Perceber que o molde utilizado é o dsRNA presente no genoma viral Rotavírus vírus de transmissão fecaloral que causa gastroenterite sendo umas das principais causas de diarreia grave em crianças Uma especificidade desse tipo de vírus é seu material genético constituído por RNA de dupla fita dsRNA Polimerase do RNA é uma enzima que atua na síntese de RNA a partir de um molde de DNA Coronavírus família diversa de vírus com genoma baseado em RNA fita simples da qual faz parte o SARSCoV2 vírus que causou a pandemia de COVID19 a partir de 2019 ssRNA material genético constituído por RNA de cadeia simples e sentido positivo Sentido positivo significa que o RNA genômico atua diretamente como RNA mensageiro e é traduzido pelos ribossomos da célula hospedeira Já os vírus de RNA de sentido negativo ssRNA não podem ter seu genoma diretamente traduzido pois o RNA genômico é complementar ao RNA que é traduzido Os vírus ssRNA são os mais abundantes do planeta exemplos vírus da hepatite C da dengue MERS SARS CoV2 e os rinovírus que causam o resfriado comum Genética na Escola ISSN 19803540 Sociedade Brasileira de Genética 199 Percebese portanto que apesar de os vírus serem estruturalmente menos complexos que outros organismos há uma multiplicidade de processos possíveis para que ocorra a replicação de seu genoma e síntese de suas proteínas a depender do tipo de vírus Também já foi observada a tradução direta do DNA para proteína sem um RNA intermediário porém em ambiente artificial in vitro usando ribossomos de extratos de bactérias Vale ressaltar que esse fenômeno nunca foi observado espontaneamente na natureza Contudo o armazenamento e a transmissão da informação para produção de proteínas não são as únicas funções das moléculas de DNA e RNA O DNA também pode servir de molde para a transcrição de moléculas funcionais de RNA que não são traduzidas em proteínas Atualmente dividese os RNAs em RNAm RNAs mensageiros e RNAs não codificadores RNA nc do inglês non codingRNAs Figura 4 Os RNAm são os que contêm a sequência codificadora para síntese de proteínas e já tinham sido previstos no modelo unidirecional do dogma central da biologia molecular Os RNAnc são divididos em várias classes descritas na Tabela 1 Figura 4 Transcrição e tradução em eucariotos e algumas classes de RNA Na transcrição é produzido o RNAm a partir de informações contidas no DNA Na tradução o RNAm orienta a síntese de proteínas Note a presença do RNAt RNA transportador e dos ribossomos que são formados por RNAr RNA ribossômico O RNAt e o RNAr são RNAs funcionais não codificadores de proteínas isto é não contém a sequência de códons para produção da cadeia polipeptídicaproteína mas têm papéis importantes no processo de tradução Cabe dizer também que em procariotos ambos os processos transcrição e tradução ocorrem no citoplasma pois não há membrana nuclear Tabela 1 Classes de RNAnc e suas respectivas funções nt nucleotídeos Splicing processo de maturação do préRNAm em RNAm por meio do qual ocorre a retirada de introns e junção de éxons Fatores de transcrição proteínas importantes para o início e para o controle reprimindo ou impulsionando da taxa de transcrição Elements transponíveis trechos de DNA que se movem dentro do genoma podendo por exempio levar consigo genes promover rearranjos cromossômicos e alterar a expressão de genes vizinhos além de propiciar aumento da variabilidade genética Um exemplo clássico de RNA não codifica dor é o Xist Xinactive specific transcript que faz parte da classe dos RNAlnc Este RNA está envolvido no silenciamento do cromosso mo X em fêmeas de mamíferos placentários Figura 5 Em fêmeas o processo de inativa ção silencia transcricionalmente um dos cro Figura 5 Esquema da inativação do cromossomo X O RNA não codificador Xist atua no silenciamento do cromossomo X em fêmeas Ao observar as células microscopicamente é possível visualizar corpúsculo de Barr na periferia do núcleo que corresponde ao X inativo O processo de inativação é aleatório de maneira que algumas células têm o X materno inativo e as demais o paterno mossomos X do par exceto por alguns genes que permanecem ativos especialmente aque les mapeados nas chamadas regiões pseu doautossômicas O mecanismo de inativação permite uma equivalência de dosagem entre machos e fêmeas para a expressão da maioria dos genes do cromossomo X Pseudoautossômicas são sequências homólogas entre os cromossomos sexuais X e Y localizadas nas extremidades de seus braços curtos e longos chamadas de PAR1 e PAR2 Tais regiões estão presentes unicamente nos cromossomos X e Y que pareiam entre si durante a meiose permitindo a ocorrência de recombinação A escolha do cromossomo X a ser inati vado é aleatória de forma que algumas células terão o X paterno ativo e outras o X materno Ao observar as células ao mi croscópio é possível visualizar o X inativo na periferia do núcleo como uma estrutura condensada à qual se dá o nome de corpús culo de Barr Após o processo de inativação no início do desenvolvimento embrionário há a manutenção da inativação do mesmo cromossomo X nas célulasfilhas Des sa forma uma fêmea de mamíferos é um mosaico quanto à expressão de genes do cromossomo X algumas células do orga nismo têm X materno ativo e outras o X paterno Genética na Escola ISSN 19803540 Sociedade Brasileira de Genética 201 Tendo claro que as instruções contidas no DNA não se limitam à função de produção proteica atualmente o conceito de gene não abrange apenas sequências codificadoras mas também as que orientam a síntese de RNAs funcionais RNAnc Em eucariotos o tamanho de um gene não é rigidamente proporcional ao tamanho da proteína A distrofina e a titina são proteínas presentes principalmente nos músculos O gene da dis trofina DMD é um dos maiores da nossa espécie com aproximadamente 22 Mb isto é 2200000 pb dois milhões e duzentos mil pares de bases o que corresponde a cerca de 007 do genoma humano Por ser tão gran de estimase que o processo de transcrição requer 16 horas Por outro lado o gene da titina TTN embora seja menor 2814 Kb produz uma proteína maior 35991 aminoácidos do que a proteína distrofina de 3685 aminoácidos Por que essa discrepância na relação entre o tamanho do gene e o tamanho da proteína Para entender isso é preciso comparar as re giões codificadoras CDS do inglês coding sequence que dão origem a cada uma dessas proteínas Mas o que é região codificadora Para compreender esse conceito vamos preci sar entender o splicing do RNAm Figura 6 Figura 6 Transcrição processamento de RNAm e tradução Após a retirada dos íntrons em um processo denominado splicing o RNAm passa a ser formado pelas regiões exônicas As extremidades do RNAm maduro denominadas regiões UTR do inglês unstranslated regions não são codificadoras de proteína A sequência que orienta a construção da cadeia peptídica no processo de tradução está contida na região de codificação CDS Antes de se tornarem RNAm os trans critos de genes codificadores de proteínas são chamados transcritos primários ou préRNAm Um dos principais eventos do processamento de préRNAm é a excisão de íntrons e união dos éxons porém nem todo o RNAm resultante desse processamento é traduzido em proteína O início da tradu ção se dá pela presença de uma trinca de nucleotídeos com sequência AUG que co difica o aminoácido metionina O segmen to de RNAm anterior ao primeiro AUG é chamado de 5UTR do inglês untranslated region região não traduzida Também há uma região não traduzida na extremida de 3 a chamada 3UTR que corresponde ao segmento posterior ao códon de parada UAA UAG ou UGA No RNAm a re gião codificadora fica entre as regiões UTR Cabe dizer ainda que as regiões UTR po dem envolver apenas o éxon inicial e o final mas podem envolver também mais éxons a depender da localização do primeiro AUG e do códon de parada Kb quilobases mil pares de bases CONCEITOS EM GENÉTICA 202 Genética na Escola Vol 16 Nº 2 2021 Tendo entendido o conceito de região co dificadora comparando o tamanho dessa região nos transcritos da distrofina e da ti tina Tabela 2 percebese que apesar de o gene da distrofina ser muito maior que o da titina 22 Mb contra 281Kb a região co Tabela 2 Informações sobre tamanhos da sequência do gene no DNA da região codificadora e da proteína da distrofina titina e insulina humanas CDS região codificadora Mb megabases um milhão de pares de bases Kb quilobases mil pares de bases nt nucleotídeos aa aminoácidos Figura 7 Modificações póstraducionais para produção da insulina Perceba que é inicialmente traduzida a cadeia polipeptídica chamada de prépróinsulina com 110 aminoácidos mas ocorrem modificações que retiram trechos dessa cadeia primeiro o peptídeo sinal e depois a cadeia C resultando no hormônio insulina de apenas 51 aminoácidos dificadora da titina é quase dez vezes maior que o da distrofina e isso significa que apenas uma pequena porcentagem da sequência do gene da distrofina é codificadora O gene da distrofina tem muitos íntrons e esses introns são muito grandes Outro evento que pode alterar considera velmente o tamanho de uma proteína são alterações póstraducionais A proteína in sulina madura por exemplo passa por essas alterações Figura 7 A região codificadora do gene da insulina leva à produção de uma cadeia peptídica de 110 aminoácidos corres pondente à prépróinsulina Durante o pro cesso de maturação ela sofre duas quebras promovidas por enzimas específicas que levam à retirada do peptídeo sinal e da ca deia C Dessa forma a insulina madura tem apenas 51 aminoácidos correspondentes às cadeias A e B Gene CDS Proteína DMD distrofina 22 Mb 11058 nt 3685 aa TTN titina 2814 Kb 107976 nt 35991 aa INS insulina 14 Kb 333 nt 51 aa Alterações póstraducionais eventos de processamento que mudam as propriedades das proteínas por clivagem quebra ou por adição de um grupo químico a um ou mais aminoácidos Genética na Escola ISSN 19803540 Sociedade Brasileira de Genética 203 A insulina é responsável pela redução da glicemia ao promo ver a entrada de glicose nas células Hoje se sabe também que o peptídeo C cumpre algumas funções fisiológicas tais quais é um antiinflamatório antioxidante antiapoptótico tem atuação na melhora do fluxo sanguíneo e na bomba de sódio e potássio Assim sendo alterações póstraducionais na pré próinsulina levam à formação de duas proteínas importantes menores que a cadeia polipeptídica precursora a insulina e o peptídeo C O número de genes não é proporcional à complexidade do organismo O Projeto do Genoma Humano foi um empreendimento in ternacional que aconteceu entre 1990 e 2003 e contou com pesquisadores de 18 países Tinha como objetivo determinar a sequência nucleotídica completa do genoma humano além do mapeamento e identificação de seus genes No início do proje to estimavase que o genoma humano teria cerca de 100000 cem mil genes O raciocínio era baseado em uma ideia sim ples cada gene produz uma proteína e quanto mais genes maior a complexidade do organismo por isso esperavam que o ser humano tivesse mais genes que outros organismos para os quais o genoma era razoavelmente conhecido no entanto era equivocado esse raciocínio Surpreendentemente chegouse a um número total de genes do genoma humano muito inferior a 100000 o que estava abaixo das expectativas De acordo com dados atuais do En sembl o genoma humano tem cerca de 20500 genes que co dificam proteínas e outros 24000 genes não codificadores ou seja que contêm instruções para síntese de RNAs funcionais De acordo com dados atuais do UniProt nossa espécie tem pouco mais de 75500 proteínas Mas por que temos mais pro teínas do que genes codificadores de proteínas em humanos Há mais de um motivo na verdade O primeiro deles são as alterações póstraducionais das quais já tratamos aqui Vol tando ao exemplo da insulina perceba que após a tradução ocorrem modificações na cadeia polipeptídica inicial e o resul tado é a produção de duas proteínas derivadas a insulina e o peptídeo C Outro mecanismo que contribui para termos mais proteínas que genes codificadores de proteínas em humanos é um evento de nome splicing alternativo que já era conhecido desde o iní cio da década de 1980 Para entender o mecanismo de splicing alternativo é necessária a explicação de como é a expressão da calcitonina da catacalcina e do CGRP a partir do gene CALCA Figura 8 Antioxidante um antioxidante é uma molécula capaz de inibir a oxidação de outras moléculas A oxidação é um tipo de reação na qual ocorre a perda de elétrons de uma determinada molécula Embora as reações de oxidação sejam importantes em algumas vias biológicas elas têm potencial de produzir radicais livres que por sua vez são moléculas muito reativas que em excesso podem ser danosas ao organismo Antiapoptótico a apoptose é um tipo de morte celular programada um suicídio celular Como consequência evita que células com problemas comprometam o funcionamento adequado do organismo Mecanismos apoptóticos favorecem a entrada em apoptose enquanto mecanismos antiapoptóticos a evitam Bomba de sódio e potássio proteína localizada na membrana plasmática cuja atividade utiliza a energia proveniente da degradação do ATP adenosina trifosfato em ADP adenosina difosfato para transportar íons de sódio e potássio entre os ambientes intracelular e extracelular sempre contra o gradiente de concentração isto é do ambiente de menor para o de maior concentração Glicemia concentração de glicose no sangue Ensembl é um Genome Browser isto é um navegador que permite o acesso a inúmeros bancos de dados disponíveis online com informações genômicas de diversas espécies O Ensembl original lançado em 1999 em resposta à iminente conclusão do Projeto do Genoma Humano concentravase apenas em genomas de vertebrados Desde 2009 há também portais específicos online do Ensembl para metazoa plantas fungos bactérias e protistas UniProt banco de dados disponível online com informações de sequências de aminoácidos nas proteínas e suas funções Calcitonina produzida pela tireoide é um hormônio peptídico que diminui a concentração de cálcio no sangue e aumenta sua fixação nos ossos Catacalcina peptídeo produzido na tireoide que atua na redução de cálcio no sangue CGRP peptídeo produzido por neurônios e tem diversas funções é vasodilatador dilatador de vasos sanguíneos atua na transmissão de sinais de dor ao cérebro e na regeneração do tecido nervoso após lesão A sigla significa peptídeo relacionado ao gene da calcitonina do inglês calcitonin gene related peptide CONCEITOS EM GENÉTICA 204 Genética na Escola Vol 16 Nº 2 2021 Figura 8 A expressão do gene CALCA envolve eventos de splicing alternativo tecidoespecífico e modificações póstraducionais resultando em três produtos proteicos diferentes O splicing na tireoide não ocorre da mesma maneira que em neurônios Perceba as diferenças no conteúdo exônico do mRNA da tireoide e de neurônios Além disso o precursor proteico traduzido na tireoide passa por alterações póstraducionais representadas pelas tesouras e resulta em dois produtos calcitonina e catacalcina enquanto o de neurônios forma apenas o CGRP após alterações póstraducionais O gene CALCA tem seis éxons A transcri ção deste gene na tireoide seguida de pro cessamento com excisão de íntrons splicing resulta em um RNAm maduro contendo apenas os éxons 1 2 3 e 4 Já nos neurônios o RNAm maduro contém os éxons 1 2 3 5 e 6 A esse fenômeno dáse o nome de splicing alternativo em que RNAs com conteúdos exônicos diferentes são formados transcri tos diferentes O mecanismo ocorre durante o processamento de préRNAm em RNAm maduro No caso específico do gene CALCA o RNAm formado na tireoide dá origem a uma cadeia polipeptídica precursora que sofre uma série de alterações póstraducionais e origina duas proteínas a calcitonina e a catacalcina Já o RNAm formado em neurônios dá origem a uma cadeia polipeptídica que também sofre alterações póstraducionais produzindo ape nas o CGRP ou seja a partir do gene CALCA há a síntese de três produtos proteicos graças a dois mecanismos aqui tratados splicing alter nativo e alterações póstraducionais O splicing alternativo permite que um único préRNAm tenha diversas possibilidades de splicing aumentando consideravelmente o número possível de produtos proteicos Entretanto esse mecanismo de splicing e as alterações póstraducionais não são os úni cos a contribuir para que haja uma enorme diversidade de proteínas sintetizadas por cada genoma eucarioto com número que pode ser inclusive superior ao de genes como em humanos Outro mecanismo im portante é a existência de sítios alternati vos de início da transcrição Nos genomas de humanos por exemplo mais de 50 dos genes têm sítios alternativos de início da transcrição sendo em média quatro por gene Mas como esse mecanismo funciona Para entendermos é preciso saber que a transcri ção de um gene em organismos eucariotos é altamente controlada Cada gene possui regiões regulatórias nas quais estão pre sentes sequências específicas que contro lam a transcrição Uma dessas sequências é a região promotora que como o nome já diz ajuda a promover a transcrição do gene funcionando como um local de montagem de um complexo proteico formado por po limerase do RNA e fatores de transcrição O sítio de início da transcrição correspon de ao primeiro nucleotídeo transcrito co mumente chamado de 1 Figura 9 Genética na Escola ISSN 19803540 Sociedade Brasileira de Genética 205 Figura 9 Estrutura gênica com sítio de início da transcrição 1 que é o primeiro nucleotídeo transcrito A polimerase do RNA reconhece a região promotora do gene mas só inicia sua transcrição a partir do sítio 1 A depender da localização do promotor um mesmo gene pode ter mais de um pro motor a posição do sítio 1 pode variar originando diferentes transcritos por gene Figura 10 Assim sendo a chave da complexidade hu mana provavelmente não está no número de Figura 10 Sítios alternativos de início da transcrição Perceber que o início da transcrição pode variar em um mesmo gene gerando RNAs mensageiros maduros diferentes e consequentemente proteínas diferentes genes mas em como as sequências gênicas são usadas como módulos para construir diferentes produtos Mecanismos como alte rações póstraducionais processos alternati vos de splicing e múltiplos sítios de início de transcrição contribuem para a ampla gama de possibilidades na produção de proteínas Dessa forma não é tão surpreendente que de acordo com dados atuais do Ensembl o zebrafish Danio rerio peixe paulistinha tenha aproximadamente 5000 cinco mil genes codificadores de proteínas a mais que os humanos ou que o tomate Solanum lyco persicum tenha cerca de 14000 quatorze mil genes codificadores de proteína a mais que os humanos E também que o milho apresente cerca de 19000 dezenove mil a mais Já o verme Caenorhabditis elegans tem números próximos de genes codificadores e não codificadores de proteínas em relação aos humanos Figura 11 CONCEITOS EM GENÉTICA 206 Genética na Escola Vol 16 Nº 2 2021 Figura 11 Número de genes codificadores e não codificadores de proteínas em diferentes espécies de eucariotos Obs gráfico com informações dos bancos de dados Ensembl baseadas no conhecimento científico atual Consulta em 08062020 que está sujeito a atualizações Financiamento os autores são gratos às agências de fomento CAPES CNPq e FAPESP Ilustrações As figuras foram produzidas pelos autores utilizando recursos Mind the Graph httpswwwmindthegraphcom e Servier Medical Art httpssmartservier com respeitando as condições de seus ter mos de uso Para saber mais STRACHAN T READ A Genética molecular hu mana 4ª edição Porto Alegre Artmed 2013 MCCARTHY B J HOLLAND J J Denatured DNA as a direct template for in vitro protein syn thesis Proc Natl Acad Sci v 54 n 3 p 880886 1965 NCBI Gene Disponível em httpswwwncbinlm nihgovgene Ensembl genome browser Disponível em https wwwensemblorg Ensembl plants Disponível em httpsplantsensem blorg Ensembl protists Disponível em httpsprotistsen semblorg Ensembl fungi Disponível em httpsfungiensembl org Ensembl metazoa Disponível em httpsmetazoa ensemblorg UniProt Disponível em httpswwwuniprotorg Os dados do gráfico Figura 11 evidenciam que a complexidade de um organismo tal qual era entendida não pode ser diretamen te avaliada a partir do número de genes em seu genoma uma vez que há um amplo re pertório de mecanismos reguladores inter mediários entre o gene e o produto de sua expressão Genética na Escola ISSN 19803540 Sociedade Brasileira de Genética 207 Revisitando o Dogma Central a relação entre genes e proteínas Revista Genética na Escola v 16 nº 2 2021 Autores do Artigo Felipe Tadeu Galante Rocha de Vasconcelos Igor Neves Barbosa Laura Machado Lara Carvalho Lucas Santos e Souza Ana Cristina Victorino Krepischi ISSN 19803540 O dogma central da biologia molecular consiste nos processos de replicação e transcrição do ácido desoxirribonucleico DNA e tradução do ácido ribonucleico RNA enfatizando as funções e a interações das enzimas implicadas nesses processos bem como os produtos advindos desses processos Esse dogma foi proposto pelos mesmos cientistas que propuseram o modelo da dupla hélice de DNA Francis Crick e James Watson Imagem 1 Dogma central da biologia molecular O DNA pode sofrer o processo de replicação no qual ele é o molde para criar a nova fita Ao mesmo tempo ele pode ser utilizado no processo de replicação no qual ele é transcrito em uma fita de RNA e após isso traduzido em uma molécula de proteína O modelo consiste basicamente nas etapas explicitadas pela imagem 1 O processo de replicação mostra como a informação é transportada de uma célula para outra No momento em que antecede as divisões celulares na fase S da interfaseocorre a replicação do DNA de modo que as células filhas recebem todas as informações contidas na célula original Esse processo possibilita uma quantidade de erros muito baixa o que explica a precisão na passagem da informação de uma célula para outra a enzima responsável pela síntese de DNA é conhecida como DNA polimerase esta não pode iniciar a síntese de uma nova molécula de DNA por si só ela apenas adiciona novos nucleotídeos uma pequena cadeia preexistente conhecida como primer A função de todos os genes é reproduzir uma cadeia polipeptídica isto é uma proteína no entanto em eucariotos sabemos que o DNA se encontra no núcleo das células enquanto a síntese proteica se dá no citoplasma Uma vez que o DNA não pode sair do núcleo para dirigir a síntese proteica no citoplasma o DNA transfere suas informações para moléculas de RNA as quais atravessam a membrana nuclear para comandar a síntese proteica no citoplasma Esse processo de transferência de informações do DNA para o RNA chamase transcrição Ao contrário do que ocorre no processo de replicação do DNA a transcrição não é feita ao longo de todo o comprimento da molécula de DNA mas sim de genes individuais ou grupos de genes seletivamente escolhidos pelas as enzimas de transcrição a qual é chamada de RNA polimerase Essa enzima se acopla à determinada região da molécula de DNA a ser transcrita o sítio promotor A síntese de moléculas de RNA se dá pela incorporação de nucleotídeos os quais são complementares aos nucleotídeos de uma cadeia do DNA essa cadeia transcrita dáse o nome de cadeia molde ou anti senso Esse processo ocorre até que um ponto de terminação seja encontrado Portanto o mRNA é uma cópia fiel da mensagem genética codificada no DNA e após ser transportado para o citoplasma ele está pronto para ser traduzido em uma cadeia polipeptídica Para que esse processo possa ser entendido é necessário que compreendamos como a informação hereditária é codificadacom isto foi necessário levantar a hipótese de um código genético no qual era necessário indicar que a informação escrita com quatro letras ou seja quatro pares de nucleotídeos do DNA formaria um dicionário contendo 20 aminoácidos de proteínas uma vez que toda cadeia polipeptídica é constituída por no máximo 20 aminoácidos diferentes No artigo foi questionado a seguinte indagação Será que o ser humano tem mais genes do que organismos menos complexos como um verme ou um tomate Será que o tamanho das proteínas é proporcional ao de seus respectivos genes E o que faltava ao dogma central da biologia molecular quando foi proposto Essas informações podem ser respondidas facilmente a partir da leitura do artigo Portanto a primeira indagação do artigo Será que o ser humano tem mais genes do que organismos menos complexos como um verme ou um tomate pode ser respondida com um talvez antigamente pensávamos que a quantidade de DNA em um genoma tinha uma correlação positiva com a complexidade de um organismo ou seja quanto mais complexa fosse uma espécie mais DNA era necessário para armazenar aquelas informações que seriam traduzidas em fenótipos hierarquicamente mais complexos porém observamos hoje que essa relação é errônea Organismos como axolote Ambystoma mexicanum uma salamandra mexicana possui 32 bilhões de pares de bases 10 vezes mais que o nosso genoma Por exemplo o genoma humano possui 32 bilhões de pares de bases 20500 genes que codificam proteínas e outros 24000 genes não codificadores e 75500 proteínas produzidas a partir dos 20500 genes codificantes Percebemos que temos mais proteínas do que genes codificantes isso se dá através do splicing alternativo esse processo é o resultado de formas alternativas de produzir uma proteína a partir de um único RNA mensageiro nos quais são selecionados éxons diferentes para participar da formação de uma proteína específica Outro motivo para ter mais proteínas do que genes codificantes são os sítios alternativos de início da transcrição Inicialmente é necessário entender que cada gene possui regiões regulatórias as quais possuem uma região promotora essa irá orientar a formação de uma estrutura proteica complexa na qual irá transcrever a região gênica em pré mRNA Portanto o que pode acontecer de alternativo a isto é um gene possuir mais de um sítio promotor e consequentemente iniciar transcrição em regiões gênicas diferentes O segundo argumento Será que o tamanho das proteínas é proporcional ao de seus respectivos genes foi respondido no parágrafo anterior Portanto concluímos que a resposta é negativa uma vez que éxons no pré mRNA podem ser excluídos na formação de uma proteína e considerando ainda que um gene transcrito em pré mRNA possui íntrons os quais são obrigatoriamente eliminados no processamento para mRNA Concluindo que uma proteína portanto nunca será maior proporcionalmente que os seus respectivos genes Para o último questionamento realizado no início da apresentação do artigo E o que faltava ao dogma central da biologia molecular quando foi proposto a resposta seria novamente negativa uma vez que algumas rotas proposto pelo Dogma Central Imagem 1 está incompleta já que atualmente conhecemos que alguns vírus realizam rotas que fazem a transcrição reversa a qual um DNA é formado a partir de um RNA quebrando o paradigma da unidirecionalidade proposta pelo Dogma Central Um outro ponto importante também é que o Dogma Central dita que um RNA é formado apenas pela transcrição de uma molécula de DNA e atualmente é reconhecido que alguns vírus sintetizam RNA a partir de um outro RNA os chamados de RNA dupla fita dsRNA Portanto embora existam organismos que não sejam estruturalmente tão complexos existem muitos processos possíveis de replicação do genoma e síntese de proteínas E assim concluímos que o Dogma Central apesar de ser utilizado como base no entendimento da relação gênica com o RNA e as proteínas satisfatória se utilizarmos de uma forma superficial pois se aprofundarmos um pouco mais nos conhecimento de genética iremos entender que alguns pontos estão erroneamente explicitados neste dogma uma vez que ele não é unidirecional Se surgir alguma dúvida ou necessitar de alguma correção rafaelnovaism 26 Publicações 1279 Seguidores 1368 Seguindo Rafael Novais de Miranda Eng Agrônomo UFU Doutorando Genética e Melhoramento de Plantas UFLA Uberlândia UFU Lavras UFLA