O dogma central da biologia molecular é um conceito que busca explicar os mecanismos de transmissão e expressão da informação genética (ajudando consequentemente no entendimento da hereditariedade), criado pouco tempo após a descoberta da estrutura em dupla-hélice do DNA. Da forma como foi proposto inicialmente por Francis Crick em 1957 e posteriormente publicado em 1958, o dogma assume a transferência genética da molécula de DNA para uma de RNA, e posteriormente para proteínas, que são os componentes finais que atuam nas mais diversas funções celulares. Também assume que, uma vez que a informação passa para a proteína, não há retorno ou transferência para qualquer um dos ácidos nucleicos ou mesmo para outras proteínas; mas que é possível haver transferência de ácido nucleico para ácido nucleico, seja ele DNA ou RNA. Em outras palavras, DNA e RNA podem se duplicar, serem transcritos de um para outro ou gerar proteínas, mas o mesmo não ocorre com as proteínas em si, segundo o postulado. miniaturadaimagem|305x305px|O Dogma Central como proposto por Crick em 1958 Há ainda uma segunda versão do dogma que data de uma data próxima, formulada por James Watson, que não é válida atualmente porque assume uma unidirecionalidade na transmissão da informação contida nos genes de uma célula, ou seja, temos que o DNA é transcrito em RNA e que este, por sua vez, é traduzido em proteínas, não existindo possibilidade de retorno de RNA para DNA. Essa versão postula, ainda, que apenas a molécula de DNA é capaz de se duplicar. Todavia, sabe-se atualmente que esse processo não é unidirecional e que se assemelha mais ao que foi proposto por Crick anteriormente e que, apesar das exceções, é ainda aceito como uma explicação genérica válida para o fenômeno de transmissão da informação genética.
Quanto ao uso do termo dogma, palavra associada comumente a um significado religioso e de verdade absoluta, Francis Crick ressalta que cunhou erroneamente o termo ao elaborar o conceito, que é na realidade uma hipótese científica. Em uma entrevista registrada por Horace Freeland Judson em “O oitavo dia da criação”, Crick enfatiza a real intenção com o termo ao utilizá-lo em sua hipótese:Tradução livre: "Eu simplesmente não sabia o que dogma significava. E eu poderia muito bem ter chamado de 'Hipótese Central'... Dogma era apenas uma frase mais chamativa. E é claro que alguém teve que pagar por isso, porque as pessoas se ressentiram com o uso do termo… Se fosse ‘Hipótese Central’, ninguém teria se importado”.
Histórico da descoberta O Dogma Central foi formulado inicialmente por Francis Crick em um artigo chamado “On Protein Synthesis”, apresentado pela primeira vez em 1957 na reunião anual da Sociedade de Biologia Experimental em Londres e publicado em 1958. Nesse mesmo artigo, Crick ainda listou outras propriedades importantes relacionadas às proteínas, dentre elas o argumento de que a configuração tridimensional das proteínas deve ser determinada por sua sequência de aminoácidos e que sua síntese deve ser sequencial.
Apesar da proposta original de Crick (1958) em relação ao Dogma Central restringir apenas alguns tipos de transferência de informação, no caso, de proteína para proteína e de proteína para ácidos nucleicos, logo as interpretações que se seguiram reformularam a hipótese de forma mais restritiva, argumentando que o fluxo de informação só poderia ocorrer de DNA para RNA e posteriormente para proteínas. Esse foi o esquema difundido por James Watson, que foi logo confrontado por uma série de possíveis exceções. Enquanto isso, Crick permaneceu cauteloso em sua interpretação do dogma, e em várias ocasiões posteriores sentiu a necessidade de trazer de volta sua ideia original e explicá-la como a entendia. Em 1970, por exemplo, Crick criou um artigo voltado especialmente para o Dogma Central, incluindo um diagrama que, segundo ele, foi concebido, mas não publicado no artigo de 1958. Nesse diagrama, Crick apresenta de maneira explícita a existência de replicação tanto do DNA quanto do RNA e até a possibilidade de transferência de informação de DNA diretamente para proteínas, excetuando apenas as vias que já haviam sido consideradas impossíveis ou pouco prováveis em 1970: de proteína para proteína e de proteína para ácidos nucleicos. É necessário, porém, considerar as observações de Crick em relação à sua própria concepção do papel da hipótese na experimentação. Em sua opinião, sua função seria principalmente heurística:Tradução livre: “(...) A evidência direta é insignificante, mas descobri ser de grande ajuda para se familiarizar com esses problemas muito complexos (...)”.A partir do início da década de 60, o artigo escrito originalmente por Crick foi amplamente citado, mas nunca chegou a alcançar os níveis de citação do artigo de Watson e Crick de 1953 acerca da dupla-hélice do DNA. No entanto, nota-se que, apesar de um menor número de citações, estas foram realizadas por vários biólogos bem estabelecidos ou em ascensão, como G. W. Beadle, M. F. Singer, entre outros). A extensão dessa influência pode ser atribuída ao fato de que o Dogma Central, junto com a noção de complementaridade de pares de bases do DNA, forneceu uma estrutura teórica para biólogos moleculares interessados no estudo da síntese de proteínas e de mecanismos de expressão gênica. Como consequência, o foco desse ramo de pesquisa passou das proteínas para o DNA: mesmo que ainda se pensassem que a maioria da fisiologia celular era realizadas por enzimas (proteínas), o problema central passou a ser a compreensão do fenômeno da tradução da informação codificada no DNA em configurações enzimáticas específicas, que poderiam por conseguinte ajudar a explicar certas funções celulares. Todavia, uma resposta completa necessitou aguardar a caracterização de diferentes moléculas envolvidas no processamento da informação genética, tais como os RNA mensageiros. Assim, a hipótese miniaturadaimagem|Modelo gráfico de um trecho de uma molécula de DNA inicialmente formulada por Crick se provou ao longo dos anos muito mais complexa, e exigiu contribuições de diversos ramos independentes de pesquisa para se tornar mais robusta e compreendida.
Informação de sequências biológicas Por meio da divisão celular, a informação hereditária contida nos genes é passada de uma célula às suas células-filhas e, consequentemente, de uma geração para a outra pelas células reprodutoras de um organismo. Os genes são compostos por ácido desoxirribonucleico (DNA). Desse modo, grande parte da vida na Terra utiliza o DNA como biomolécula para armazenar informação - com exceção de alguns vírus cujo material genético é o RNA. O DNA armazena a informação genética por meio de sua estrutura molecular em forma de dupla hélice, ou seja, duas longas cadeias polipeptídicas enroladas lado a lado, formando um espiral.
Cada cadeia/fita de DNA é composta por uma desoxirribose (açúcar) ligada a um único grupo fosfato e uma base nitrogenada (adenina - A, citosina - C, guanina - G e timina - T). Tais cadeias são antiparalelas entre si e são unidas por ligações de hidrogênio entre a porção base dos nucleotídeos. Todas as bases estão voltadas para o interior da dupla hélice, enquanto que a cadeia principal de açúcar-fosfato localiza-se na região externa. Assim, a estrutura da hélice é semelhante a uma escada torcida, em que as laterais da escada são compostas por grupos de açúcar e fosfato e os degraus são formados pelas bases.
Uma base com dois anéis (purina) sempre se emparelha com uma base com um anel único (pirimidina), de forma que A sempre forma par com T (através de uma dupla ligação de hidrogênio) e G, com C (através de uma tripla ligação de hidrogênio). Portanto, cada cadeia de DNA contém uma sequência de nucleotídeos exatamente complementar à outra. As duas extremidades das cadeias se distinguem por uma possuir uma cavidade (hidroxila 3’) e a outra apresentar uma protuberância (o fosfato 5’).
Nesse sentido, para que as informações armazenadas no DNA sejam decodificadas para sintetizar proteínas, o ácido ribonucleico (RNA) tem um grande papel como molécula que carreia as informações do DNA no núcleo para o citoplasma, onde as proteínas são sintetizadas (pensando-se nos eucariontes). Apesar de o RNA também ser um ácido nucleico tal como o DNA, ele apresenta uma ribose em seus nucleotídeos, em vez de uma desoxirribose. Isto é, o RNA possui uma hidroxila (OH) ligada ao carbono 2’, diferentemente do DNA que possui um átomo de hidrogênio ligado a esse mesmo carbono.
A estrutura do RNA é uma cadeia unifilamentar de nucleotídeos, sendo mais flexível que o DNA e, assim, capaz de formar uma diversidade de formas moleculares tridimensionais complexas muito maior. Um filamento de RNA também é constituído por um arcabouço de açúcar-fosfato, além de uma base ligada covalentemente à posição 1’ em cada ribose. As ligações de açúcar fosfato também são produzidas nas posições 5’ e 3’ do açúcar e seus nucleotídeos contém as bases adenina (A), citosina (C), guanina (G) e uracila (U). A uracila do RNA está presente em lugar da timina, formando do mesmo modo duas ligações de hidrogênio com a adenina.
Além do RNA mensageiro (RNAm) que, como o próprio nome já segure, atua como um mensageiro, sendo o intermediário que transmite a informação do DNA para a proteína, há também dois outros tipos principais: o RNA transportador (RNAt) e o RNA ribossômico (RNAr). Os RNAt são responsáveis por transportar determinado aminoácido até o RNAm durante o processo de tradução. Já os RNAr, são os principais constituintes dos ribossomos, os quais são grandes complexos macromoleculares que unem aminoácidos para formar a proteína durante a tradução.
Como veremos mais adiante, a tradução do RNAm origina a proteína. Os principais determinantes da forma e função biológica são as proteínas, desempenhando incontáveis papéis, desde a catalisação de reações químicas diversas até a construção de várias estruturas de todos os seres vivos. Por definição, uma proteína é um polímero composto por aminoácidos, seus monômeros. Ou seja, uma proteína é uma cadeia de aminoácidos, sendo constituída sempre pelos mesmos vinte aminoácidos existentes, porém combinados de maneiras diferentes para formar inúmeras proteínas variadas. Os aminoácidos apresentam dois grupos funcionais: carboxila (também denominado de porção C-terminal) e amino (também denominado de porção N-terminal). Ambos os grupos estão ligados ao mesmo átomo de carbono (carbono ), sendo que nesse mesmo carbono também se ligam um átomo de hidrogênio e uma cadeia lateral (o grupo reativo - R). O grupo R é que determina as propriedades únicas de cada um dos vinte aminoácidos existentes nas proteínas.
É exatamente a maneira com que esses aminoácidos se organizam que determinará como se dará o enovelamento das proteínas. Dado que as proteínas são efetoras da informação genética, isto é, são moléculas que recebem a informação genética que está no DNA e a executam, tendo a capacidade de reconhecer e se ligar a moléculas específicas, sua função está totalmente atrelada à estrutura tridimensional delas, sendo assim ter a forma correta é essencial para que as proteínas desempenhem corretamente suas funções. Ademais, uma vez que a informação chega na proteína, ela não sai mais da proteína. Desse modo, uma mutação na sequência de bases pode ocasionar alterações nos códons, alterando a sequência de aminoácidos e consequentemente a estrutura e função da proteína.