O DNA

O DNA (ácido desoxirribonucléico) é a parte mais importante de cada célula. Ele contém informações vitais que passam de uma geração à outra. O DNA coordena sua fabricação, assim como a de outros componentes das células, como as proteínas. Pequenas alterações do DNA podem ter conseqüências graves, e a sua destruição leva à morte celular.

Mudanças no DNA das células em organismos multicelulares produzem variações nas características da espécie. Durante muito tempo, a seleção natural age sobre essas variações para desenvolver ou mudar a espécie. A presença ou ausência da evidência de DNA em uma cena de crime poderia significar a diferença entre uma sentença de culpa ou absolvição. O DNA é tão importante que o governo dos Estados Unidos gastou muito para mapear a sequência de DNA no genoma humano na esperança de compreender e descobrir curas para muitas doenças genéticas. Finalmente, do DNA de uma célula, podemos clonar um animal, uma planta ou, quem sabe no futuro, até um ser humano.

Mas o que é DNA? Onde é encontrado? O que o torna tão especial? Como ele funciona? Nesse artigo, trataremos em detalhe da estrutura do DNA e explicaremos como ele se compõe e como determina todas as suas características. Primeiro, vamos analisar como o DNA foi descoberto.

O DNA é um ácido nucléico. Os ácidos nucléicos foram originalmente descobertos em 1868 por Friedrich Meischer, um biólogo suíço, que isolou o DNA das células do pus em bandagens. Embora Meischer suspeitasse que os ácidos nucléicos pudessem conter informações genéticas, ele não tinha como confirmar sua idéia.

Em 1943, Oswald Avery e seus colegas na Rockefeller University, mostraram que alterações no DNA de uma bactéria como o Streptococcus pneumoniae poderia transformar bactérias não infecciosas em infecciosas. Esses resultados indicaram que o DNA era a parte da célula que guardava as informações sobre suas características. O papel das informações do DNA foi melhor estudado em 1952, quando Alfred Hershey e Martha Chase demonstraram que para produzir novos vírus, um vírus bacteriófago injetou DNA, não proteína, na célula hospedeira.

Então, os cientistas criaram a teoria sobre o papel informativo do DNA, mas ninguém sabia como essas informações eram codificadas e transmitidas. Muitos cientistas achavam que a estrutura da molécula era importante para esse processo. Em 1953, James D. Watson e Francis Crick desvendaram a estrutura do DNA na Cambridge University. A história foi descrita no livro de James Watson "A dupla espiral" e levada às telas no filme "The Race for the Double Helix". Basicamente, Watson e Crick usaram as técnicas e os dados de modelagem molecular de outros pesquisadores (incluindo Maurice Wilkins, Rosalind Franklin, Erwin Chargaff e Linus Pauling) para decifrar a estrutura do DNA. Watson, Crick e Wilkins receberam o Prêmio Nobel de Medicina pela descoberta da estrutura do DNA (Franklin, que foi a colaboradora de Wilkins e forneceu uma peça chave dos dados que revelou sua estrutura a Watson e Crick, faleceu antes de o prêmio ser entregue).

A seguir, falaremos da estrutura do DNA.

DNA de animal X DNA de planta O DNA de todos os organismos vivos possui a mesma estrutura e código, embora alguns vírus utilizem o RNA como o portador de informações, em vez do DNA. A maioria dos animais possui duas cópias de cada cromossomo. As plantas, ao contrário, podem ter mais de duas cópias de vários cromossomos, o que geralmente é resultado de erros na distribuição dos cromossomos durante a reprodução celular. Nos animais, esse tipo de erro normalmente provoca doenças genéticas geralmente fatais. Por algumas razões desconhecidas, esse tipo de erro não é tão devastador nas plantas.

Estrutura do DNA

O DNA é um dos ácidos nucléicos, moléculas que contêm informações na célula (o ácido ribonucléico, ou RNA, é o outro ácido nucléico). O DNA é encontrado no núcleo de toda célula humana. As informações no DNA:

   ·  orientam a célula (junto com o RNA) na fabricação de novas proteínas   que   determinam todos os nossos traços biológicos.

  · passam (são copiados) de uma geração para outra.

A explicação para todas essas funções é encontrada na estrutura molecular do DNA, conforme descrito por Watson e Crick.

Embora possa parecer complicado, o DNA em uma célula é simplesmente um padrão feito de quatro partes diferentes, chamadas nucleotídeos. Imagine um conjunto de blocos que possui somente quatro formas, ou um alfabeto com apenas quatro letras. O DNA é uma longa fileira desses blocos ou letras. Cada nucleotídeo consiste de um açúcar (desoxirribose) ligado a um lado para um grupo de fosfato e ligado ao outro lado para uma base de nitrogênio.

      Watson e Crick descobriram que o DNA tinha dois lados, ou filamentos, e que esses filamentos estavam torcidos juntos, como uma escada caracol - a dupla espiral. Os lados da escada compreendem as porções fosfato-açúcar dos nucleotídeos adjacentes ligados juntos. O fosfato de um nucleotídeo é ligado covalentemente (uma ligação na qual um ou mais pares de elétrons é compartilhado por dois átomos) ao açúcar do próximo nucleotídeo. As ligações de hidrogênio entre os fosfatos fazem o filamento do DNA se torcer. As bases de nitrogênio apontam para dentro da escada e formam pares com bases no outro lado, como degraus. Cada par de bases é formado por dois nucleotídeos complementares (purina com pirimidina) presos juntos por ligações de hidrogênio. Os pares de base no DNA são adenina com timina e citosina com guanina.

Existem duas classes de bases de nitrogênio chamadas purinas (estruturas aneladas duplas) e pirimidinas (estruturas aneladas simples). As quatro bases no alfabeto do DNA são:

 ·             adenina (A) - uma purina

 ·             citosina (C) - uma pirimidina

 ·             guanina (G) - uma purina

 .             timina (T) - uma pirimidina

      Os filamentos do DNA são feitos do açúcar e das porções de fosfato dos nucleotídeos, enquanto as partes do meio são feitas das bases de nitrogênio. As bases de nitrogênio nos dois filamentos do par do DNA unem-se, purina com pirimidina (A com T, G com C), e são mantidas juntas por ligações frágeis de hidrogênio.

O DNA possui uma estrutura semelhante a uma escada caracol. Os degraus são formados pelas bases de nitrogênio dos nucleotídeos,
onde a adenina forma par com a timina, e a citosina com a guanina.

Ligação de hidrogênio Uma ligação de hidrogênio é uma ligação química frágil que ocorre entre os átomos de hidrogênio e os átomos mais eletronegativos, como oxigênio, nitrogênio e fluorina. Os átomos participantes podem estar localizados na mesma molécula (nucleotídeos adjacentes) ou em moléculas diferentes (nucleotídeos adjacentes em diferentes filamentos de DNA). As ligações de hidrogênio não incluem a troca ou compartilhamento de elétrons como ligações iônicas e covalentes. A atração frágil é como a que existe entre os pólos opostos de uma ímã. As ligações de hidrogênio ocorrem a curtas distâncias e podem ser facilmente formadas e quebradas. Elas também podem estabilizar uma molécula.

O DNA é uma molécula longa. Por exemplo, uma bactéria típica, como a E. coli, possui uma molécula de DNA com aproximadamente 3.000 genes (um gene é uma seqüência específica de nucleotídeos do DNA que se codifica para uma proteína. Falaremos disso posteriormente). Se alongada, essa molécula de DNA teria cerca de 1 milímetro de comprimento. Entretanto, uma E. coli típica tem apenas 3 mícrons de comprimento (3 milésimos de um milímetro). Para encaixar-se na célula, o DNA é totalmente enrolado e torcido em um cromossomo circular.

Os organismos complexos, como as plantas e os animais, possuem de 50 mil a 100 mil genes em muitos cromossomos diferentes (os seres humanos possuem 46 cromossomos). Nas células desses organismos, o DNA é enrolado ao redor de proteínas semelhantes a bolhas chamadas histonas. As histonas também são enroladas firmemente para formarem os cromossomos, que estão localizados no núcleo da célula. Quando uma célula se reproduz, os cromossomos (DNA) são copiados e distribuídos para cada célula descendente, ou célula-filha. As células não-sexuais possuem duas cópias de cada cromossomo copiado, e cada célula-filha recebe duas cópias (mitose). Durante a meiose, as células precursoras possuem duas cópias de cada cromossomo copiado e distribuído igualmente para quatro células sexuais. As células sexuais (espermatozóide e óvulo) têm apenas uma cópia de cada cromossomo. Quando o espermatozóide e o óvulo unem-se na fertilização, os descendentes possuem duas cópias de cada cromossomo.

Quais são os dados interessantes sobre o DNA?

•   Menos de 2% das 3,2 bilhões de seqüências de códigos produzem proteínas.
•  Você poderia colocar 5 milhões de cordões de DNA no buraco de uma agulha 
• Se você tivesse de colocar todos os cromossomos em cordões de DNA, haveria de   1,8 a 2,1 metros de DNA em cada célula.
•  Se todo o DNA de um adulto de tamanho normal fosse enfileirado, seria possível dar   a volta ao mundo 114 milhões de vezes.
•  Noventa e nove por cento de todas as seqüências de código genético são exatamente as mesmas em todos os seres humanos.