cap 02 biologia molecular livro do Brown

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2 
Os genes são feitos de 
DNA 
Os cromossomos são proteinas mais DNA 
Prova de que os genes säão feitos 
de DNA o principio transformante - genes de bacteriófagos 
A primeira questão que devemos abordar é aquela cromossomos. Uma variedade de tecnicas experimen. 
fundamental nas mentes dos geneticistas e biólogos tais, principalmente a citoquimica, foi usada n 
enfoque deste problema, e, por volta de 1920, ficon 
lo. Em sua forma mais simples, a pergunta é: 'Do que claro que os cromossomos continham dois compos 
são feitos os genes?" Para sermos mais técnicos, a in- tos biológicos: proteína e oácido nucleico chamado 
formação que procuramos é a natureza química do ácido desoxirribonucleico, DNA. Um ou outro (o 
talvez uma combinação de amboS- uma nucleopro 
teína) deve portanto ser o material genético0. 
Para decidir qual era o candidato mais provável, os 
biólogos consideraram as propriedades dos genes e de 
que maneira estas propriedades poderiam ser forneci 
das pelas proteínas ou pelo DNA. A propriedade mais 
fundamental exigida para o material genéticoé que ele 
precisa ser capaz de existir em uma quase infinita 
variedade de formas: cada célula contém um grande te que tipos de substâncias bioquímicas compõem os número de diferentes genes (vários milhares na bac-
moleculares durante os primeiros 50 anos deste sécu-
material genético. 
2.1 Os cromossomos são feitos de 
proteína e DNA 
Uma vez estabelecido que os genes residem nos cro-
mossomos, foi percebido que a natureza química do 
gene podia ser descoberta determinando-se exatamen-
(a) DNA 
Guanina Citosina 
66+C1A 
Sargs- oto d 0lVA 
Timina Adenina 
(b) Proteina 
htloduro 
OooofP0000 O000 
Fig. 2.1 Avisão que se tinha em 1930 da estrutura do DNA e das proteínas. (a) O modelo tetranucleotidico incorrero para o DNA; todas as moléculas de DNA eram exatamenie guais. (b) A estrutura polipeptídica correta das proteínas. os polipeptídeos eram conhecidos como existindo em u variedade de formas diferentes, todas com sequencia diferentes de aminoácidos. 
Aminoácidos 
11 Os Genes são Feitos de DNA 
então do que eram feitos os genes? Dois experimen-
tos cruciais, radicalmente diferentes em sua proposi-
ção, finalmente levaram à elucidação de que o mate 
rial genético e não a proteína é o DNA. O primeiro 
destes experimentos foi a identificação.da natureza 
química do princípio transformante, uma substân-
cia que pode alterar a bactéria Streptococcus pneumo-
niae, de uma forma para outra. 
ONA- maunual oam 
téria mais simples, dezenas de milhares em organis-
mos superiores), cada um controlando uma caracte-
rística herdável diferente, e cada um supostamente 
tendo uma estrutura um pouco diferente da de outros 
genes na célula. Para satisfazer esta exigência de va-
riabilidade, o material genético precisa ser capaz de 
assumir um numero igualmente grande de estruturas 
químicas diferentes. 
Estas especulaçðes. embora bem fundamentadas, 
infelizmente levaram os biólogos a concluir que era a 2.2.1 O princípio transformante rpiumumdo: 
proteína. e não o DNA, o material genético, um erro 
que surgiu porque naquela época a estrutura do DNA o fato de que bactérias aparentemente idénticas po-
era mal compreendida. O DNA foi tido como uma dem existir sob uma variedade de formas foi desco 
molécula invariável. relativamente pequena. com peso berto no século dezenove e levou a uma confusão 
molecular de 1.227. Cada molécula de DNA foi con- quanto ao conceito de espécie poder ser aplicado a 
siderada exatamente igual a todas as Outras molécu- bactérias, do mesmo modo que a organismos superi-
las de DNA (Fig. 2.1(a). indicando que o DNA não ores. Durante a década de 1880, o grande microbiolo-
tinha a variabilidade necessária ao material genético. 
Em contrapartida, as proteinas eram conhecidas como porâneos sobre a existência das espécies bacterianas, 
macromoléculas feitas de extensos polímeros de mas a variedade de formas que podem ser encontra-
aminoácidos, com 20 aminoácidos diferentes e apa- das dentro de uma única espécie permaneceu uma 
rentemente sem restrições quanto a ordem na qual eles questão intrigante por muitos anos. 
podem se ligar (Fig. 2.1 (b). Já se sabia que podia 
haver um número quase infinito de tipos diferentes de térias que causam doenças pois, freqüentemente, uma 
proteínas, distintas umas das outras por suas diferen- única espécie pode incluir tanto formas virulentas 
ças na seqüência de aminoácidos: as proteinas, por- quanto não virulentas. O estudo de tais formas em S. 
tanto. possuíam a variabilidade potencial necessária pneumoniae, o agente causador de um tipo de pneu-
ao material genético. Não foi surpresa que os biólo- monia, levou à descoberta da transformação bacte-
gos durante a primeira metade deste século concluís- riana por um médico de Londres, FrederickGriffith, 
sem que os genes eram feitos de proteinas, encarando em 1928. 
o conteúdo de DNA dos cromossomos como talvez 
sendo um material estrutural, necessário para manter (a) A descoberta da transformação bacteriana 
Juntos os genes de proteínas. 
gista Robert Koch finalmente persuadiu seus contem-
A variação é particularmente importante nas bac-
Durante algum tempo, eram conhecidos três soroti-
pos de S. pneumoniae chamados Tipos I, II e Ill. As 
bactérias de cada sorotipo são diferenciadas pela na-
tureza de sua cápsula, um revestimento viscoso que 
envolve cada célula (Fig. 2.2). Esta cápsula é feita de 
um polissacarídeo secretado pela bactéria, com cada 
2.2 Prova experimental de que o DNA é 
o material genético 
Embora a hipótese de que os genes são feitos de pro- Somalpo t hnkngem de barbininr qui darhmia de 
teína fosse amplamente aceita na primeira metade do 
século, aqueles que a apoiavam estavam cientes de que 
não tinham uma evidência experimental sólida para 
sua opinião. A necessidade de uma identificação ex-
perimental do material genético cresceu bastante du-
Tante o final da década de 1930, quando gradualmen-
te tornou-se aparente que o' DNA.)em vez de ser uma 
Simples molécula inadequada como material genéti-
Co, erana verdade um longo polímero e, como as pro-
teinas, poderia existir em um número quase infinito. 
de formas variáveis. Se tanto a proteína quanto o DNA 
satistaziam a necessidade fundamental ao material Fig. 2.2 Uma oélula bacteriana tipica mostrando as camadas da super-
genético, e ambos estão presentes nos cromossomos, ficie, inclusive a cápsula. 
Membrana celular (75-80 A de espessura) 
|da muna opi 
Cu m Uududu 
Parede celular 
(100-800 A de espessura) 
Camada externa ou capsula 
(espessura variável, 
possivelmente ausente) 
12 GcnettA 
Quatro dos cxperimentos de Griffith foram particu Sorotipos de S. pneumoniae 
n 
larmente importantes (Fig. 2.3). Eles eram os seguin. 
Os diferentes sorotipos são distinguidos por testes 
imunológicos. Se o Tipo I de bactérias S. pneumoniaeé 
injetado na corrente sanguínea de um carmundongo,o 
animal irá produzir proteinas protetoras, chamadas 
anticorpos. que se ligam às bactérias e ajudama 
destrui-las. Os anticorpos são altamente especificos e só 
se ligam a um tipo de bactéria. Por exemplo, um anticorpo 
para S. pneumoniae Tipo I não fará reação cruzada com 
oélulas do Tipo ll ou do Tipo lil. Um anticorpo contra 
bactérias do Tipo Il também é específico para este sorotipo 
e não reage com nenhum outro. Os anticorpos purificados 
podem, potanto, ser usados nos testes diagnósticos para 
sorotipos diferentes de S. pneumoniae. 
Células de sorotipos diferentes transportam moléculas 
de superticie diferente, mas podem em todos os outros 
aspectos ser iguais. Elas ainda são membros da mesma 
espécie. Diferentes sorotipos de S. pneumoniae só diferem 
na composição quimica de suas cápsulas polissacarídicas. 
Alguns exemplos: 
es: 
1 
Um camundongo foi injetado com uma amostra de 
bactérias virulentas lisas, do sorotipo I(Tipo IS 
como esperado, o camundongo contraiu pneum 
nia. 
2) Um segundo camundongo foi injetado com bacté 
rias avirulentas rugosasdo sorotipo ID (Tipo IIR 
novamente o resultado esperado foi obtido eo ca 
mundongo continuou saudável. 
3) Em seguida, uma amostra de bactérias Tipo ISSfo 
morta por aquecimento a 60°C durante 3 horas e 
então, injetada no camundongo; o resultado foi que 
o animal continuou saudável. Novamente, isto era 
o resultado esperado pois, embora as bactérias Tipo 
IS sejam virulentas, apenas as bactérias vivas po. 
diam causar a doença. 
4. Finalmente, uma amostra de bactérias Tipo IS mor. 
tas por aquecimento, incapazes de causar a doen 
ça, foi misturada com bactérias avirulentas Tipo IIR 
Sorotipo Componentes da cápsula 
ramnose, glicose, ácido glicurônico 
glicose, ácido glicurónico 
galactose, glicose, ramnose 
galactose, glicose, N-acetilglicosamina 
ramnose, glicose 
XIV 
XVIll 
Com S. pneumoniae, a cápsula não é responsável por 
elicitar a doença em um animal infectado. As formas 
rugosas de cada sorotipo, que não têm cápsula, são 
portanto avirulentas. 
1. Camundongo injetado 
Com bactérias IS 
S 
S S 
S 
IS 
sorotipo produzindo uma cápsula de composição 
polissacarídica diferente. A cápsula dá às colônias de 
S. pneumoniae uma aparência suave e brilhante. Daí, 
sua designação de forma 'S' (do inglês, smooth). 
Cada sorotipo também pode existir como uma for-
ma inofensiva, não virulenta, distinta do tipo virulento 
pela ausência da cápsula e por um aspecto "rugoso" das 
colônias. Os tipos não virulentos são portanto chama-
dos de formas "R"/Sabia-se que um determinado so-
rotipo podia mudar de forma (p. ex., o Tipo IS podia 
mudar para Tipo IR), seja naturalmente ou como resul-
tado de um tratamento experimental. Isto despertou o 
interesse em Griffith, pois seus resultados mostraramn 
que os pacientes que se recuperavam de pneumonia 
freqüentemente tinham em sua saliva a forma avirulenta 
R do sorotipo responsável pela infecção, possivelmen-
te, ele sugeriu, devido a uma atenuação da bactéria 
durante a recuperação da doença. Entretanto, em 1928, 
Griffith publicou os resultados de uma extraordinária 
série de experimentos que demonstraram que um tipo 
mais importante de transformação, de um sorotipo para 
Outro (p. ex., Tipo I para Tipo II), também podia Ocor-
rer, um evento que iria requerer uma mudança genéti-
ca em vez de fisiológica, 
2. Camundongo injetado 
com bactêrias lIR 
IR 
IR 
IR 
IIR 
IR 
3. Camundongo injetado com bactérias 
tipo IS mortas por aquecimento 
IS 1S 
1S 
IS 
4. Camundongo injetado com tipo IS 
morto por aquecimento e tipo 
IR vivas 
IIR 
s 
IS IR S. R 
IR 
IS IR 
IS 
IS 
IS IS 
IS 
IS 
Bactérias tipo IS vivas 
Fig. 2.3 Os experimentos de Griffith que 
demonstraram a transformaça 
da bactéria avirulenta do Tipo lIR em formas 
virulentas do Tipo IS. 
D
 
E
 
E
 
BIBL
IOTE
CA 
"D
R. 
FRA
NCI
SCO
 M
ON
TOI
OS 
CE
FE
T/P
I 
14 Genética 
Oswald Avery, 21 de outubro de 
1877, Nova Escócia; t 2 de fevereiro 
de 1955, Nashville. 
pesado. Ele fez várlas contribuições ao 
estudo da bactéria causadora da 
pneumonia, incluindo a identificação, em 
1932, dos polissacarideos específicos das 
lóri anadâ, 
mas seu pai, um capsulas 
de diferentes sorotipos. Sua 
clérigo, mudou-se com a família para Nova 
abordagem meticulosa do princípio 
transformante durou varios anos antes de 
culminar, em 1944, com a clara lorque no inicio da década de 1880. Avery 
estudou medicina na Universidade de 
Tumbla, cidade de Nova lorque, obtendo 
identificação de que o agente ativo éo 
seu MD em 1904, e juntou-se ao 
Rockefeller Institute Hospital em 1913, 
permanecendo lá até 1948, quando se 
aposentou e foi para Nashville, Tennesse 
Avery foi um dedicado bacteriologista que 
Continuou a dedicar longas horas ao 
laboratório, mesmo no final de sua carreira 
época em que muitos cientistas deixam 
seus estudantes fazerem o trabalho 
DNA. O Comite do Nobel foi criticado por 
não reconhecer as descobertas de Avery 
antes de sua morte, mas este prêmio não 
teria acrescentado nada à satisfação 
pessoal de Avery quanto a seu trabalho. 
Rene Dubos escreveu a biografia de Avery 
The Professor, the Institute, and DNA, 
Rockefeller University Press, New York, 
19 
uentenmente (po1s Os genes ainda eram tidos como princípio 
transformante e o DNA eram a mesm 
feitos de proteínas). o tratamento com protease não coisa. 
teve efeito sobre a capacidade de o filtrado transfor-
mar células R em forma S. Do mesmo modo, o tra-
tamento com ribonuclease n�o teve efeito sobre a 
O trabalho de Avery, MacLeod e McCarty foi Dn 
blicado em fevereiro de 1944, no auge da Segund 
Guerra Mundial e apenas 4 meses antes do Dia D. A 
atividade transformadora. Entretanto, a digestão do ler o trabalho hoje em dia, não temos dúvidas sobrea 
DNA com desoxirribonuclease destruiu totalmen-
te a capacidade transformadora, de modo que o fil-
trado não era mais capaz de converter um tipo de 
célula no outro. 
Gradualmente ficou claro para Avery e seus co-
laboradores que o princípio transformante precisa cação, e outros que estavam cientes do trabalho ainda 
ser o DNA, mas eles precisavam de mais evidénci- eontinuaram céticos. Foram levantadas dúvidas acer 
as. McCarty então purificou o DNA de células S 
mortas por aquecimento, e através do uso de técni-
cas tais como eletroforese, ultracentrifugação e riu-se que uma pequena quantidade de proteínas po-
espectroscopia de ultravioleta confirmou que o deria ter permanecido na preparação 'pura' do princí 
confiabilidade dos resultados ou a validade das con 
clusões. O trabalho, entretanto, não convenceu a co 
munidade científica de que os genes eram feitos de 
DNA. Muitos biólogos, especialmente na Europa 
somente viram o trabalho vários anos após sua publi 
ca da eficiência das enzimas usadas para digerir o 
* 
componente proteico do filtrado de células S. Suge 
AINDA TRANSFORMA AINDA TRANSFORMA 
Degradar 
polissacarideos 
Degradar 
proteinas 
Enzima Sl Tripsina, 
quimotripsina 
Degradar RNA Degradar DNA 
Aibonuclease Desoxirribonuclease Filtrado de células S 
mortas por 
aquecimento AINDA TRANSFORMA SEM TRANSFORMAÇAO 
Fig. 2.5 O principio transformante é o DNA. 
Os Genes são Feitos de DNA 15 
pio transformante e sido responsável pela transforma-
ção das células R em células S, caso os genes fossem 
feitos de proteínas. Estas dúvidas, embora infundadas, 
impediram que os resultados do grupo de Avery fos- identificação experimental independente do material 
sem unanimemente aceitos pela comunidade científi- genético. 
ca. Talvez, como ocorreu com Mendel, os cientistas 
daquele tempo não estivessem preparados para esta 
idéia totalmente nova. Era necessária uma segunda 
medir a velocidade na qual uma macromolécula ou partícula 
se sedimenta através de uma solução densa, em geral 
Sucrose, enquanto submetida a uma alta força centrifuga. A4 
velocidade de sedimentação é uma medida do tamanho da 
molécula ou partícula (embora a forma e a densidade 
também influenciema velocidade), e é expressa como um 
coeficiente de sedimentação (veja Seção 6.1.1). 
A segunda técnica é chamada centrifugação de 
gradiente de densidade. E produzido um gradiente 
de 
densidade centrifugando-se uma solução densa (geralmente 
cloreto de césio), e a alta força centrifuga empurra 0S ions 
cloreto e de césio para o fundo do tubo. Sua migração para baixo é contrabalançada por difusão, de modo queé 
estabelecido um gradiente de concentração, com a 
densidade do CsCl sendo maior na parte inferior do tubo. As 
macromoléculas presentes na solução de CsCI quando ela é 
centrifugada formam bandas em pontos distintos no 
gradiente, e a posição exata de cada banda depende 
da 
densidade de flutação da macromolécula. 
O DNA tem uma densidade de flutuação de cerca de 1,7 g 
cm, e portanto migra para o ponto no gradiente onde a 
densidade de CsCl também éde 1,7 g cm . As proteinas 
Eletroforese, ultracentrifugação e 
espectroscopia de ultravioleta 
Estas três técnicas. que estavam surgindo quando foram 
usadas por Avery,MacLeod e McCarty para estudar o 
principio transformante, são hoje métodos importantes e 
regularmente empregados em projetos de pesquisa que 
envolvemo DNA. 
Eletroforese é definida como o movimento de moléculas 
carregadas em um campo elétrico. As moléculas de DNA, 
como as prote inas e muitos outros compostos biológicos, 
transportam uma carga elétrica, negativa no caso do DNA. 
Conseqüentemente, quando as moléculas de DNA são 
colocadas em um campo elétrico, elas migram em direção ao 
póio positivo. Em uma solução aquosa, a velocidade de 
migração de uma molécula depende de dois fatores: sua 
forma e sua carga elétrica, indicando que a maioria das 
moiéculas de DNA migra na mesma velocidade em um 
sistema aquoso de eletroforese. 
Hoje em dia, a eletroforese de DNA é geralmente feita em 
um gel feito de agarose, poliacrilamida, ou uma mistura das 
duas. Em um gel, a velocidade de migração de uma 
macromolécula éinfiuenciada por um terceiro fator: seu 
tamanho. Isto é devido ao fato de o gel ser feito por uma 
complexa rede de poros através dos quais as moléculas 
precisam atravessar a fim de atingir o eletrodo. Quanto 
menor a molécula, mais rápido ela pode migrar pelo gel. A 
eletroforese em gel separa, portanto, as moléculas de DNA 
de acordo com seu tamanho. 
Proteina 
1,60 
1,65 Aumento de 
Concentraçao 
de CsCI 1,70 
DNA 
1,75 
Tampão 1,80 
Gel ONA colocado 
no ponto inicial 
ogel 
RNA 
Densidade de 
CsCI (g cm) 
Eletroforese 
têm densidades de flutuação muito mais baixas, e o RNA um 
pouco mais alta. DNA é separado em bandas de 
fragmentos com tamanhos diferentes 
Espectroscopia de ultravioleta. A espectroscopia envolve a 
análise de substâncias pelo espectro que produzem. O 
espectro de luz emitido ou absorvido por uma substância é 
característico da substância. Por exemplo, o DNA absorve 
fortemente radiação ultravioleta com um comprimento de 
onda de 260 nm; as proteinas, por outro lado, têm uma forte 
absorbância em 280 nm. 
Menores 
A eletroforese em gel também é rotineiramente usada para 
separar proteinas de massas moleculares diferentes. 
Ultracentrifugação. A ultracentrifuga, inventada por 
Svedberg em 1925, permite que as amostras sejam 
Submetidas a intensas forças centrífugas, até milhares de 
vezes a gravidade. As células, os componentes celulares e 
as macromoléculas se sedimentam durante a 
ultracentrifugação, em uma taxa dependente de seu 
tamanho, forma, densidade e massa molecular. 
Hoje, duas versões de ultracentrifugação são importantes quantidade de DNA na soluç�o, a técnica também pode ser 
no estudo do DNA. A primeira é chamada análise de 
velocidade de sedimentação, um procedimento que envolve amostra. 
A espectroscopia de ultravioleta é geralmente usada para 
conferir se as amostras de DNA obtidas 
puras e não contêm proteínas ou outros contaminantes. 
Como a quantidade de radiação ultravioleta absorvida por 
uma solução de DNA é diretamente proporcional à 
células vivas são 
usada para determinar a concentração de DNA em uma 
16 Genética 
2.2.2 Os genes de bacteriófagos s�o feitos 
de DNA 
irão produzir grandes quantidades de novas partíc 
las de fago (Fig. 2.6(a)). Os detalhes de como Oco 
o ciclo de infecção n�o foram esclarecidos até vári arios Osegundo experimento dirigido para a caracterização anos mais tarde (Seção 13.1.2), mas desde o iníciod. 
química do material genético só foi feito em 1951-52. década de 1950 imaginou-se que, como os fagos n 
são capazes de se replicar por si soS, as novas partíc 
Nesta época. as técnicas experimentais haviam pro- las de fago precisam ser sintetizadas por bactérias, Pa 
gredido e novos enfoques aos problemas de genética isto, a bactéria precisaria usar a informação levad 
estavam disponíveis. Em particular, foi totalmente pelos genes do fago, e provavelmente (como propoe 
to) estes genes teriam que entrar nas bactérias para q 
sete anos após a publicação do trabalho de Avery. 
estabelecido o uso de bacteriófagos como instrumen- que to experimental para o estudo da genética molecular. sua informação fosse usada (Fig. 2.6(6). Se fos 
possível identificar o componente das partículas infe 
ciosas do fago.que.entra nas bactérias, seria conhec. (a) Os bacteriófagos são vírus que infectam 
bactérias da a natureza química do material genético. 
Os bacteriófagos, ou fagos como são comumente co-
nhecidos. são víras que infectam especificamente bac- (b) A proteína e o DNA do fago podem ser 
érias. O fago T2, por exemplo, é um dos vários tipos marcados com marcadores radioativos 
de fago que são específicos da bact¿ria Escherichia A identificação da substância injetada pelos fagos nas 
coli. Se bacteriófagos T2 forem introduzidos em uma bactérias é simplificada pelo fato de que as partículas 
cultura de E. coli, as células se tornarão infectadas e de fago contêm apenas proteína e DNA. Em 1951, foj 
Jodvnn pueuam r Mnulpdo 
BacluuoLaoen pontnl qu 
omelorma' 
rolurvncU 
Cgmhucur a nalu*wap 
Aincode nalueua 
truluce 
(a) 
Adição de alguns 
bacteriófagos 
Morte, lise 
das bactérias 
Cultura de 
bactérias 
Bactérias vivas 
Muitos bacteriótagos 
(p) 
Bacteriófago 
Os genes do bacteriófago 
entram na célula 
E. coll 
Novos bacteriófagos 
são liberados 
Fig. 2.6 Infecção de uma bactéria por bacteriófagos. (a 
Um pequeno número de bacteriófagos pode infectar umd 
cultura de bactérias, matando todas as células enquan 
novos fagos são sintetizados. (b) Durante a infecçao o 
uma única bactéria, os genes do fago precisam entrar na 
celula a fim de orientar a síntese de novos bacteriótagos 
Hershey e Chase criaram a hipótese de que o esquema 
precisa funcionar de um modo similar ao mostrado. 5 
detahes do ciclo infeccioso, comoo entendemos, sao 
descritos na Seção 13.1.2. 
Bactéria morta 
Os genes do tago 
orientam a sintese de 
novos bacteriófagos 
11 
Os Gienes são 
Feitos de 
DNA 
(a) Polipeptideo 
S-enxofre 
O0000000 
(b)DNA 
p-fósforo0 
Fig. 2.7 Marcação 
diferencial de (a) uma proteína 
e (b) 
DNA com 5S e 3P. Os polipeptiídeos 
têm dois aminoaci 
dos contendo enxofre 
(cisteina e metionina) 
mas não tos-
foro. O DNA não contém enxofre, 
mas cada ligação entre 
unidades de uma molécula de 
DNA contém fósforo. 
OOO»OAO«OrOsOO 
bactéria. Hershey e Chase acreditavam que 
a agitação 
removeria o material do fago ligado à parte externa 
da desenvolvido um novo método que permitiu a distin-
ção inequívoca entre 
a proteína eo DNA. Este proce-
dimento, chamado radiomarcação, envolve a ligação bactéria, 
de modo que o único componente 
retido pela 
de um átomo radioativo (ou 'marcador') 
à molécula bactéria seria a substância injetada: os genes 
do fago. 
em quest�o. A proteína e o DNA podem ser diferen-
A cultura foi então centrifugada de modo que as bac 
ciados poIS a proteina pode ser marcada com 3S, um 
térias relativamente pesadas, contendo os genes 
do 
isótopo radioativo do enxofre, que é incorporado aos fago, 
fossem coletadas na parte inferior do tubo, dei-
aminoácidos cisteina e metionina contendo enxofre. 
xando as partículas vazias de fago em suspensão. 
ODNA não contém enxofre, e não pode ser marcado Hershey 
e Chase descobriram que mais de 80% do 
"P 
comS. Contrariamente, o DNA pode ser marcado 
com P. que não será incorporado às proteínas, pois 
elas não contêm fósforo (Fig. 2.7). Uma vez 
marca-
das, as amostras de DNA e de proteína podem ser 
di-
ferenciadas umas das outras pois os dois radioisótopos 
3P eS emitem radiação com energias 
caracteristi-
camente diferentes. 
Isótopos 
Todos os elementos existem sob várias formas, chamadas 
isótopos, cada uma diferindo somente nos números 
de 
néutrons no núcleo atömico. Isótopos diferentes do mesmo 
elemento têm, portanto, o mesmo número atömico, mas 
massas atômicas diferentes. 
Os isótopos podem ser estáveis (por exemplo 12C) ou 
instáveis (por exemplo ""C). Se instável, o isótopo se 
transforma em estável (possivelmente n�o do mesmo 
elemento) com a emissão de radiação de energiacaracterística. Um instrumento tal como um contador de 
(c)O experimento de Hershey-Chase 
O experimento crítico foi feito por Alfred Hershey 
e 
Martha Chase, no Cold Spring Harbor Laboratory em 
Long Island, Nova lorque. Eles prepararam uma amos 
tra radioativa do fago T2, na qual a proteína foi mar 
cada com 5S e o DNA com 32P, de uma cultura de E. 
coli infectada por T2 que tinha sido cultivada 
com 
nutrientes marcados com 5S e P. Os fagos marca-
dos produzidos por esta cultura foram usados para 
infectar uma nova cultura de E. coli não radioativa 
(Fig. 2.8). Entretanto, desta vezo processo infeccio-
so foi interrompido após alguns minutos da inocula-
çao agitando-se as células em um liquidificador (de 
onde vem o nome popular de 'experimento do 
liquidificador'). Estes poucos minutos foram sufici-
entes para que os genes do fago pudessem entrar na 
bactéria, mas não suficientes para que fossem produ-
Zidos novos bacteriófagos e para haver a morte da 
cintilação líquida pode ser usado para medir a quantidade 
de desintegração radioativa e identificar o átomo radioativo 
envolvido. 
Para o biólogo, o fato principal sobre os isótopos é que 
todos eles, de um único elemento, têm o mesmo número de 
elétrons e, portanto, tëm propriedades quimicas idênticas. 
As células são incapazes de distinguir isótopos diferentes 
do mesmo elemento. Por exemplo, a E. coli não pode 
distinguir a "C-glicose da 1C-glicose, e utiliza ambas com a 
mesma eficiência como fonte de carbono. 
Hershey e Chase prepararam bacteriófagos marcados 
com 32P e S infectando uma cultura de E. coli cultivada na 
presença de nutrientes que continham estes isótopos 
radioativos. Então, após a infecção de uma nova cultura de 
bactérias com os fagos radioativos, eles foram capazes de 
determinar se a bactéria continha 32P-DNA ou 35S-proteína 
devido às energias características da radiação emitida por 
estes isótopos. Veremos a marcação com isótopos 
radioativos novamente no Cap. 11. 
18 Genética 
estavam presentes no pellet da bactéria. As bactérias 
foram então deixadas para que continuassem o pro-
cesso infeccioso e produzisscm novos fagos. Quase 
metade do *P. porém menos de 1% do "S, estava pre-
sente nestas novas partículas de fago. Obviamente.o 
material genético era o DNA e não a proteína. 
Alfred Hershey, 4 de dezembro de 1908, 
Owosso, Michigan; 22 
de maio 1997, Long Island. 
2.3 Aceitação do DNA como material 
genético 
Embora possam ser levantadas poucas dúvidas sobre 
a interpretação e a validade do experimento de Her-
shey-Chase. vários biólogos ainda não estavam con-
vencidos de que o DNA era o material genético de 
todos os organismos. Na verdade, tudo o que o expe-
rimento de Hershey-Chase tinha demonstrado era que 
os genes dos bacteriófagos são feitos de DNA. Os 
tagos são organismos incomuns, se, de fato, possam 
ser chamados de organismos, de modo que os resul-
tados dos experimentos com fagos não podiam ser 
extrapolados para organismos reais como os seres 
humanos. Um biólogo à procura de provas científicas 
ngorosas teria que aceitar que a natureza química do 
gene em organismos superiores ainda não tinha sido 
estabelecida. Entretanto. a partir de 1953, o DNA foi 
universalmente aceito como material genético. Isto 
Alfred Hershey começou como microbiologista, obtendo sSes 
PhD do Michigan State College em 1934 Com o trabalho 
sobre a bactéria Brucella. Ele então foi para Washington 
University, St. Louis, onde ficou até 1950, quando integro 
o Genetics Department do Carnegie Institute of Washington 
em Cold Spring Harbor, Nova lorque, tornando-se Diretor 
em 1962. Ele se aposentou em 1974, e viveu perto de Col 
Spring Harbor em Long Island. Ele foi um dos membros 
fundadores do Phage Group' de Delbrück, e foi 
responsável por várias descobertas que levaram a uma 
compreensão do ciclo infeccioso do fago. A descoberta de 
que o DNA do fago é injetado na célula hospedeira foi 
apenas uma etapa em seus longos estudos sobre fagos. 
Delbrück descreveu Hershey como 'socialmente 
inadaptado', e, portanto, idealmente destinado a ser um 
biólogo molecular. O próprio Hershey descreveu sua idéia 
do paraíso como "Ter um experimento que funcione, e ficar 
fazendo-o o tempo todo". Ele dividiu o Prêmio Nobel de 
1969 com Salvador Luria e Max Delbrück. 
Adição de bacteriófagos 
marcadoS com sP e S 
Esperar alguns 
minutos e agitar 
a cultura 
Cultura 
de E. coli 
Particula de fago 
O 
Bacteriófago 0 
Genes do 
Bactéria bacteriófago 
Centrifugar 
o9 Particulas 
Ofag0 em suspensão 
do 
35S 
32P 
Genes do fago e da 
bactéria no pellet 
Fig. 2.8 O experimento de Hershey-Chase. 
19 Os Genes são Feitos de DNA 
deveu-se à descoberta da estrutura de dupla hélice por Problemas Watson e Crick e à percepção de que a estrutura era 
absolutamente compatível com as necessidades do 
material genético. Este marco é o tópico central do 
capítulo seguinte. 
1. Defina os seguintes termos 
principio transformante 
Sorotipo 
cápsula bacteriana 
bacteriófago 
radiomarcação 
proteína 
ácido nucleico 
DNA 
Leituras Complementares nucleoproteína 
macromolécula 
R. Olby (1974) The Path to the Double Helix. Mac-
millan. London inelui uma avaliação particu-
larmente boa da teoria proteica do gene e seu des-
2. Descreva a contribuição dos seguintes cientistas 
para a compreensão da natureza química do gene: 
Griffith moronamento final. 
Avery, Macleod e MeCarty 
Hershey e Chase 
P.A. Levene (1921) On the structure of thymus nucleic 
acid and on its possible bearing on the structure of 
plant nucleic acid. Journal of Biological Chemistry, 3. Explique por que os biólogos no início da década 
48. 119-25-uma descrição inicial incorreta da es-
trutura invariável do DNA. 
o.T. Avery.C.M. MacLeod and M. McCarty (1944) 4. Descreva o que é transformação bacteriana e expll 
Studies on the chemical nature of the substance 
inducing transformation of pneumococcal types. 
Journal of Experimental Medicine, 79, 137-58; 5. Compare os métodos experimentais usados por 
A.D. Hershey and M. Chase (1952) Independent 
functions of viral protein and nucleic acid in 
growth ofbacteriophage. Journal of General Phy- 6. Explique como a radiomarcação foi usada 
no ex-
siology. 36. 39-56as duas publicações impor-
tantes que demonstraram que os genes são feitos 7. Até que ponto a 
afirmativa 'Os genes são feitos de 
de DNA. Ambas foram reimpressas em J.H. 
Taylor (ed.) (1965) Selected Papers in Molecular 
Genetics, Academic Press, New York. 
de 1900 pensavam que os genes eram feitos de pro-
teínas. 
que por que ela é relevante para a 
natureza química 
do gene. 
Avery e col. e por Hershey e Chase para determi-
nar a natureza química do gene. 
perimento de Hershey-Chase. 
DNA' é consistente com os resultados dos trabalhos 
de Avery e com os resultados do experimento de 
Hershey-Chase? 
M. McCarty (1980) Reminiscences of the early days 8. *Que propriedades, 
além da variabilidade, podem ser 
of transformation. Annual Review of Genetics, 14, 
1-15: M. McCarty (1985) The Transforming 
Principle: Discovering that Genes are made of 9. *Por que passaram-se 11 anos 
entre a descoberta da 
DNA. Norton, London-duas contribuições pes-
previstas para o material genético pelos nossos co-
nhecimentos do papel dos genes na hereditariedade? 
transformação bacteriana e a identificação quími-
ca do princípio transformante? 
Soais.