A característica mais notável do planeta Terra é a vida. Diferentemente dos outros planetas do nosso sistema solar, a Terra tem sido transformada significativamente por seus residentes que tem vida.

O que é vida e como ela surgiu?

Um dos primeiros a especular sobre a vida foi Aristóteles. De acordo com ele, os insetos e vermes surgiram da gôta de orvalho e do lòdo. Ratos e peixes, por outro lado, surgiram da lama e da areia. As coisas vivas em geral surgiram de suas adjacências imediatas.

Uma aproximação filosófica para o que é vida surge das idéias do vitalismo. No vitalismo acredita-se que os organismos são imbuídos de uma força vital, uma espécie de centelha divina, alguma coisa bem fora do domínio da ciência.

A visão científica (materialista) mantida usualmente é de que o ser vivo é uma conseqüência natural de interações moleculares, e não requer regras para o vitalismo. As funções vitais emergem da integração complexa de muitos componentes separados. Como uma máquina, todas as partes dos objetos vivos, contribuem de ponta a ponta para o estado dos ser vivo.

 

As coisas vivas consistem das estruturas que existem independentemente e se duplicam, chamadas células. Quanto mais complexo o organismo, mais especializadas serão as suas células. Uma ameba, por exemplo, tem uma única célula. Um organismo vivo mais complexo, como uma simples planta, pode ter um punhado de células. O ser humano tem muitas espécies de células: glóbulos vermelhos, células nervosas, células que segregam hormônios, células do estômago que segregam ácidos, células do fígado, células dos pulmões, células dos músculos, etc.

Como mostra o diagrama seguinte, a célula (a estrutura parecida com uma tigela redonda no diagrama) tem uma região central chamada núcleo. Os núcleos contém os cromosomos. Toda célula no corpo humano, exceto as células para reprodução, contém 46 cromosomos. Dos 46 cromosomos 23 vem da mãe da pessoa e os outros 23 vem do pai da pessoa. Assim a pessoa é uma mistura dos cromossomos do pai e da mãe. As células reprodutivas (espermas e óvulos) tem somente 23 cromosomos. Quando a reprodução ocorre, eles se juntam com os das células reprodutivas da outra pessoa, e formam as células não reprodutivas, tendo ambos os tipos de cromossomos.

Cerca de 40% do material em cada cromossomo é uma longa e filamentosa molécula de DNA.  O resto do material no cromossomo é proteína. As moléculas de DNA têm o formato coletivo de uma hélice dupla. Alguma coisa tem a forma de uma hélice se ela tem uma forma parecida com uma mola em espiral . A hélice dupla é mantida junta por moléculas chamadas nucleotídeos. Certas coleções de nucleotídeos no DNA são chamados genes. Os genes são as menores estruturas que se duplicam na forma de vida baseada no carbono. Eles são os menores segmentos da molécula de DNA que carregam a informação de como as partes do organismo devem ser construídas. Esta construção dá-se constantemente.

As proteínas são moléculas muito grandes variando de 10.000 a muitos milhões de átomos ligados entre si. A menor proteína contém cerca de 1000 átomos de carbono. O corpo humano contém mais de 30.000 tipos distintos de proteínas, cada um delas executa uma função de suporte para a vida. Outros organismos tem algumas dessas mesmas proteínas, como também proteínas diferentes não encontradas nos humanos.

Da miríade de compostos orgânicos disponíveis, a vida terrestre emprega somente uma minúscula porção. As proteínas são as principais unidades estruturais e funcionais da célula. Elas são feitas de aminoácidos, cada qual tendo a forma:

H = Hidrogênio    N = Nitrogênio    C =Carbono    O =Oxigênio    | = ligação    

|| = ligação dupla

R = Radical (qualquer uma das diversas combinações em cadeia de átomos de carbono e hidrogênio)

Existem muitas variedades de aminoácidos, mas somente 20 deles são usados na vida terrestre. Eles diferem apenas na natureza da cadeia lateral R. Aminoácidos estão comumente enfileirados com segmentos de água (H₂O). Isto está mostrado no diagrama abaixo, onde três moléculas do modelo de combinação acima são juntadas.

Se as moléculas de que estão conectando são retiradas, uma pequena proteína é produzida das ligações carbono nitrogênio. Proteínas reais contém muito mais segmentos repetitivos do modelo do aquele mostrado acima. Uma das menores proteínas é a insulina. A insulina consiste ao redor de 50 aminoácidos encadeados. Típicamente as proteínas contém centenas de aminoácidos encadeados.

As proteínas têm no mínimo três funções:

1. Elas são necessárias para a construção dos materiais celulares.
2. Elas são necessárias para o dispêndio de energia.
3. Elas são necessárias para a regulagem das interações da célula com o ambiente.  

Desde que as proteínas são responsáveis por praticamente todas as propriedades particulares das células, podemos dizer que as proteínas fazem um organismo ser do jeito que é. As proteínas fazem a diferença entre, digamos, uma célula que segrega hormônio no seu pâncreas, uma célula muscular no seu bíceps, uma célula nervosa no seu olho e a de um osso na sua costela. As proteínas fazem as diferenças entre o cabelo em sua cabeça, o fio de lão numa ovelha, as penas de um pardal, e as escamas num peixe dourado. 

Na molécula de DNA as moléculas de nucleotídeo forma o código juntando-se num modo altamente vinculado. 

Citosina (C) somente se liga com Guanina (G). 

Adenina (A) somente se liga com Timina (T).  

O ordenamento destes 'degraus' da "escada" torcida de DNA determina o código genético. As partes dos "degraus" de um lado do DNA que conecta às partes do "degrau" vindo do outro lado, são chamadas bases. As bases conectadas a uma lateral (=fita) do DNA tem uma relação única e complementar com as bases da outra lateral.

As laterais que vão ao longo do comprimento da molécula de DNA são feitas de moléculas de fosfato e açúcar ( carbohidrato). As moléculas de nucleotídeos prolongam-se para fora destas laterais. A largura de uma molécula de DNA é cerca de 20 Angstroms. Um Angstrom é 10^-10 metros. Daí, a largura é cerca de 2 X 10^{- 9} metros. A distância de separação entre os "degraus" de nucleotídeos é cerca de 3,3 Angstroms.

Cada célula contém a cópia heliográfica da planta (projeto) para o corpo todo. O 'software' que determina se você terá olhos castanhos ou azuis está contido em cada célula do seu dedinho direito das mãos como também nas células do seu dedão do pé esquerdo. A natureza parece ter adotado a estratégia da extrema redundância. Presumivelmente esta aproximação é mais econômica para a natureza do que desenvolver um complexo sistema de comunicação para passar para cada célula a informação necessária para a sua função especializada. Se todas as hélices de DNA numa célula humana fossem puxadas para fora e colocadas uma no final da outra, elas formariam uma tira delgada, de lateral dupla, de cerca de um um metro de comprimento. Isto é o porquê a molécula de DNA precisa de uma forma torcida. Ela deve ser capaz de se encolher a um tamanho que é extremamente pequeno comparado ao seu comprimento todo. A natureza tornou-se excelente no empacotamento de DNA, encaixadas com alto conteúdo de informação, em espaços muitos pequenos.

Existem 10 trilhões (10 X 10¹² ) células no corpo humano. Se o DNA de um ser humano fosse esticado, existiriam bilhões de kilômetros de códigos DNA. Isto é DNA suficiente para se ir daqui até o Sol mais de 500 vezes. 

Clique aqui para ver como o DNA se auto-duplica.

A molécula RNA atua como uma molécula interventora. Ela se fixa à molécula "mestra" de DNA e determina o código que a molécula de DNA está configurada a transmitir. Ela então viaja como uma "mensageira" para criar combinações dos aminoácidos consistentes com as instruções do DNA. As combinações de aminoácidos, assim construídas, fornecem moléculas de proteínas adaptadas que seguem para construir ou regular várias partes do corpo.

Por que, você poderia perguntar, a natureza precisa de uma molécula intermediária entre o DNA e as proteínas que ela codifica? Existem no mínimo três razões do porquê isso é assim.

1. O DNA pode permanecer puro e protegido, afastada da química cáustica da parte da célula que envolve o núcleo (o citoplasma).

2. A informação genética pode ser ampliada tendo muitas cópias de uma molécula de RNA feitas de uma cópia da molécula de DNA.

3. A regulagem da expressão genética pode ser efetuada tendo controles específicos de cada elemento do trajeto entre o DNA e as proteínas.

A molécula de RNA é muito semelhante à molécula de DNA exceto que ela tem o nucleotídeo Uracil. Ela usa o Uracil para ligar-se ao nucleotídeo Adenina (A) ao invés de usar a Timina (T) como faz a molécula de DNA. A molécula de RNA não usa Timina.

A molécula de RNA parece ser uma versão primitiva da molécula de DNA. Alguns cientistas acreditam que a vida começou primeiro numa forma RNA. Somente mais tarde surgiu a molécula de DNA.

O que é JUNK (LIXO) DNA?

A seqüência de nucleotídeos A, G, C, e T na desempacotada molécula de DNA carrega a informação necessária para criar um rato, uma galinha ou um ser humano. Os biólogos moleculares se surpreenderam ao encontrarem que a maioria das moléculas de DNA não significam nada. O potencial do código genético parece ser extravagantemente desperdiçado. 97% das seqüências de letras no DNA humano são cortadas e são jogadas fora durante a cnstrução de proteínas. A proteína é construída usando somente os 3% remanescentes das seqüências. Este segmento de 3% tem grande conteúdo de informação e é chamado Seqüência de Codificação. Os 97% que não tem valor é chamado a Seqüência de não-codificação. As Seqüências de Não-Codificação são geralmente chamadas de 'Junk DNA'. 

Várias idéias foram colocadas adiante para explicarem a existência do Junk DNA. Talvez estas Seqüências de Não-Codificação protegem a significativa Seqüência de Codificação ocultando-as do do ambiente exterior hostil. Quando embutida em largos pedaços irrelevantes da molécula de DNA, a Seqüência de Codificação tem muito mais chances de se duplicar com sucesso. Os raios cósmicos e outras influências externas são muito mais provavelmente colidir sobre as partes maiores mas irrelevantes da molécula que as partes menores da Seqüência de Codificação. Uma outra idéia, que tem sido suportada por experimentos recentes, é que o Junk DNA é útil para diminuir a velocidade do processo de duplicação pois ela é viscosa. A taxa de duplicação mais lenta permite o DNA manter a integridade da informação genética intacta.

Genoma: O repositório principal de informações genéticas para um organismo; geralmente refere-se às moléculas de DNA e sua sequência de nucleotídeos.

O genoma bacterial é uma simples molécula de DNA, enquanto o genôma humano consiste de moléculas de DNA de cada dos cromossomos. O genôma humano tem por volta de 100.000 genes, com cada gene variando entre 1000 até 100.000 bases (os "degraus" da "escada" torcida de DNA). O genôma é estimado ter aproximadamente 3 bilhões de letras.

O trabalho sobre o arrombamento do código genético tem avançado tão rapidamente que podemos concluir que a evolução tem finalmente produzido uma forma de vida com a impressionante habilidade e responsabilidade para controlar e dirigir o curso da evolução. Um entendimento completo do código poderia conduzir a criação de vida sintética, a cura do câncer e outras enfermidades, para um entendimento de como o cérebro armazena as suas memórias, como também muitas coisas surpreendentes.

 

A glossário de termos relevantes para a discussão do DNA dada acima pode ser encontrada no seguinte site: Glossário do Projeto Genoma Humano

 

Um dos mistérios ainda não explicados acerca da vida baseada no carbono na superfície da Terra é porque somos feitos de uma variação específica de aminoácidos que são chamados left-handed. Clique aqui para a discussão deste fato.