Por que timina no lugar da uracila?

por Piter Kehoma Boll

(Esta postagem foi inicialmente publicada no meu blog Poisor Tristesi, agora quase inativo. Uma versão em inglês também foi publicada no Earthling Nature)

Anos atrás, enquanto eu estava na aula de Técnicas de Diagnóstico Molecular, uma dúvida interessante brotou: por que o DNA usa timina ao invés de uracila, como faz o RNA?

Espero que todos lendo isso conheçam ácidos nucleicos e saibam a diferença entre DNA e RNA. Uma revisão rápida:

RNA (ácido ribonucleico) é um polímero feito de ribonucleotídeos, moléculas compostas feitas de três partes ou moléculas menores: uma base nitrogenada (adenina, uracila, citosina ou guanina), um açúcar ribose e um grupo fosfato.

DNA (ácido desoxirribonucleico) é similar, mas ao invés de uracila ele tem timina, e ao invés de ribose ele tem desoxirribose, de forma que ele é formado de desoxirribonucleotídeos. Outra diferença é que o DNA é uma cadeia dupla torcida helicoidalmente, onde duas bases nitrogenadas (uma de cada cadeia) são conectadas. Adenina é sempre conectada com timina e citosina sempre com guanina, de forma que uma cadeia sempre depende da outra.

Atualmente é aceito que o RNA foi o primeiro ácido nucleico a existir e que o DNA evoluiu dele, de forma que diferenças no açúcar e nas bases nitrogenadas devem ter alguma vantagem.

Para entender isso, vamos dar uma olhada na estrutura da uracila:

Uracila

Uracila

A única diferença entre ela e a timina é a presença de um grupo metil na timina:

Timina

Timina

De fato, a timina também é chamada de 5-metiluracila. Mas vamos à explicação:

Enquanto nucleotídeos são sintetizados, os nucleotídeo-monofosfatos (NMPs), isto é, o conjunto base nitrogenada + açúcar + fosfato é desidroxilado, criando 2′-desoxi-nucleotídeo-monofosfatos (dNMPs), isto é, GMP, AMP, CMP e UMP (para guanina, adenina, citosina e uracila) são modificados para dGMP, dAMP, dCMP e dUMP.

Esta modificação por desidroxilação demonstrou que ela torna as ligações fosfodiéster (as ligações entre fosfatos e o açúcar) menos suscetíveis a hidrólise e dano por radiação UV. Ela assegura que a molécula de DNA não será tão facilmente quebrada quanto uma molécula de RNA, o que é muito útil visto que o DNA carrega toda a informação para construir o organismo.

Depois da desidroxilação dos nucleotídeo-monofosfatos, o próximo passo, catalizado por ácido fólico, adiciona um grupo metil à uracila para formar uma timina, assim transformando dUMP em dTMP.

Há muitas explicações para isso:

1. Apesar da tendência da uracila de se parear com adenina, ela também pode se parear com outras bases, incluindo ela própria. Adicionando um grupo metil (que é hidrofóbico) e transformando-a em timina, sua posição é reorganizada na dupla-hélice, não permitindo que esses pareamentos errados occorram.

2. A citosina pode desaminar para se transformar em uracila. Você pode ver na imagem abaixo que a única diferença entre elas é a mudança de um O na uracila para um NH2 na citosina. O problema é que, se a uracila fosse um componente do DNA, os sistemas de reparos não seriam capazes de distinguir uma uracila original de uma uracila originada por desaminação de citosina. Assim usar timina no lugar torna a situação mais fácil e mais estável, já que qualquer uracila dentro do DNA precisa vir de uma citosina e assim ela pode ser substituída por uma nova citosina.

Citosina

Citosina

Isso não evoluiu para esse propósito, é claro. A evolução não pode predizer o que acontece. Provavelmente durante os primeiros estágios da vida, um erro eventual mudou a uracila para timina e se mostrou mais estável para levar a informação, visto que tal molécula não seria destruída tão facilmente e assim seria bem-sucedida para passar seu “layout” para a próxima geração.

Isso me fazer pensar… Será que uma forma de vida alienígena encontrou uma maneira alternativa de lidar com a instabilidade do RNA (ou algo equivalente)?

– – –

Principal Referência:

Jonsson, J. (1996). The Evolutionary Transition from Uracil to Thymine Balances the Genetic Code Journal of Chemometrics, 10, 163-170 DOI: 10.1002/(SICI)1099-128X(199603)10:2

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Arquivado em Biologia Molecular, Evolução

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