Ácidos nucléicos

Paralelamente à investigação dos mistérios dos átomos por parte dos físicos, os bioquímicos e os especialistas em genética aprofundaram-se nos segredos da matéria viva até descobrirem que a atividade desta é regida por moléculas extraordinariamente complexas em sua estrutura e notáveis por suas propriedades: os ácidos nucléicos, que constituem a base da herança biológica.

Os ácidos nucléicos são as substâncias responsáveis pela transmissão da herança biológica: as moléculas que regem a atividade da matéria viva, tanto no espaço (coordenando e dirigindo a química celular por meio da síntese de proteínas) como no tempo (transmitindo os caracteres biológicos de uma geração a outra, nos processos reprodutivos).

Composição e natureza química. Já no segundo quartel do século XIX o cientista suíço Friedrich Miescher isolou uma substância procedente dos núcleos celulares, à qual chamou nucleína, que passou a ser chamada mais tarde de ácido nucléico, por seu forte grau de acidez. Mas só quando já ia avançado o século XX demonstrou-se que essa substância era na realidade o suporte da herança dos caracteres nos seres vivos. Em 1944, as experiências de Oswald Theodore Avery, Colin M. MacLeod e Maclyn McCarty determinaram que um dos ácidos nucléicos, o ADN ou ácido desoxirribonucléico, podia transferir uma característica biológica de uma bactéria (no caso, um pneumococo) para outra, característica ausente antes da transmissão.

Em 1954, James Dewey Watson e Francis Harry Comptom Crick propuseram a estrutura de dupla hélice para explicar a disposição dos átomos na molécula de ADN. No começo da década de 1960, os franceses François Jacob e Jacques Monod postularam o possível papel de outro ácido nucléico, o chamado ácido ribonucléico mensageiro (ARNm), na célula, como transmissor e executor das instruções contidas no ADN.

Os ácidos nucléicos são moléculas longas e complexas, de elevado peso molecular, constituídas por cadeias de unidades denominadas mononucleotídeos. Estes se compõem de um carboidrato ou açúcar de cinco átomos de carbono (uma pentose), de estrutura cíclica pentagonal, ao qual se une por um de seus extremos uma molécula de ácido fosfórico e, por outro, uma base nitrogenada também de estrutura fechada, seja púrica (que tem dois anéis com vários átomos de nitrogênio unidos ao esqueleto carbonado), seja pirimidínica (que consta de um só anel hexagonal no qual se inserem átomos de nitrogênio, oxigênio e, em alguns casos, um radical metila, -CH3). Os componentes variáveis nos mononucleotídeos são as bases, das quais há cinco tipos possíveis -- duas púricas, a adenina e a guanina, e três pirimidínicas, a citosina, a uracila e a timina --, e nessa variabilidade reside o caráter "informativo" dos ácidos nucléicos e sua funcionalidade como moléculas codificadoras de informação biológica.

O açúcar ou pentose pode ser de duas classes: em forma de ribose desoxigenada ou desoxirribose, que é a que constitui o esqueleto do ADN, ou, em sua variedade normal, conhecida simplesmente como ribose, própria do ARN. No primeiro caso, originam-se desoxirribonucleotídeos; no segundo, ribonucleotídeos.

Os mononucleotídeos se unem entre si para compor, como já foi dito, longas cadeias de centenas ou milhares de unidades que se dispõem em forma de estruturas filamentosas helicoidais, de dupla hélice no caso de ADN e de hélice simples no ARN. A borda de cada hélice é integrada pelas pentoses, que se engancham umas nas outras através dos restos de ácido fosfórico, enquanto o contato entre uma hélice e outra se efetua pelo estabelecimento de enlaces por parte das bases nitrogenadas, obedecendo a determinadas leis bioquímicas. Cada enlace é, pois, o resultado da interação de um par de bases, cada uma das quais correspondente a uma das hélices. O acoplamento das bases não é arbitrário e atende a exigências espaciais, químicas e estruturais muito precisas. Sempre se emparelham uma base púrica e uma pirimidínica: a adenina sempre com a timina ou uracila, e a guanina com a citosina.

Seqüência e função genética. A seqüência dos ácidos nucléicos é específica e característica de cada ser vivo. Em tal seqüência radicam-se em suma a individualidade e as diferenças existentes entre os organismos. As cinco bases, combinadas em todas as seqüências imagináveis, com ou sem repetições e sem limite teórico de extensão, dão lugar a uma série infinita de distintas cadeias possíveis. As cadeias são representadas pelas iniciais maiúsculas de cada base na ordem de seqüência característica; por exemplo: AATCAGCTTTACGC. Logicamente, essa representação corresponde a uma das hélices; a da outra hélice será complementar, levando-se em conta os emparelhamentos antes indicados (adenina, A, com timina, T, e guanina, G, com citosina, C, no que se refere a ADN). Assim no exemplo proposto, a complementar seria TTAGTCGAAATGCG.

A composição anteriormente detalhada é universal e válida para todos os seres vivos, desde o vírus até o homem, o que reflete um fato importante: a unidade básica da estrutura da vida na Terra. Nos vírus, o ácido nucléico situa-se no interior, protegido por um invólucro protéico. Nos organismos unicelulares, ou seja, que não dispõem de núcleo ou que o apresentam difuso, sem membrana nuclear, caso das bactérias, o ADN forma uma única estrutura circular que constitui o cromossomo bacteriano.

Nos eucariotes, que já dispõem de núcleo protegido por invólucro próprio, como as plantas e animais, o ADN encontra-se encerrado no núcleo como uma substância difusa, na qual há também certas proteínas básicas chamadas histonas: é o que se conhece como cromatina.

Antes de ocorrer a divisão celular, a cromatina fragmenta-se numa série de unidades ou cromossomos, cujo número é constante para cada espécie. Em tais cromossomos acham-se os genes, conjuntos mais ou menos grandes de nucleotídeos dispostos segundo uma seqüência dada, que codificam a informação precisa para um determinado caráter biológico.

Ácido desoxirribonucléico. O ADN, ácido desoxirribonucléico, é formado pela pentose desoxirribose, o ácido fosfórico e as bases citosina, timina, adenina e guanina. É a substância responsável pela herança biológica de todos os seres vivos, à exceção de muitos vírus, nos quais esse papel é representado pelo ARN.

No período denominado interfase, imediatamente anterior à divisão celular, o ADN experimenta o processo de autoduplicação, ou seja: suas moléculas duplicam-se, de modo que mais tarde, ao formarem-se as duas hélices-filhas a partir de uma única célula-mãe, cada uma delas possa receber a totalidade do material genético. Na autoduplicação, a dupla hélice se abre e cada um dos dois filamentos que a compõem se separa e se sintetiza, graças à intervenção de diferentes enzimas, o filamento complementar.

Ácido ribonucléico. O ARN é o ácido ribonucléico, constituído pela pentose ribose, o ácido fosfórico e as bases citosina, uracila (esta ausente do ADN), adenina e guanina. Compõe-se de uma só cadeia helicoidal e apresenta três classes, cada uma das quais cumpre uma função específica na célula: o chamado ARN mensageiro (ARNm), sintetizado pela ação de diversas enzimas a partir de um filamento de ADN que lhe serve de guia, no processo conhecido como transcrição; o ARN ribossômico, componente essencial, junto com as proteínas, dos orgânulos celulares chamados ribossomas; e o ARN de transferência, que translada os diversos aminoácidos (unidades estruturais das proteínas) até onde se está sintetizando uma molécula protéica, sob a direção de um ARNm, e os insere no ponto exato para obter a seqüência exata, no processo denominado tradução.

Síntese de proteínas. A síntese de proteínas ou tradução é o processo em função do qual se formam as seqüências de aminoácidos que constituem as proteínas, a partir de uma seqüência correlativa expressa pelo ARN mensageiro, numa linguagem de bases nitrogenadas. Assim, de um fragmento de ADN dado, que contém a informação precisa para que se forme uma proteína concreta, obtém-se uma cópia, a qual é o ARNm que guiará diretamente o processo de tradução. Ao ARNm unem-se vários ribossomas que, ao se deslocarem, efetuarão um autêntico processo de "leitura química".

Cada grupo de três bases do ARNm -- por exemplo GCC -- corresponde na linguagem nucleotídica a um aminoácido dado, neste caso a alanina. O ribossoma reconhece por meios químicos o caráter desse trio (designado em genética como códon) e um ARN de transferência leva até ele o aminoácido alanina. Vai-se formando assim, pouco a pouco, a seqüência que dará lugar à proteína. Cada aminoácido tem sua codificação correspondente, em geral de vários códones, também há trios que indicam o sinal de terminação.

O código genético representa, pois, na escala molecular, uma autêntica linguagem, da qual a célula se serve para crescer e reproduzir-se, o que é possível graças aos ácidos nucléicos.