Crescimento e renovação celular

DNA e RNA – polímeros constituídos por nucleótidos constituídos por:

·         pentose – desoxirribose no DNA e ribose no RNA;

·         grupo fosfato;

·         base azotada – no DNA: (A)denina, (T)imina, (C)itosina e (G)uanina e no RNA: adenina, (U)racilo, citosina e guanina.

Segundo Watson e Crick (1953), a molécula de DNA é formada por duas cadeias polinucleótidas com sentidos de crescimento contrários e dispostas helicoidalmente. Esta dupla hélice mantém-se unida devido à complementaridade das bases azotadas ligadas por pontes de hidrogénio. A adenina do nucleótido de uma cadeia emparelha com a timina de um nucleótido da outra cadeia e a citosina emparelha sempre com a guanina.

A molécula de RNA é constituída por uma cadeia polinucleótida simples, que pode dobrar sobre si própria quando se estabelecem pontes de hidrogénio entre as bases complementares. Tipos de RNA: mRNA (mensageiro), tRNA (transporte/transferência) e rRNA (ribossómico). Sintetizado no núcleo, o RNA migra para o citoplasma, onde desempenha a sua função. O DNA permanece no interior do núcleo, assim como em mitocôndrias e cloroplastos.

Replicação semiconservativa do DNA

O DNA pode replicar-se (criar cópias de si mesmo), assegurando a produção de células geneticamente idênticas como a passagem da informação genética de geração em geração, em todos os organismos.

A replicação dá-se no núcleo das células dos eucariontes e no citoplasma dos procariontes. Um complemento enzimático liga-se à molécula do DNA, a DNA-polimerase, que desfaz a dupla hélice e destrói as pontes de hidrogénio, provocando à medida que passa, a separação das duas cadeias antiparalelas. À medida que as duas cadeias se separam, a DNA-polimerase vai ligando a cada uma das cadeias os nucleótidos complementares, de acordo com a complementaridade das bases azotadas. A cadeia nucleotídica antiga serve assim de base à nova cadeia antiparalela que se vai formando – replicação semiconservativa. No fim, obtém-se duas moléculas de DNA exactamente iguais.

Síntese proteica

            O DNA regula a actividade das células através do controlo da produção das proteínas.

            As proteínas são o resultado da ligação linear de aminoácidos por ligações peptídicas, evoluindo depois para uma forma tridimensional funcional.

            A parte de DNA que contém a informação para a síntese de uma dada proteína chama-se gene.

            A quantidade dos genes precisos para o desenvolvimento e formação de um organismo completo constitui o genoma. Nos eucariontes, o DNA está ligado a proteínas, constituindo estruturas filamentosas, os cromossomas, localizados no núcleo das células.

Transcrição

            Ocorre no interior do núcleo com a síntese de uma molécula de mRNA a partir da leitura da informação de uma molécula de DNA.

            Um complexo enzimático liga-se à molécula de DNA, a RNA-polimerase, que inicia a síntese de uma molécula de mRNA, de acordo com a complementaridade das bases azotadas. Quando termina a leitura, a molécula de mRNA separa-se da cadeia do DNA, reconstituindo-se a dupla hélice desta molécula.

            Nem todas as sequências da molécula de DNA codificam aminoácidos. Ao mRNA transcrito são retiradas porções não correspondentes a aminoácidos (intrões), ficando a molécula mais curta e apenas constituída por sequências que codificam os aminoácidos das proteínas (exões). A informação necessária para codificar um aminoácido é constituída por três nucleótidos – codão.

            Na molécula de mRNA, cada codão corresponde à transcrição de um codogene do DNA.

Tradução

            A tradução ocorre no citoplasma e consiste na leitura da mensagem do mRNA proveniente do núcleo através dos poros do invólucro nuclear, resultando a produção de uma sequência de aminoácidos que irá constituir a proteína.

            Síntese proteica: mRNA do interior do núcleo, ribossomas, tRNA, enzimas (controlo das reacções de síntese), ATP (energia). O tRNA possui 3 nucleótidos – anticodão – que se liga ao codão e permite a adição do aminoácido específico à cadeia polipeptídica em formação. Resultando assim, uma sequência de aminoácidos devido a transformações sofridas posteriormente no retículo endoplasmático rugoso e complexo de Golgi se torna numa proteína funcional capaz de desempenhar as suas funções, conferindo à célula que a produziu uma dada característica.

            Produção de múltiplas cópias da mesma sequência de aminoácidos:

·         A mesma sequência de DNA, que contém o gene que está a ser transcrito para o mRNA, pode ser lida repetidamente pela RNA-polimerase, resultando várias moléculas de mRNA iguais.

·         A mesma molécula de mRNA pode ser lida por vários ribossomas ao longo  do seu comprimento, resultando a síntese de múltiplas cadeias proteicas idênticas. 

Mutação génica

            O material genético sofre alterações espontâneas ou provocadas por factores mutagénicos (radiações e produtos químicos); modificação na informação do gene – mutações génicas – que podem originar novas características prejudiciais nos indivíduos que as possuem (doenças genéticas que podem conduzir à morte) ou conferir vantagem ao indivíduo, ajudando-o a sobreviver no seu meio ambiente.

Ciclo celular

            Uma nova célula surge sempre por divisão de uma célula que existia anteriormente. Esta célula, após um período irá sofrer divisão celular e originar duas células-filhas – nascimento – altura em que a célula que lhe deu origem terminou a sua divisão celular, e dura até ao momento em que, por sua vez, se divide em duas novas células. Às transformações que uma célula sofre desde o seu aparecimento até ao momento em que sofre divisão celular dá-se o nome de ciclo celular.

·         Interfase – final de uma divisão celular e início da divisão celular seguinte; crescimento intenso - síntese proteica; período S – replicação semiconservativa do DNA (duas cópias exactamente iguais do seu DNA), alteração da estrutura dos cromossomas, que passam a possuir dois cromatídeos unidos pelo centrómero. No fim, a célula atingiu o seu volume máximo e produziu todos os componentes necessários para entrar em divisão celular. Células de determinados órgãos quando morrem, não são substituídas por outras.

·         Divisão celular – divisão da célula em células-filhas: conjunto de cromossomas idêntico, em número, tamanho e forma – cariótipo. A divisão celular das células eucarióticas inicia-se pela divisão do núcleo, mitose, seguida da divisão do citoplasma, citocinese.

Mitose e citocinese

            A mitose consiste na divisão celular da qual resulta a formação de dois núcleos exactamente iguais ao da célula que os originou. Decorre em quatro etapas sequenciais: profase, metafase, anafase, telofase.

            Profase – inicia-se com a condensação dos cromossomas, que se vão tornando casa vez mais grossos e curtos. Cada um deles é constituído por dois cromatídios unidos pelo centrómero. Os centríolos (nas células animais) e o citosqueleto (nas células vegetais) organizam o fuso acromático, formado por fibrilas de microtúbulos proteicos. O invólucro nuclear desorganiza-se e os nucléolos desaparecem.

            Metafase – os cromossomas chegam ao máximo da condensação e ligam-se pelo centrómero a algumas fibrilas do fuso acromático. Os cromossomas alinham-se na zona equatorial do fuso acromático com os respectivos centrómeros alinhados, formando a estrutura típica desta etapa – placa equatorial.

            Anafase – o centrómero divide-se e separa-se dos dois cromatídios do mesmo cromossoma, que passam a constituir dois cromossomas independentes.

            Telofase – o invólucro nuclear organiza-se em volta dos cromossomas de cada pólo e os nucléolos aparecem de novo. O fuso acromático desfaz-se e os cromossomas descondensam, tornando-se longos, finos e invisíveis ao microscópio óptico. No final, a célula possui dois núcleos, continuando a divisão do seu citoplasma para originar duas células-filhas.

A citocinese ocorre durante as últimas fases da divisão celular, altura em que se inicia o processo de divisão do citoplasma. Nas células animais, a membrana citoplasmática começa a deslocar-se para o interior do citoplasma, devido à acção de um anel de filamentos proteicos que puxa a membrana para o interior. Este deslocamento dos dois lados da membrana da célula continua até se unirem e se originarem duas células distintas. Nas células vegetais, a presença da parede celular impede a divisão por estrangulamento. A acumulação, na zona equatorial, de vesículas formadas no aparelho de Golgi origina a membrana citoplasmática das duas células; a formação da parede celular ocorre posteriormente.

No fim, uma célula originou duas células com cópias de material genético iguais e com o mesmo número de cromossomas.

A mitose assegura a manutenção das características genéticas. A estabilidade genética é possível porque durante o período S ocorre a replicação semiconservativa do DNA.

A correspondência entre as sequências dos pares de bases de uma molécula de DNA e os aminoácidos da sequência de uma molécula de proteína constitui o código genético. Três pares de bases (tripleto) contêm a informação necessária para adicionar um novo aminoácido à molécula da proteína em formação designa-se por codogene.

A síntese proteica é um fenómeno rápido e complexo que ocorre no interior das células em duas fases: transcrição e tradução.