DNA polimerase (enzima): características e funções - Médico - 2023

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Temos a tendência de sempre tentar encontrar o sentido da vida, geralmente falhando nessa tentativa. Mas os biólogos sabem que, se derrubarmos até mesmo o mais primitivo, a vida terá seu significado em um ponto-chave: o material genético tem a capacidade de se replicar.

DNA é nosso material genético. Nessas longas cadeias de nucleotídeos (ao longo deste artigo iremos analisá-las em profundidade) estão todas as informações de que cada uma das células do nosso corpo precisa para se manter viva e desenvolver suas funções. Portanto, tudo o que somos e tudo o que podemos nos tornar está escrito neste DNA.

Mas de que adiantaria isso sem um mecanismo que permite a geração de novas cópias? Absolutamente nada. A vida é possível porque esse material genético tem a incrível capacidade de se replicar, gerando novas fitas de DNA a partir de um molde. E isso não apenas possibilitou que nossas células se renovassem e se dividissem, mas também foi essencial para a evolução das espécies e a consolidação da vida na Terra. Sem uma maneira de fazer cópias, o DNA é inútil.

Mas esse processo de replicação do material genético não acontece por mágica. E como tudo o que tem a ver com processos químicos que ocorrem dentro da célula, é mediado por enzimas, ou seja, moléculas que catalisam reações bioquímicas. Hoje vamos nos concentrar na DNA polimerase, a enzima que permite a replicação do DNA.

O que entendemos por material genético?

Antes de analisar qual é a enzima que permite sua replicação, devemos entender o que é exatamente o DNA, pois sabemos o que constitui nosso material genético, mas além disso, gera muitas dúvidas. E agora vamos tentar, levando em consideração que é um assunto muito complexo, sintetizá-lo o máximo possível para que seja compreensível.

Para começar, devemos ir para a parte mais interna da célula: o núcleo. Sabemos que toda célula é composta, da parte mais externa à parte mais interna, uma membrana plasmática que serve de fronteira com o exterior, um citoplasma no qual se encontram todas as organelas (estruturas que dão funcionalidade à célula) e moléculas. .necessários que compõem um meio líquido e uma membrana nuclear que define o que é conhecido como núcleo.

Para saber mais: "As 23 partes de uma célula (e suas funções)"

Este núcleo celular é a parte mais interna da célula (vamos pensar na Terra e seu núcleo) e tem o único propósito de armazenar DNA. Nosso material genético, isto é, onde tudo o que somos (e podemos ser) está escrito, é mantido "trancado a sete chaves" no núcleo de nossas células.

E um aspecto chave que às vezes é chocante é que cada uma de nossas células tem o mesmo DNA. Cada célula tem todo o nosso DNA. E dizemos que isso é chocante porque uma célula da epiderme do pé também contém as informações dos neurônios do cérebro. Mas a chave é que a célula, dependendo do tipo, sintetiza apenas os genes de que precisa. Em outras palavras, embora todos tenham o mesmo DNA, a expressão genética seletiva permite a diferenciação celular.

Porque o DNA é, basicamente, um conjunto de genes que são "lidos" por diferentes enzimas, que, dependendo das informações que recebem, vão sintetizar certas proteínas e moléculas, que são o que vão determinar nossa anatomia e fisiologia. Nos genes (e, portanto, no DNA) está toda a informação de que precisamos para viver e funcionar.

Qual é a fita dupla de DNA?

Mas o que exatamente é DNA? Para entendê-lo, vamos introduzir, aos poucos, os seguintes conceitos: ácido nucléico, gene, nucleotídeo e cadeia dupla. Comecemos.

O DNA, que significa ácido desoxirribonucléico, é um tipo de ácido nucléico. Na natureza existem basicamente dois tipos, que diferem dependendo de como são os nucleotídeos que os compõem (mais tarde veremos o que são esses nucleotídeos): DNA e RNA. O DNA é o ácido nucléico que carrega a informação genética, enquanto o RNA é o ácido nucléico que a maioria dos organismos (incluindo nós) usa para a síntese de proteínas, embora os seres vivos mais primitivos também o usem como material genético.

Seja como for, esse ácido nucléico é, em essência, uma sucessão de genes. Os genes são porções do DNA que carregam informações para um processo específico no corpo. Relacionando-se e sendo lidos pelas enzimas que os traduzem em proteínas, os genes são as unidades funcionais do DNA, pois determinam qualquer aspecto de nossa anatomia e fisiologia, desde processos celulares internos até características observáveis como a cor dos olhos, entre outras. milhares de aspectos mais físicos, metabólicos, emocionais e hormonais.

Esses genes, por sua vez, são formados por cadeias de nucleotídeos. E aqui paramos por um momento. Os nucleotídeos são as menores unidades do DNA. Na verdade, o DNA é "apenas" uma sequência de nucleotídeos. Mas quais são eles? Os nucleotídeos são as moléculas que, quando colocadas juntas, carregam toda a informação genética.

São moléculas compostas por um açúcar (no DNA é uma desoxirribose e no RNA uma ribose), uma base nitrogenada (que pode ser adenina, guanina, citosina ou timina) e um grupo fosfato. A chave do nucleotídeo é a base nitrogenada, pois dependendo da série que houver, as enzimas que lêem o DNA darão uma proteína ou outra.

Ou seja, a informação de absolutamente tudo o que somos depende da combinação de apenas quatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina e timina. Nada mais é necessário para que os genes se expressem. Embora talvez ele precise de algo. E aqui entramos no último conceito: a fita dupla de DNA.

Esses nucleotídeos, graças ao grupo fosfato, unem-se para dar origem a uma longa cadeia de nucleotídeos. E podemos pensar que O DNA é este: um longo polímero que forma algo como um colar de nucleotídeos que dão origem a “pacotes” que são genes. Mas estaríamos errados.

E a chave da vida é que o DNA não é formado por uma única cadeia, mas por uma dupla, formando uma hélice. Isso significa que o DNA consiste em uma fita de nucleotídeo que está ligada a uma segunda fita complementar. E por complementar entendemos que, se imaginarmos que em uma das cadeias há uma guanina, na "próxima a ela" haverá uma timina. E se houver uma guanina, na outra haverá uma guanina.Eles sempre seguem esta relação: adenina-timina e guanina-citosina.

Assim, temos duas cadeias unidas formando uma dupla hélice em que cada uma é o “espelho” da outra. Em suma, o DNA é uma dupla cadeia de nucleotídeos que, dependendo de como é a sucessão de bases nitrogenadas, dará origem a uma determinada série de genes.

E em termos de biologia, essas cadeias são conhecidas como fios. E são dois. Um que está na direção 5'-3 'e o outro na direção 3-5'. Isso simplesmente se refere à orientação dos nucleotídeos que compõem a cadeia. Embora não seja a mesma coisa, para entendê-lo poderíamos considerar que na fita 5'-3 'os nucleotídeos olham para cima e, na fita 3'-5', olham para baixo.

Repetimos: esta comparação não é científica, mas nos ajuda a entender a diferença. O importante é levar em consideração que cada cadeia segue em uma direção diferente e que na hora de se replicar, ou seja, fazer cópias do DNA (acontece constantemente para dividir as células), essas duas fitas se separam, ou seja, eles quebram seus links. E é aqui que a DNA polimerase finalmente entra em jogo..

Replicação e DNA polimerase

O processo de replicação do DNA é um dos fenômenos biológicos mais incríveis da natureza. E é porque existe uma enzima que o torna assim. E é que a DNA polimerase é a enzima com a função de fazer cópias das duas cadeias de DNA da célula, que, lembre-se, se separaram.

Cada um serve como modelo para gerar uma nova cadeia. Assim, depois de "passar pelas suas mãos", haverá duas moléculas de DNA (duas fitas duplas). E cada um deles terá uma vertente "velha" e uma "nova". Mas esse processo deve ser muito rápido e ao mesmo tempo eficaz, já que a informação genética deve permanecer intacta durante a divisão da célula.

E em termos de eficiência, poucas coisas superam a DNA polimerase. Essa enzima sintetiza uma nova fita de DNA a partir do molde a uma taxa de 700 nucleotídeos por segundo (lembre-se de que a fita de DNA é basicamente um polímero, ou seja, uma sucessão de nucleotídeos) e está errada apenas em 1 em 10.000.000.000 nucleotídeos. Ou seja, para cada vez que você coloca um nucleotídeo que não é, você coloca 10.000.000.000 correto. Não há máquina ou computador com uma margem de erro tão baixa.

Mas, por mais irônico que possa parecer, é precisamente este 1 em 10.000.000.000 que permitiu a evolução das espécies. E é que quando a DNA polimerase comete um erro, ou seja, coloca um nucleotídeo que não toca (por exemplo, uma guanina onde deveria ir uma adenina), dá origem a um gene ligeiramente diferente. Isso normalmente não afeta a proteína para a qual codifica, mas há momentos em que pode ter um impacto.

E quando há uma mudança no gene, o mais normal é que resulte em uma proteína disfuncional. Mas em uma pequena porcentagem dos casos, essa falha da DNA polimerase faz com que o organismo portador da mutação se adapte melhor ao meio ambiente, então esse "erro" será passado de geração em geração. Se passamos das bactérias unicelulares até o aparecimento dos humanos, é porque A DNA polimerase está errada. Se fosse perfeito, não haveria evolução.

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Mas como funciona a DNA polimerase? Na hora de replicar o material genético e as duas fitas de DNA se separam, essas enzimas chegam ao local, que se ligam aos nucleotídeos da fita de DNA.

Essa enzima atua basicamente captando do meio ambiente os chamados desoxirribonucleotídeos trifosfato (dNTP), moléculas que a célula sintetiza e que seriam como as partições para construir uma casa, que no caso é uma nova cadeia de DNA.

Seja como for, o que essa enzima faz é ler qual base de nitrogênio está na cadeia padrão e, dependendo do que houver, adiciona um dNTP ou outro na extremidade 3 'da cadeia. Por exemplo, se ele vir que há uma adenina, ele adicionará uma timina à nova cadeia. Por meio dos links, a DNA polimerase sintetiza uma nova cadeia complementar ao molde. Ao terminar, você obtém uma dupla hélice novamente.

Dissemos que a diferenciação 5'-3 'e 3-5' era importante porque a DNA polimerase só é capaz de sintetizar a fita de DNA na direção 5'-3 '. Portanto, com uma das duas cadeias que você tem que sintetizar, não há problema, pois o faz continuamente.

Mas para o outro (aquele que precisaria ser sintetizado na direção 3'-5 '), tem que ser feito de forma descontínua. Isso, sem ir muito fundo, significa que a síntese ocorre na direção normal da DNA polimerase (de 5 'para 3'), mas ao fazê-lo "ao contrário", fragmentos são formados (conhecidos como fragmentos de Okazaki) que então eles são unidos sem maiores complicações por outra enzima: ligase. O processo é mais complicado, mas não acontece mais devagar.

Outro aspecto importante da DNA polimerase é que ela não pode começar a sintetizar uma nova fita "do nada". Você precisa do que é conhecido como cartilha ou, em inglês, cartilha. Este primer consiste em alguns nucleotídeos que constituem o início da nova fita e que permanecem intactos após a separação das duas fitas.

Apesar de ser um fragmento “antigo”, isso não importa, pois são apenas alguns pequenos nucleotídeos que dão à DNA polimerase um substrato ao qual ela pode se ligar e, assim, iniciar a síntese da nova cadeia. Como já dissemos, a nova molécula de DNA consiste em uma fita velha e uma nova. Isso significa que a replicação do DNA recebe o nome de semiconservador, já que uma cadeia da geração anterior é sempre mantida.

Referências bibliográficas

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