1968:MARSHALL W. NIRENBERG, HAR G KHORANA e ROBERT HOLLEY
INTERPRETAÇÃO DO CÓDIGO GENÉTICO E SUA FUNÇÃO NA SÍNTESE PROTÉICA
RESUMO
A importância do DNA reside em sua capacidade de controlar a formação de proteínas na célula, por meio do chamado código genético. A produção de proteínas é feita com base em dois processos: a Transcrição, que é a formação de RNA a partir de DNA, e a Tradução, na qual é estabelecida a seqüência adequada de aminoácidos na molécula de proteína em formação. Marshall W. Nirenberg, Har Gobind Khorana e Robert William Holley foram os pesquisadores responsáveis pela interpretação do código genético. Niremberg descobriu o processo para decifrar o código de DNA, o qual foi confirmado, posteriormente, por Khorana. Holley, através de suas pesquisas, descreveu a estrutura do RNA transportador da alanina, relacionando DNA e síntese protéica. Por essas descobertas, os pesquisadores receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1968.
ABSTRACT
DNA is important because of its ability to control the construction of proteins in cells, using the genetic code. Proteins are constructed based on two processes: Transcription, which consists of the formation of RNA according to DNA, and Translation, which establishes the correct aminoacid sequence of the protein molecule in construction. Marshall W. Nirenberg, Har Gobind Khorana and Robert William Holley were the researchers who interpreted the genetic code. Nirember discovered the process to unravel the DNA code, confirmed by Khorana. Through his researches, Holley described alanine transfer RNA, related to DNA and protein synthesis. Due to these discoveries, the researchers were awarded the Nobel Prize in Physiology or Medicine in 1968.
INTRODUÇÃO
A saga da decifração do código genético começou em 1954, quando o físico russo George Gamow (1904-1968) postulou que ele deveria empregar combinações de três nucleotídeos, pois esses agrupamentos seriam suficientes para codificar todos os vinte tipos de aminoácidos utilizados na síntese protéica. A proposta de Gamow foi demonstrada por um experimento conduzido por dois biólogos – o inglês Francis Crick (1916-2004) e o sul-africano Sydney Benner (1927-).
O trabalho da dupla consistiu em realizar mutações pontuais no gene rIIB do vírus bacteriófago T4. Nesse experimento, Crick e Brenner mostraram que a retirada ou inserção de um ou dois nucleotídeos causava mutações não funcionais, mas que a retirada ou introdução de três deles restabelecia a funcionalidade do gene.
Posteriormente, em 1961, o geneticista norte-americano Marshall Nirenberg e o bioquímico alemão Heinrich Matthaei realizaram um experimento em que demonstraram, com o uso de marcação radioativa, a correspondência da maioria dos códons existentes com os aminoácidos conhecidos. Em seguida, o biólogo molecular americano de origem indiana Har Gobind Khorana identificou o resto do código.
Ainda no inicio da década de 1960, o bioquímico norte-americano Robert Holley determinou a estrutura do RNA de transferência – as moléculas que transportam os aminoácidos utilizados na síntese protéica. Em 1968, Khorana, Holley e Nirenberg levaram o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina por suas descobertas.
BIOGRAFIAS
Marshall W. Nirenberg
Nirenberg nasceu em Nova York em 1927. Mudou-se para Orlando em 1939 com seus pais Harry Edward e Minerva Bykowsky Nirenberg.
Na Universidade da Flórida, formou-se, em 1948, em bacharel e, em 1952, concluiu seu mestrado, ambos em biologia. Em 1952, continuou seus estudos de graduação na Universidade de Michigan obtendo seu doutorado em 1957, mas desta vez no ramo da bioquímica.
Depois de seu doutorado, começou a investigar o funcionamento interno do código genético no National Institutes of Health ( NIH ), em Bethesda, Maryland, como bolsista. Em 1959, foi para o Public Health Service ( PHS ) e em 1960 retornou para o NIH como um cientista investigador da bioquímica.
Após um pequeno período de tempo no NIH, Nirenberg descobriu o processo para decifrar o código de DNA. Em agosto de 1961, ele anunciou sua pesquisa numa reunião do Congresso Internacional de Bioquímica em Moscou. Em 1962, ele tornou-se chefe da Seção de Bioquímica Genética no National Institutes of Health.
Nirenberg detém graus honorário da Universidade de Michigan, Yale University, University of Chicago, University of Windsor (Ontario) e Universidade de Harvard. Outras distinções incluem: O Prêmio de Biologia Molecular, da Academia Nacional de Ciências, 1962; Paul Lewis Award em Química Enzimática, American Chemical Society, 1964; A Medalha Nacional de Ciência, 1965; A Research Corporation Award, 1966; o Prêmio Hildebrand, 1966; a Fundação Gairdner Prêmio de Mérito, 1967; O Prêmio Charles Léopold Meyer, Academia Francesa de Ciências, 1967; o Joseph Priestly Prêmio, 1968, e da Medalha Franklin, 1968. A Louisa Gross Horwitz Prize, Universidade de Columbia, e do Prêmio LASKER foram partilhados com HG Khorana em 1968. Ele é membro da Academia Americana de Artes e Ciências e da Academia Nacional de Ciências.
Nirenberg é casado com Pérola Zaltzman, também bioquímica, desde 1961. Atualmente, está na NIH, mas mudou seu foco na área da bioquímica para estudos de mecanismos de Controle Celular e processos de Diferenciação Celular.
Har Gobind Khorana
Har Gobind Khorana nasceu em Punjabi, Índia, no dia 9 de janeiro de 1922.
Seu pai, embora pobre, dedicou-se a educar seus filhos, eles foram, praticamente, a única família alfabetizada na aldeia, habitada por cerca de 100 pessoas. Estudou na Universidade do Punjab, em Lahore, onde se formou biologista molecular e obteve um Mestrado em ciência.
Khorana viveu na Índia até 1945, quando a ganhou um prêmio do Governo da Índia para ir á Inglaterra estudar, onde adquiriu um Ph. D. na Universidade de Liverpool, sob orientação do professor Roger J. S. Beer.
Har fez um pós-doutorado, nos anos de 1948 e 1949, em Eidgenössische Technische Hochschule em Zurique, com o professor Vladimir Prelog.
Uma oferta de emprego, em 1952, feita pelo Dr. Gordon M. Shrum da British Columbia, levou-o para Vancouver, onde, com um grupo, começou a trabalhar, no campo da biologia, com interesse em ésteres de fosfato e ácidos nucléicos.
Em 1960, mudou-se para o Instituto de Investigação Enzimáticos da Universidade de Wisconsin.
Naturalizado cidadão dos Estados Unidos em 1966, atualmente vive em Cambridge, Massachusetts, trabalhando na Faculdade de Química do MIT.
Har Gobind Khorana casou-se, em 1952, com Ester Sibler Elizabeth, com quem tem três filhos.
Por volta de 1960, Khorana confirmou as descobertas de Niremberg de que o modo com que os quatro tipos diferentes de nucleotídeos estão distribuídos na molécula de DNA determina a composição química e a junção de uma nova célula. As 64 possíveis combinações dos nucleotídeos são lidas ao longo de uma cadeia de DNA como o necessário para produzir os desejados aminoácidos, os quais são as peças de construção das proteínas. Khorana adicionou detalhes sobre quais são as combinações seriais de nucleotídios utilizadas para determinados aminoácidos. Ele, também, provou que o código do nucleotídeo é sempre transmitido para a célula em grupos de três, chamados códons. Khorana determinou que alguns dos códons incitam a célula a começar ou a parar a produção de proteínas.
Foi premiado com o Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1968, em conjunto com Robert Holley e Marshall Warren Nirenberg, pelo seu trabalho na interpretação do código genético e sua função na síntese protéica.
Em 1970, Khorana fez outra contribuição para a genética, quando ele e sua equipe de pesquisa foram capazes de sintetizar a primeira cópia artificial de um gene de levedura. Sua última pesquisa explorou os mecanismos moleculares, realçando os caminhos sinalizadores das células da visão em vertebrados. Seus estudos foram focados, primeiramente, na estrutura e na junção de Rhodopsin, uma proteína sensível á luz encontrada na retina dos olhos dos vertebrados. Khoram investigou, também, mutações em Rhodopsin que são associadas com a retinite pigmentosa, a qual causa cegueira noturna.
Robert William Holley
Robert William Holley nasceu em Urbana, Illinois, em 28 de janeiro de 1922. Seus pais, Charles e Viola Holley, eram ambos educadores. Frequentou escolas públicas em Illnois, Califórnia e Idaho, e completou o Ensino Médio em uma escola em Urbana em 1938. Estudou Química na Universidade de Illinois, e recebeu o grau de Bacharel em 1942. Seu trabalho de graduação foi realizado na Universidade de Cornell, onde seu PhD em química orgânica, com o professor Alfred T. Blomquist, foi premiado em 1947. Durante a II Guerra Mundial, período em que seu trabalho foi interrompido, Holley passou dois anos (1944 a 1946) trabalhando com o professor Vincent Du Vigneaud, na Faculdade de Medicina de Cornell, onde participou da primeira síntese química da penicilina.
Holley casou-se com Ann Dworkin em 1945, e tiveram um filho chamado Frederick.
Após completar seu PhD, em 1947, passou os anos de 1947 e 1948 como membro do pós- doutorado da Sociedade Americana de Química, juntamente com o professor Carl M. Stevens, na Universidade Estadual de Washington. Em 1948, retornou à Universidade de Cornell como professor assistente de Química Orgânica da Estação Experimental de Genebra, onde foi professor associado de 1950 a 1957. Durante um ano sabático (1955 a 1956), foi membro do Memorial de Guggenheim na Divisão de Biologia do Instituto de Tecnologia da Califórnia.
Retornou a Ithaca, Nova York, em 1958, como químico pesquisador no Laboratório de Solo e Nutrição dos Estados Unidos, um laboratório do Departamento de Agricultura no campus da Universidade de Cornell, tornando-se professor de Bioquímica em 1962. Retornou à Universidade de Cornell, em 1964, como professor de Bioquímica e Biologia Molecular, além de ser chefe do departamento de 1955 a 1956.
O ano seguinte passou no Instituto Salk de Estudos Biológicos e na Clínica Scripps e Fundação de Pesquisa em La Jolla, Califórnia, como membro do pós- doutorado da Fundação de Ciência Nacional. Em 1968, embora mantendo uma filiação com a Universidade de Cornell, tornou-se um membro permanente do Instituto Salk, onde foi professor de Biologia Molecular da Sociedade Americana de Câncer. Foi também professor adjunto da Universidade da Califórnia, em San Diego.
O seu treinamento como químico não alterou seu interesse básico nos seres vivos. Esse interesse influenciou sua escolha de pesquisa, que começou com a química orgânica dos produtos naturais. Após, seguiu-se uma mudança gradual direcionada a aspectos mais biológicos, com trabalhos em aminoácidos e peptídeos, e, finalmente, o trabalho na biossíntese de proteínas. Durante esse último, o RNA transportador da alanina foi descoberto.
Os dois anos que passou no Instituto de Tecnologia da Califórnia marcaram o início da importante pesquisa de Holley a respeito dos ácidos nucléicos. Decidiu que, para decifrar a estrutura de um ácido nucléico, era necessário um espécime extremamente puro da molécula. De volta à Cornell, seu grupo de pesquisa passou três anos isolando um grama de RNA transportador da alanina a partir de 90 kg de fungo.
Assim, sua pesquisa em RNA focou-se, primeiramente, em isolar o RNA transportador (RNAt) e, posteriormente, em determinar a sequência e a estrutura do RNAt da alanina, molécula que incorpora o aminoácido alanina às proteínas. A equipe de pesquisadores de Holley determinou a estrutura do RNAt utilizando duas ribonucleases para separar a molécula em pedaços. Cada enzima partiu a molécula em locais para nucleotídeos específicos. Ao descobrir a estrutura das partes separadas pelas enzimas, e comparando, então, os pedaços separados por ambas, a equipe determinou a estrutura completa da molécula. Em março de 1965, o pesquisador anunciou ter decifrado a sequência completa dos 77 nucleotídeos no RNA transportador da alanina. Foi a primeira sequência nucleotídica de RNA já determinada. Recebeu o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina, em 1968, por essa descoberta. Har Gobind Khorana e Marshall W. Nirenberg também foram premiados, no mesmo ano, pelas contribuições acrescentadas ao entendimento da síntese protéica. Utilizando o método da equipe de Holley, outros cientistas determinaram as estruturas dos outros RNAs transportadores.
Após receber o prêmio, estudou os fatores moleculares que controlam o crescimento e multiplicação das células, sendo esta pesquisa de extrema importância para a compreensão científica do câncer. Ironicamente, o pesquisador faleceu em virtude de câncer de pulmão.
SÍNTESE PROTÉICA
A produção de proteínas é feita com base em dois processos: Transcrição e Tradução.
A Transcrição é a formação de RNA a partir de DNA. O RNA, por sua vez, se difunde do núcleo através dos poros nucleares, para o compartimento citoplasmático, onde controla a síntese de proteína. Os trípetos de código do DNA são transcritos para trípetos do código complementar (códons) no RNA. Estes códons controlarão a seqüência de aminoácidos em uma proteína a ser sintetizada no citoplasma celular.
Existem 3 tipos de RNA:
O RNA mensageiro: leva o código genético para o citoplasma, para controlar o tipo de proteína formada;
O RNA transportador: transporta os aminoácidos ativados para os ribossomos; os aminoácidos serão utilizados na montagem da molécula de proteína;
O RNA ribossômico: tem mais de 75 proteínas diferentes, forma os ribossomos, as estruturas físicas e químicas nas quais as moléculas de proteínas são formadas;
A Tradução ocorre quando a molécula de RNA mensageiro entra em contato com um ribossomo, a fita de RNA passa através do ribossomo, começando pela extremidade que tem o códon de iniciação (AUG). As bases de anticódon, levadas pelo RNA transportador, combinam-se por pontes de hidrogênio com as bases do códon do RNA mensageiro. Desta forma, os respectivos aminoácidos são alinhados um após o outro ao longo da cadeia de RNA mensageiro, estabelecendo, assim, a seqüência adequada de aminoácidos na molécula de proteína em formação. No momento em que um códon de terminação de cadeia (UAA) passa pelo ribossomo, o fim da molécula de proteína é sinalizado e a molécula é liberada no citoplasma.
CONCLUSÃO
A síntese protéica é realizada através de dois processos, a Transcrição (formação do RNA menssageiro a partir do DNA) e a Tradução (formação da proteína a partir do RNA menssageiro, com o auxílio do RNA transportado e do RNA ribossômico). A compreenção desse procedimento é fruto das pesquisas realizadas por Marshall W. Nirenberg, Har Gobind Khorana e Robert W. Holley, os quais foram consagrados pelo Prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia do ano de 1968. Nirenberg descreveu como que os aminoácidos se ligam para formar o RNA e, portanto, as proteínas. Posteriormente, Har Gobind Khorana confirmou as pesquisas de Nirenberg, adicionando detalhes sobre quais são as combinações dos seguimentos de nucleotídeos de cada aminoácido e que essas combinações são transmitidas para as células em conjuntos de três aminoácidos, os códons. Holley determinou a estrutura do RNA transportador.
REFERÊNCIAS
GUYTON, Arthur C.; HALL, John E.. Tratado de fisiologia médica. 11. ed. Rio de Janeiro: Elsevier, 2006. 1115 p.
http://en.wikipedia.org/wiki/Robert_W._Holley
http://www.nndb.com/people/316/000129926/
http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1968/index.html
http://genoma.ib.usp.br/noticias/noticias_cenciahoje080911.php
http://200.226.135.50/biografia/robert-william-holley.htm
http://www.dec.ufcg.edu.br/biografias/Har0Gobi.html
http://www.netsaber.com.br/biografias/list_bios_l_H.html
http://www.studentconsult.com/
