BiologiaGenética

Estrutura do DNA

Entenda como é organizado o DNA

As ligações de hidrogênio estão presentes em cada um dos pareamentos dos nucleotídeos, mas podem ser rompidas, o que determina o despareamento das duas hélices da molécula. O calor é um dos fatores que podem contribuir para esse rompimento, chamado desnaturação.

Os trechos do DNA com maior concentração de pares citosina-guanina são mais resistentes à desnaturação, pois têm três ligações de hidrogênio.

Os trechos ricos em pareamentos adenina-timina desnaturam-se mais facilmente, pois estabelecem apenas duas ligações de hidrogênio em cada pareamento. Em geral, a desnaturação do DNA pode ser revertida facilmente, restabelecendo os pareamentos da molécula.

Desnaturação é o processo em que se modifica a estrutura de uma molécula biológica (principalmente proteínas) pela ação do calor ou de outros agentes, físicos ou químicos, tendo como resultado a destruição ou a alteração de suas propriedades, por vezes de modo irreversível.

A desnaturação do DNA pode ser facilmente revertida em situações normais de laboratório, nas quais o aquecimento não seja demasiado. Caso o DNA seja submetido a altas temperaturas, pode haver rompimento linear das moléculas, o que inviabilizaria a regeneração das sequências originais de pareamentos, levando à perda da informação genética.

Observe a figura  abaixo. Nela é possível identificar a molécula de pentose (desoxirribose), as moléculas de fosfato e as bases hidrogenadas. Note, ainda, a posição dos átomos de oxigênio (cor vermelha) no anel da molécula de desoxirribose.

Representação tridimensional do DNA ressaltando as ligações entre os átomos. As moléculas de fosfato (com átomos de cor amarela e vermelha) estão ligadas a pequenos anéis em forma de pentágono, como átomos na cor cinza, vermelha e branca, formando o esqueleto da dupla hélice.

A informação genética está armazenada nessa sequência de bases nitrogenadas. Assim como a sequência de letras dá significado às palavras em nossa escrita, a sequência de bases nitrogenadas constitui uma informação que a célula é capaz de decifrar, como veremos em outros capítulos.

A informação genética inscrita no DNA revela a sequência dos aminoácidos que farão parte da molécula de proteínas, ou seja, a estrutura primária da proteína.

Você viu que essa sequência de aminoácidos é muito precisa e rigorosa, e que, às vezes, a troca de um único aminoácido muda as propriedades funcionais da proteína, como no caso da hemoglobina produzida na anemia falciforme.

As bases com átomos de nitrogênio (em azul) estão na parte central da molécula e se mantêm pareadas por meio de ligações de hidrogênio (que não estão representadas).

Estrutura básica de uma molécula de DNA

Modelo da molécula de DNA. Os dois filamentos que formam o “esqueleto” da molécula, compostos de fosfatos ligados a pentoses, estão representados pela espiral (cinza), à qual estão presas as bases nitrogenadas devidamente pareadas: guaninas (verde) com citosinas (vermelho) e timinas (azul) com adeninas (amarelo).

sequência de bases nitrogenadas no DNA determina a sequência de aminoácidos na proteína. No exemplo, um pequeno trecho de uma proteína com três aminoácidos e o trecho de DNA responsável pela informação.

Você viu que vinte aminoácidos fazem parte das pro- teínas dos organismos. Como o DNA não possui vinte bases nitrogenadas, já se supunha que a informação genética residia na ordem de disposição das bases nitrogenadas ao longo da molécula de DNA.

Outra característica importante do modelo de Watson e Crick foi imaginar que o DNA formasse uma cadeia complementar, compondo uma dupla hélice.

Watson e Crick perceberam que essa estrutura dupla permitiria armazenar a informação com segurança. Além disso, seria possível explicar como o material genético é duplicado.

Cada uma das duas fitas poderia servir de molde para a formação de duas novas fitas, que seriam duplica- das mantendo a integridade da informação armazenada na sequência de bases nitrogenadas.

A figura abaixo mostra a duplicação do DNA como imaginado por Watson e Crick. Observe como as fitas novas têm as mesmas bases, nas mesmas posições.

Watson e Crick, ao propor a estrutura em dupla hélice, registraram que tinham percebido como a estrutura em forma de dupla fita permitia duplicar a molécula, formando duas moléculas iguais, exatamente com a mesma sequência de bases nitrogenadas, cada qual composta de uma hélice antiga e de outra recém-formada. Assim, eles levantaram a hipótese de que a replicação do DNA deveria ser semi-conservativa.

O modelo semi-conservativo de duplicação do DNA foi logo colocado em teste por meio da marcação do DNA

com elementos radioativos. Em 1957 foram publicados resultados nos quais os cromossomos das células da raiz de uma planta foram marcados com uma base nitrogenada contendo uma forma de hidrogênio radioativo.

Colocando essas células em uma cultura com bases nitrogenadas sem radioatividade, percebeu-se que todos os cromossomos das células-filhas da primeira geração permaneciam com radioatividade. Na segunda geração, apenas metade dos cromossomos das células-filhas mantinham radioatividade. Esse era justamente o resultado esperado pelo modelo semi-conservativo.

O experimento de 1957 no qual se estudou a duplicação do DNA de eucariotos. Os resultados eram consistentes com o modelo proposto por Watson e Crick em 1953.

No ano seguinte, um experimento com bactérias chegou aos mesmos resultados, mas com uma técnica mais sofisticada. Os norte-americanos Matthew Meselson e Franklin Stahl cultivaram bactérias em meio com uma única fonte de nitrogênio marcado, que tinha a vantagem de manter a radioatividade por muito mais tempo do que o hidrogênio.

As bactérias com radioatividade foram então transferidas para um meio com nitrogênio comum. A cada geração o DNA era purificado e era feita uma medida muito precisa da quantidade de cada forma de nitrogênio.

As bactérias da primeira geração, mesmo crescendo em meio livre de radioatividade, mantinham a metade da radioatividade do lote original. Apenas na geração seguinte apareciam bactérias livres de radioatividade.

O experimento ficou conhecido como Meselson-Stahl, confirmava resultados anteriores e convencia a comunidade científica de que o modelo semi-conservativo descrevia corretamente a duplicação do DNA.

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