DNA, hot pockets e a maior palavra do mundo

RKA11C Ok, pode filmar. Você sabe o que é isto? É a palavra mais comprida do mundo. Tipo, em qualquer lugar, qualquer língua: mais de 189 mil letras. Se você fosse escrevê-la, apesar de eu não saber por que você faria isso, encheria mais de 100 páginas. E, se você pudesse dizê-la, sem tipo... Quebrando sua cara, levaria umas cinco horas. Mas que palavra é essa? Bem, é o nome da mais longa proteína conhecida na Terra, e está, na verdade, dentro de você agorinha mesmo. Por causa do seu tamanho gigantesco, foi batizada de titina pelos cientistas. É uma proteína que ajuda a dar elasticidade aos músculos. Hoje vamos falar sobre o DNA e como ele, junto a três versões de seu primo RNA, liberam um Kung Fu químico para sintetizar proteínas como essa. Isso vai levar um tempo para explicar, então, que tal a gente fazer uns Hot Pockets? Este é o meu favorito, queijo e presunto! A cada mordida, me pergunto como eles fazem, como embalam exatamente o mesmo sabor em todo o item alimentar embalado em papelão e papel alumínio. Deve ter um manual de instruções supersecreto mantido em um lugar conhecido por apenas duas pessoas. E, como estou falando de Biologia aqui, há uma questão relacionada: como eu fui feito a partir de instruções de DNA e moléculas biológicas sobre as quais já falamos? Hoje, é o que eu vou fazer: não vou fazer Hot Pockets ou uma pessoa, mas vou falar sobre transcrição e tradução de DNA, que é como nos transformamos nessas coisas deliciosas que somos hoje, embora eu espere que nenhum de nós saiba quão deliciosas as pessoas são... Animais, plantas e também Hot Pockets nada mais são do que água salgada, carboidratos, gorduras e, você sabe, proteínas combinadas em proporções precisas, seguindo instruções muito claras. Se eu quisesse fazer meu próprio Hot Pocket, eu teria que: invadir o esconderijo da empresa de Hot Pocket, onde está o manual secreto; ler as instruções de como fazer o maquinário para produzir Hot Pockets e a proporção dos ingredientes; anotar rapidamente as informações antes de ser pego pela polícia do Hot Pocket; ir para casa, seguir as instruções, construir o maquinário e misturar os ingredientes até que eu tenha um Hot Pocket perfeito. É assim que somos feitos! De forma simples, dentro do núcleo das células, o "manual de instruções" DNA é copiado, gene por gene, por transcrição, para um tipo de RNA. Depois, isso é tirado do esconderijo onde as instruções são seguidas pelo processo de tradução, para juntar filas de aminoácidos em polipeptídeos ou proteínas que fazem qualquer tipo de coisa, desde essa titina aqui, até a queratina do meu cabelo. Mas a maioria dos polipeptídeos não são estruturas proteicas como o cabelo, são enzimas que vão atuar como máquinas de montagem, quebrando, construindo e combinando carboidratos, lipídios e proteínas que fazem variações de material celular. Enzimas são como o maquinário engenhoso usado na fábrica para fazer isso. Ok, vamos começar pelo esconderijo, quero dizer, o núcleo. O comprimento do DNA que iremos transcrever na molécula de RNA é chamado de unidade de transcrição. Vamos dizer no exemplo de hoje que incluirá o gene que transcreve para nossa amiga titina, o que, em humanos, nos leva ao cromossomo 2. Agora, cada unidade de transcrição tem uma sequência bem acima dela na cadeia, que é chamada de montante. Biólogos chamam de montante na cadeia, e essa sequência meio que define quando a unidade de transcrição vai começar. Essa sequência especial é o promotor e quase sempre contém uma sequência de duas das quatro bases nitrogenadas sobre as quais falamos na última aula: adenina, timina, citosina e guanina. Especificamente, o promotor é uma repetição simples. Temos timina, adenina, timina, adenina e, então, AAA. E, do lado A, T. Porque, você sabe como isso funciona, certo? Isso é chamado de caixa TATA. É quase universal, e ajuda nossas enzimas a descobrirem onde se ligar na cadeia. Você vai lembrar do episódio sobre a estrutura do DNA em que cadeias de DNA andam nos dois sentidos. Dependendo de qual extremidade da cadeia está livre e qual tem uma ligação de fosfato, um sentido é 5 e o outro sentido é 3. Neste caso, a montante significa em direção à extremidade 3, e a jusante significa em direção à extremidade 5. Portanto, a primeira enzima neste processo é a RNA polimerase, e ela copia a sequência de DNA na jusante da caixa TATA, isso é, em direção à extremidade 5, para um tipo similar de linguagem, o RNA mensageiro. Uma coisa interessante: você percebe que, para ler o DNA, para fazer enzimas, precisamos de uma enzima em primeiro lugar. Então, meio que fica: a galinha ou o ovo? É preciso enzima para fazer DNA, e o DNA para fazer a enzima. Então, antes de mais nada, de onde veio a RNA polimerase se ainda não a fizemos? Essa é uma pergunta muito boa! Na realidade, todas essas necessidades básicas foram dadas pela sua mãe. Ela embalou mais uma coisa no seu óvulo além do DNA, você sabe, para que você tivesse um começo saudável. Então, valeu mãe! Bom, a RNA polimerase se liga ao DNA naquela caixa TATA e começa a abrir a dupla hélice. Trabalhando ao longo da cadeia de DNA, a enzima lê as bases nitrogenadas, essas são as letras, e ajudam a versão RNA dessas bases nitrogenadas flutuando ao redor, dentro do núcleo, a acharem seu par. Você deve se lembrar das aulas anteriores, em que as bases nitrogenadas têm apenas uma contraparte na qual elas podem se ligar. Mas o RNA, que é essa rosa aqui, não tem timina, como tem o DNA, que é o verde e o azul. Em vez disso, tem uracila. Então, "U" aparece aqui no lugar dos "T". Enquanto se move, a RNA polimerase fecha o DNA atrás dela e deixa a nossa nova cadeia de RNA mensageiro cortar o caminho. Eventualmente, a RNA polimerase alcança outra sequência na jusante, chamada de sinal terminal, que aciona para sair fora. Agora, alguns toques finais antes que essa informação possa sair com segurança. Primeiro: um tipo especial de guanina é adicionado à extremidade 5. Essa é a primeira parte do mRNA que copiamos, e é chamada de CAP 5. Por outro lado, parece que eu adormeci com o meu dedo na letra A do meu teclado, mas outra enzima somou cerca de 250 adeninas à extremidade 3, isso é chamado de cauda poli-A. Esses CAPs em cada extremidade do pacote do mRNA facilitam a saída do mRNA do núcleo e ajudam a protegê-lo da degradação, de enzimas passando por perto, enquanto também facilitam a conexão com outras organelas mais tarde, mas ainda não é o fim. Como uma tentativa de me confundir para proteger a receita secreta de Hot Pocket, o livro de receitas original também contém muitas outras informações enganosas. Bem, antes de deixar o núcleo, essa informação a mais é cortada para fora do RNA, em um processo chamado de Splicing RNA. É algo parecido com a edição deste vídeo. Esse processo é muito complicado, mas preciso dizer dois principais termos, pois os nomes são muito legais! Os snurps, que são pequenas ribonucleoproteínas nucleares, são uma combinação de RNA e proteínas que reconhecem as sequências que sinalizam o início e o fim das áreas a serem divididas. Snurps se juntam com um monte de outras proteínas para formar o spliceossoma, que é quem faz a edição de verdade, quebrando os segmentos não-codificantes para que as bases nitrogenadas, possam ser reutilizadas em DNA ou RNA, e juntando as duas extremidades do que é bom. O que é bom, que a propósito é colocado junto, são chamados de exons, porque eventualmente serão expressados. O que não serve e fica de fora são chamados de segmentos intervenientes ou introns. O material dos introns fica no núcleo e será reciclado. Então, por exemplo, acreditamos que a titina, ali embaixo, tenha centenas de exons quando estiver tudo dito e feito. Mais de 360 provavelmente, que pode ser mais que em qualquer outra proteína. Também, contém o mais longo intron em humanos, com os 17 mil pares de comprimento. Cara, a titina é só uma recordista mundial! Bem, isso foi protegido e refinado. O RNA mensageiro agora pode sair de dentro do núcleo. Ok, vamos fazer uma rápida revisão de nossa missão impossível "Hot Pocket", até agora: invadimos o esconderijo das instruções, copiamos as instruções rapidamente, adicionamos alguns códigos de proteção e, então, cortamos algumas coisas de que não precisávamos, aí escapamos do esconderijo! Agora, eu tenho que ler as anotações, fazer o maquinário e juntar os ingredientes. Esse processo é chamado de tradução. A seguir, rebobine sua memória ou assista novamente à nossa videoaula sobre células animais. Você se lembra do retículo endoplasmático rugoso? Eu espero que sim. Estes pontinhos das membranas são os ribossomos, e o RNA mensageiro é alimentado dentro do ribossomo, como uma nota de um dólar em uma máquina. Ribossomos são uma mistura de proteínas e um segundo tipo de RNA chamado de RNA ribossômico ou rRNA, e eles agem juntos, como em um local de trabalho. O rRNA não contribui com nenhuma informação genética no processo, mas possui um conjunto de ligações que permitem ao mRNA, que entra, interagir com um outro tipo especial de RNA, o terceiro tipo, chamado de RNA transportador ou tRNA. E o tRNA realmente pode ser chamado de RNA tradutor, porque é ele que faz... Ele traduz da linguagem dos nucleotídeos para a linguagem dos aminoácidos e proteínas. Em uma extremidade do tRNA há um aminoácido. Na outra extremidade há esta sequência específica de três bases nitrogenadas. Essas duas extremidades meio que se casam. Cada um dos 20 aminoácidos que temos no nosso corpo tem sua própria sequência. Então, se o tRNA tem o aminoácido metionado em uma extremidade, ele pode ter UAC como sequência de nucleotídeo na outra extremidade. Agora, é como montar um quebra-cabeça: o mRNA desliza por meio do ribossomo, o ribossomo lê o mRNA, três letras de cada vez, cada conjunto chamado de códon, o ribossomo, então, encontra a peça que se encaixa, o tRNA com três bases que fará par com a sequência de códon. Essa extremidade do tRNA, diga-se de passagem, se chama anticódon e, é claro, traz o tRNA correspondente. Me desculpe pela terminologia, mas é algo que você precisa saber. O ribossomo também traz qualquer aminoácido que existe nesse tRNA. Ok, então, começando da extremidade 5, depois do CAP 5, encontramos a sequência de nucleotídeo AUG no mRNA. O ribossomo encontra um tRNA com anticódon UAC e, na outra extremidade disso, tRNA e metionado. O mRNA, como uma nota de um dólar gigante, continua deslizando para dentro do ribossomo, de forma que o próximo códon possa ser lido e outra molécula tRNA com anticódon correto se conecte. Se o códon é o UAC, então, o tRNA correspondente tem um AAU em uma ponta, e uma leucina na outra. Se o mRNA tem um AGA, então o tRNA correspondente tem um UCU em uma ponta e uma arginina na outra. Em cada caso, esse aminoácido novo se conecta no aminoácido anterior, iniciando uma cadeia de polipeptídeos, que é apenas o começo, o comecinho mesmo, de uma proteína. Mas, no final, há vários jeitos de ler esse código, porque o UUA não é o único tripleto que codifica para leucina, o UUG também. E a arginina é codificada por seis tripletos diferentes. Isso é uma coisa boa, pois podemos cometer erros copiando, transcrevendo e traduzindo DNA, não necessariamente mudando o produto. O processo continua com o mRNA deslizando mais um pouco, o ribossomo trazendo outro tRNA com outro aminoácido, esse aminoácido conectando-se à cadeia existente, e assim por diante. Às vezes, para que milhares de aminoácidos construam uma cadeia de polipeptídeos, por exemplo... Essa palavra toda é, basicamente, apenas nomes dos aminoácidos em sequência, na ordem em que ocorrem na proteína. Todas as 34.350! Mas, antes de fazer nossos Hot Pockets e que a linha de aminoácidos se torne o meu tecido muscular, temos que dobrar um pouco mais. Isso porque as proteínas, além de serem enormes, também podem se contorcer em várias formações adoráveis, mas complexas. Para entender como a proteína funciona, entender como ela se dobra é a chave, e cientistas vêm trabalhando por décadas em programas de computador para descobrir esse dobramento. Agora, a real sequência de aminoácidos em um polipeptídeo, que você vê rolando aqui abaixo, é chamada de estrutura primária. O aminoácido "covalentemente" se ligou a outro, e desse para outro, e para outro, em uma fila única. Mas alguns aminoácidos não gostam só de andar de mãos dadas, são um pouco mais promíscuos que isso. Os hidrogênios são a espinha dorsal dos aminoácidos, e às vezes gostam de se ligar por fora. Hidrogênios se ligam aos oxigênios em aminoácidos algumas partes abaixo. Quando fazem isso, dependendo da estrutura primária, eles se curvam, dobram, se torcem em uma cadeia de espirais chamada de hélice. Às vezes, encontramos vários segmentos torcidos, paralelos uns aos outros, chamados de folha pregueada. Essas ligações de hidrogênio e folhas pregueadas tornam a seda resistente, por exemplo. Então, no final, nossos aminoácidos promíscuos levam a folhas enrugadas. A-HA! Essas ligações de hidrogênio contribuem para a estrutura secundária, mas isso não termina aqui! Lembra dos grupos R, que definem os aminoácidos? Bem, alguns têm medo de água, e, como há proteína na célula, que é principalmente água, todos os grupos hidrofóbicos tentam se esconder da água se amontoando junto, e isso pode curvar ainda mais a cadeia. Outros grupo R são hidrofílicos, que gostam de formar ligações de hidrogênio com outros grupos R hidrofílicos. Aí, temos mais ligações, ainda mais flexões, e nossa fila reta agora tomou um formato tridimensional extremamente complexo. Isso explica por que conseguimos arrumar o cabelo de manhã usando só a água! A água ajuda a quebrar ligações de hidrogênio na queratina, que relaxa a sua estrutura. Assim, eu posso penteá-lo e, quando secar, as ligações são refeitas e... voilá! Cabelo perfeito. Todos os formatos causados por ligações entre grupos R dão aos polipeptídeos sua estrutura terciária. Agora, temos uma cadeia enorme de polipeptídeos contorcida, que, na verdade, se contorce com muita precisão. Às vezes, apenas uma cadeia é o que faz toda uma enzima, uma proteína ou outras proteínas, como a hemoglobina. Várias cadeias diferentes se unem para formar a estrutura quaternária. Uma rápida revisão da estrutura: sequência é a estrutura primária. A espinha dorsal de elos de hidrogênio com folhas e espirais são a secundária. Elos em grupo R são terciários, e o arranjo de múltiplas proteínas resultam na estrutura quaternária. Esses polipeptídeos são proteínas estruturais. Ou, coisas como essa abaixo, que você acha no músculo ou no meu Hot Pocket, também podem ser enzimas. Enzimas fazem coisas, podem cortar moléculas biológicas, como eu faço com uma faca afiada. Elas misturam coisas e podem construir coisas. Então, daquele livro de receitas, temos os ingredientes e ferramentas necessárias para fazer eu, que é melhor que um Hot Pocket. Acho que todos concordam!