Biologia molecular: em que consiste esta disciplina?

A biologia molecular, juntamente com a bioquímica e a genética, estabelece uma série de relações interdisciplinares que são essenciais para a obtenção de conhecimento científico. Falamos sobre seus fundamentos e suas práticas mais comumente utilizadas.

Escrito e verificado por el biólogo Samuel Antonio Sánchez Amador.

Última atualização: 01 julho, 2023

A biologia molecular é uma disciplina científica dentro da biologia responsável por estudar os processos que ocorrem nos seres vivos do ponto de vista molecular. Ou seja, a menor parte de uma substância química que retém suas propriedades.

O Projeto Genoma Humano, lançado para mapear todos os genes de nossa espécie, fornece a seguinte definição de biologia molecular: “O estudo da estrutura, função e composição de moléculas biologicamente importantes”.

Ao falar de moléculas entramos em um mundo desconhecido para muitos, entre termos emocionantes que baseiam seus fundamentos, na maioria das vezes, em conceitos abstratos invisíveis ao olho humano.

As duas macromoléculas da vida

Segundo a revista Nature, a biologia molecular, mais do que uma ferramenta, é uma abordagem, aquela cujo objetivo é buscar além das manifestações biológicas observáveis em larga escala. Para fazer isso, os biólogos moleculares contam com o estudo de duas macromoléculas essenciais.

O DNA

O DNA ou ácido desoxirribonucléico é a macromolécula da vida, pois contém em seu interior as instruções genéticas utilizadas no desenvolvimento e crescimento de todos os organismos vivos. Também é responsável pela transmissão hereditária ou, ou seja, pela evolução da espécie ao longo do tempo.

Podemos ver o DNA como uma espécie de “biblioteca”, pois dentro dele os nucleotídeos estão associados em uma determinada ordem. Essas subunidades, unidas por ligações fosfodiéster, dão origem à fita individual de DNA. Essa cadeia, entrelaçada com outra de forma antiparalela, forma a dupla hélice.

Por sua vez, cada nucleotídeo contém uma base nitrogenada que lhe dá o nome. Estas podem ser as seguintes: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e, no caso do DNA, timina (T). A ordem das bases nitrogenadas na cadeia do DNA gera diferentes “frases”, aquelas que codificam as proteínas que dão origem à estrutura e função dos organismos.

Proteínas

Mudamos um pouco, já que a segunda macromolécula na qual se baseia a biologia molecular é a proteína. As proteínas são formadas por aminoácidos, que são codificados nas “frases” que se formam a cada três pares de bases do DNA. Vamos dar um exemplo:

CCA→ citosina (C), citosina (C), adenina (A)→ Prolina

Assim, o segmento de DNA com os nucleotídeos dispostos de maneira CCA codificará a síntese do aminoácido prolina. Por meio da transcrição e da tradução — processos que estão além do alcance desse espaço — o RNA permite que as instruções do DNA sejam transportadas para os ribossomos, onde as proteínas são montadas.

Assim, as proteínas são polímeros formados por uma associação de aminoácidos em uma ordem específica. Sua função é estrutural, biorreguladora e de defesa imunológica. Como curiosidade, diremos que as proteínas representam cerca de 50% do peso seco da maioria dos nossos tecidos.

Disciplinas científicas aliadas

Já descrevemos as duas principais moléculas de estudo da genética molecular, mas que outras disciplinas o acompanham na busca pelo conhecimento? Nós mostraremos a você.

Bioquímica

A bioquímica é um ramo da ciência que estuda a composição química dos seres vivos, especialmente proteínas, carboidratos, lipídios e ácidos nucléicos. Ao contrário da biologia molecular, ela se concentra mais nos processos metabólicos pelos quais esses compostos passam no corpo dos seres vivos.

Um exemplo disso seria a descrição da síntese de glicose a partir do glicogênio. Essa ciência se encarrega de investigar as enzimas envolvidas nesse processo e todos os produtos intermediários que tornam possível a reação completa. Ou seja, ela “mapeia” o metabolismo dos seres vivos.

Genética

Quando o DNA está envolvido no estudo de qualquer campo científico, a genética é necessária. A disciplina tenta entender como a herança biológica é transmitida de geração em geração através do DNA. Ela tenta prever como mutações, genes individuais e suas interações afetam o fenótipo dos seres vivos.

Características da biologia molecular

Já descrevemos as duas macromoléculas de estudo e os dois ramos da ciência acessória que ajudam a biologia molecular a obter o conhecimento em que se baseia. Mesmo assim, ainda temos que enquadrar de forma mais tangível o que os profissionais realmente fazem nesta matéria. Vejamos alguns exemplos:

• Investigar junto com a genética: a estrutura, função e regulação exercida pelos genes no organismo.
• Estudar as estruturas: dos corpúsculos celulares e suas funções dentro de cada tipo celular: mitocôndrias, núcleo, ribossomos e outros.
• Investigar juntamente com a bioquímica: a cinética e a composição das enzimas.
• Estudar a composição detalhada de certas moléculas: em diferentes espécies de seres vivos. Conhecimento que sustenta o ramo da filogenética.
• Explicar o comportamento biológico das macromoléculas dentro da célula: portanto, descrever as funções fisiológicas de um ser vivo com base nesse conhecimento molecular.

Essa jovem ciência, cunhada como disciplina científica oficial na década de 1930, está em expansão e crescimento contínuo. Novos métodos de pesquisa nos permitem cada vez mais descrever processos subjacentes invisíveis ao olho humano. Claro, o trabalho da biologia molecular apenas começou.

Principais técnicas de biologia molecular

Já lançamos as bases, mas nos resta toda a prática: é hora de se lançar no campo das técnicas e ferramentas que permitem obter todo esse conhecimento. Aqui apresentamos as principais técnicas utilizadas pela biologia molecular.

1. Eletroforese

De acordo com o Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano (NIH), a eletroforese é definida como uma técnica usada em laboratório para separar DNA, RNA ou proteínas com base em seu tamanho e carga elétrica.

A maioria das moléculas é eletricamente carregada e, portanto, move-se em um campo elétrico a uma certa velocidade. Aplicando uma corrente elétrica a essas amostras, colocadas sobre um papel ou um gel, produz-se uma clara separação. As moléculas menores se movem mais rapidamente pelo meio até o polo que as atrai, enquanto as maiores ficam para trás.

Essa diferença de velocidade pela porosidade do gel ou papel permite aos cientistas observar uma série de bandas no meio que fornecem informações relevantes. Por exemplo, você pode descobrir o tamanho de segmentos de DNA desconhecidos se tiver um padrão de bandas anterior.

2.PCR

A rainha das técnicas. Conhecida como reação em cadeia da polimerase, a PCR permite aos pesquisadores amplificar fragmentos muito pequenos de DNA. Ou seja, fazer um grande número de cópias de um segmento específico em pouco tempo.

Isso pode ajudar, por exemplo, a diagnosticar uma doença. Se o material genético de um vírus for encontrado em uma amostra de um paciente, quando amplificado, pode ser detectado muito mais facilmente por outras técnicas subsequentes.

3. Alteração das propriedades genéticas

Por mais surpreendente que pareça, a biologia molecular permitiu que os humanos introduzissem novos genes em células de organismos que não os teriam. Isso, por exemplo, permite aos pesquisadores aprender como a expressão de um gene afeta o organismo ou criar uma fábrica de proteínas, que é codificada pelo gene introduzido.

É o caso da insulina, já que o gene que a codificou foi introduzido em humanos em uma cepa de E. coli e, a partir daí, pôde ser feita a produção em massa do hormônio, graças a essas bactérias modificadas para insulina.

Algumas aplicações práticas da biologia molecular

O passeio pela biologia molecular terminará em algumas aplicações práticas em diversas indústrias para uso humano. A empresa IBIAN Technologies nos mostra os benefícios desta ciência de forma clara e concisa. aqui estão alguns exemplos:

• Criação de plantas transgênicas: aquelas que podem ser resistentes a certas doenças, apresentam maior adaptabilidade a ambientes hostis ou possuem maior valor nutritivo.
• Crescimento acelerado: de algumas espécies de interesse agrícola.
• Melhorias genéticas em cepas bacterianas: que as fazem sintetizar aminoácidos, vitaminas, vacinas e um grande número de compostos para uso humano.
• Produção de medicamentos: mais eficazes que, por sua vez, têm menos efeitos adversos.

Como podemos ver, o conhecimento da biologia molecular não fica no papel. Conhecer o comportamento biológico das moléculas dentro das células permitiu que os humanos modificassem alguns processos-chave em vários seres vivos, o que se traduz em diferentes benefícios médicos e econômicos.

O futuro está nas mãos da ciência

Como quisemos expressar nestas linhas, está claro para nós que a biologia molecular, junto com muitas outras disciplinas científicas, é o futuro da ciência. Através do estudo do DNA, proteínas e outras moléculas, este ramo da biologia levou e levará a muitos avanços importantes para a melhoria da sociedade moderna.

O conceito mais relevante de todos os anteriores é o seguinte: a biologia molecular é uma abordagem que tenta descrever os processos fisiológicos dos seres vivos a partir das moléculas que os constituem. A partir daqui o limite é o céu ou, neste caso, o próprio genoma.