O dogma central da biologia molecular

Imagem da capa do livro “The Eighth Day of Creation”, de Horace Freeland Judson, contendo um diagrama feito por Francis Crick em 1970 (1) mostrando o que imaginava-se ser os possíveis caminhos de transmissão de informação em sistemas biológicos. O caminho direto de DNA para proteína, entretanto, nunca foi observado.

Após a descoberta da estrutura da molécula de DNA no início da década de 1950 por James Watson e Francis Crick, ficou claro que a informação biológica é armazenada na forma de uma sequência linear de nucleotídeos representada pelas letras A, T, C e G. Sabia-se que, utilizando esse alfabeto, as células armazenam a informação necessária para a produção das proteínas, responsáveis por desempenhar as funções metabólicas do organismo, contudo, o mecanismo que traduzia o alfabeto de nucleotídeos do DNA para o alfabeto de aminoácidos das proteínas permanecia desconhecido.

Durante a década seguinte à descoberta de Watson e Crick, uma série de pioneiros da biologia molecular desvendaram o processo de transmissão de informação do DNA para as proteínas.

Inicialmente propunha-se que o DNA funcionava como armazenador a longo prazo da informação biológica, tendo, portanto, a capacidade de ser replicado. Além disso, durante o processo de transcrição, essa informação é transmitida para uma molécula de RNA, a qual é, por fim, traduzida em proteína.

Nas células, o DNA localizado no núcleo armazena à informação biológica à longo prazo e, por isso, ele é capaz de se replicar a cada divisão celular. Para que as mensagens escritas no alfabeto de nucleotídeos de DNA sejam convertidas em proteínas, elas são primeiro transcritas em uma molécula intermediária, o RNA, uma molécula quimicamente semelhante ao DNA e que utiliza um código de nucleotídeos ligeiramente diferente. Esse RNA envia a mensagem que originalmente estava contida no DNA para o citoplasma da célula, onde ocorre o processo de tradução, no qual a informação contida na sequência linear de nucleotídeos e traduzida em uma sequência de aminoácidos, dando origem à proteína codificada pela mensagem original.

Descobertas posteriores deixaram evidente que alguns vírus de RNA são capazes de promover a transcrição reversa da mensagem contida nessa molécula para uma de RNA. Além disso, um outro processo, o de replicação da molécula de RNA, também foi descoberto acontecendo de forma generalizada em diversos organismos em situações celulares específicas, bem como em alguns outros vírus de RNA. Dessa forma, a transmissão da informação biológica poderia ser representada da seguinte forma:

Posteriormente, descobriu-se que o RNA funcionava não apenas como um intermediário para a produção de proteínas, mas também como molde para a síntese de DNA e outras moléculas de RNA.

Por conta dos seus alfabetos similares, as mensagens contidas no DNA e no RNA são facilmente intercambiáveis, contudo, fica evidente que a informação das sequências de aminoácidos das proteínas não são inversamente traduzidas para sequências de nucleotídeos. Na figura abaixo podemos explorar isso de forma análoga:

Nessa figura, a mensagem “Lula, Jabuti, Baleia” é facilmente convertida entre duas escritas ligeiramente distintas (análogo ao que ocorre entre o DNA e o RNA). Contudo, a partir do momento que essas mensagens são abstraídas em desenhos (de forma análoga às proteínas), não é possível saber com exatidão como a mensagem estava codificada, afinal, tanto a mensagem “Jabuti” quanto a “Tartaruga” podem dar origem à mesma imagem do animal na figura acima. Além disso, se o objetivo final é a representação dos animais na forma de imagens, não é interessante desenvolver uma forma precisa de reverter a informação contida na imagem em mensagens compostas por letras.

Isso é similar ao que ocorre na célula, na qual as proteínas são o produto final da mensagem originalmente contida no DNA, assim, não existem mecanismos que convertem uma mensagem de aminoácidos em uma de nucleotídeos. Esse consenso entre os fundadores da biologia molecular foi sumarizado por Crick em 1958: “(…) assim que a informação passa para a proteína, ela não pode sair de lá” (2). Crick chamou essa ideia de Dogma Central da Biologia Molecular.

O uso da palavra “dogma” é controverso já que, como Crick admitiu posteriormente (3), essa palavra diz respeito à crenças incontestáveis, o que vai contra os princípios básicos da ciência. Contudo, até hoje não foi observada a transferência da informação contida nas proteínas para um alfabeto de nucleotídeos e, assim, o dogma central se mantém verdadeiro.

(1) Crick, Francis. “Central dogma of molecular biology.” Nature 227.5258 (1970): 561-563.

(2) Crick, Francis HC. “On protein synthesis” Symp Soc Exp Biol. Vol. 12. No. 138-63. 1958.

(3) Judson, Horace F. “The Eighth Day of Creation” (1996).