Apotila DNA histórico e estrutura

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BIOLOGIA MOLECULAR 
 
 
 
 
 
DNA 
Histórico e estrutura 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Silmar Primieri 
 
 
 
A descoberta do DNA 
 
Como foi descoberto o DNA e quem descobriu? 
 
É um equívoco comum pensar que James Watson e Francis Crick 
descobriram o DNA na década de 1950. Na realidade, o DNA foi descoberto 
décadas antes. Foi seguindo o trabalho dos pioneiros antes deles que James e 
Francis foram capazes de chegar a sua conclusão inovadora sobre a estrutura do 
DNA em 1953. 
 
A história da descoberta do DNA começa nos anos 1800 ... 
 
A molécula da Vida 
 
A molécula agora conhecida como DNA foi identificada pela primeira vez na 
década de 1860 por um químico suíço chamado Johann Friedrich Miescher. Johann 
começou a pesquisar os componentes-chave dos glóbulos brancos, parte do 
sistema imunológico do nosso corpo. A principal fonte dessas células foram 
curativos de pus coletados de uma clínica médica próxima. 
Johann realizou experimentos usando soluções de sal para entender mais 
sobre o que compõe os glóbulos brancos. Ele notou que, quando ele adicionou 
ácido a uma solução das células, uma substância se separava da solução. Esta 
substância dissolveu-se novamente quando se adicionou um álcali. Ao investigar 
essa substância, ele percebeu que tinha propriedades inesperadas diferentes das 
de outras proteínas. Johann chamou essa misteriosa substância de "nucleina", 
porque acreditava que ela vinha do núcleo celular. Sem que ele soubesse, Johann 
descobriu a base molecular de toda a vida - o DNA. Ele então começou a encontrar 
maneiras de extraí-lo em sua forma pura. 
Por muitos anos, os cientistas continuaram a acreditar que as proteínas eram 
as moléculas que continham todo o nosso material genético. Eles acreditavam que a 
nucleina simplesmente não era complexa o suficiente para conter todas as 
informações necessárias para compor um genoma. Certamente, um tipo de 
molécula não poderia explicar toda a variação observada dentro das espécies. 
 
Os quatro blocos de construção do DNA 
 
Albrecht Kossel foi um bioquímico alemão que fez um grande progresso na 
compreensão dos blocos básicos de construção da nucleina. 
Em 1881, Albrecht identificou a nucleina como um ácido nucleico e forneceu 
seu nome químico atual, o ácido desoxirribonucleico (DNA). Ele também isolou os 
cinco nucleotídeos. Bases que são os blocos de construção do DNA e RNA: 
adenina (A), citosina (C), guanina (G), timina (T) e uracilo (U). 
Este trabalho foi recompensado em 1910, quando recebeu o Prêmio Nobel 
de Fisiologia ou Medicina. 
 
A teoria cromossômica da herança 
 
No início dos anos 1900, o trabalho de Gregor Mendel foi redescoberto e 
suas ideias sobre herança começaram a ser devidamente apreciadas. Como 
resultado, uma inundação de pesquisa começou a tentar e provar ou refutar suas 
teorias de como as características físicas são herdados de uma geração para outra. 
Em meados do século XIX, Walther Flemming, um anatomista da Alemanha, 
descobriu uma estrutura fibrosa dentro do núcleo das células. Ele chamou esta 
estrutura de "cromatina", mas o que ele realmente descobriu é o que agora 
conhecemos como cromossomos. Ao observar esta cromatina, Walther 
corretamente entendeu como os cromossomos se separam durante a divisão 
celular, também conhecida como mitose. 
A teoria cromossômica da herança foi desenvolvida principalmente por Walter 
Sutton e Theodor Boveri. Eles apresentaram a ideia de que o material genético 
transmitido de pai para filho está dentro dos cromossomos. Seu trabalho ajudou a 
explicar a herança. Padrões que Gregor Mendel tinha observado mais de um século 
antes. 
Curiosamente, Walter Sutton e Theodor Boveri estavam realmente 
trabalhando de forma independente durante o final dos anos 1900. Walter estudou 
cromossomos de gafanhotos, enquanto Theodor estudou embriões de vermes. 
Entretanto, seu trabalho veio junto em uma união perfeita, junto com as descobertas 
de alguns outros cientistas, para dar forma à teoria cromossômica da herança. 
O recém graduado, Walter Sutton, expandiu a observação de Theodor 
através de seu trabalho com o gafanhoto. Ele descobriu que era possível distinguir 
os cromossomos individuais submetidos a meiose nos testículos do gafanhoto e, por 
isso, ele identificou corretamente o cromossomo sexual. Na declaração final de seu 
artigo de 1902, ele resumiu a teoria cromossômica da herança baseada nesses 
princípios: 
● Os cromossomos contêm o material genético. 
● Os cromossomos são transmitidos do pai para a prole. 
● Cromossomos são encontrados em pares no núcleo da maioria das 
células (durante a meiose esses pares se separam para formar células 
filhas). 
● Durante a formação de células de esperma e óvulos em homens e 
mulheres, respectivamente, os cromossomas separam. 
● Cada pai contribui com um conjunto de cromossomos para a sua 
prole. 
 
 
Revelando o DNA como a molécula da vida 
 
Como o DNA foi descoberto como portador de informações genéticas? 
 
Na primeira metade do século 20, os cientistas continuaram a acreditar que 
as proteínas em cromossomos formavam a base da informação genética que foi 
passada de geração em geração. Para eles, DNA era uma molécula muito simples 
para ser capaz de transportar esse tipo de informação complexa e as proteínas 
mostraram uma variação muito maior. 
No entanto, uma série de experimentos conduzidos por vários grupos de 
cientistas começaram a revelar que, na verdade, foi o DNA, não a proteína, que 
carrega a informação genética. 
 
Experiência de Avery-Macleod-McCarty 
 
Em 1944, Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty ajudaram a 
demonstrar o papel do DNA como portador de informações genéticas trabalhando 
com a bactéria que causa pneumonia, Streptococcus pneumoniae. 
No entanto, seu trabalho foi considerado um começo por um bacteriologista 
britânico chamado Frederick Griffith, que identificou algo chamado de "princípio 
transformador". 
Frederick estudou duas estirpes da bactéria Streptococcus pneumoniae. Uma 
delas, chamada de cepa S, tinha paredes lisas e era fatal quando injetada em 
camundongos. A segunda estirpe, R, tinha paredes ásperas e não era fatal quando 
injetada em camundongos. A cepa de S era lisa devido a um revestimento feito fora 
dos açúcares que ajudaram protegê-lo do sistema imunitário do rato. As rugosas, 
bactérias R eram ásperas porque não tinham um revestimento de açúcar, e por isso 
não estavam protegidas do sistema imunológico do rato. 
Frederick realizou uma série de experimentos para investigar ainda mais as 
cepas. 
1. Primeiro ele matou bactérias S com calor e as injetou nos ratos. Os 
ratos sobreviveram. 
2. Ele então injetou as bactérias S mortas pelo calor junto com bactérias 
vivas de R. Os ratos morreram. 
3. Depois de estudar o sangue desses ratos, ele ficou surpreso ao 
encontrar bactérias S vivas, de alguma forma as bactérias R rústicas 
se transformaram em bactérias S lisas. 
4. Ele então chegou à conclusão de que havia um "princípio 
transformador" responsável por isso. 
Mas o que exatamente aconteceu? Foram as proteínas nas bactérias, a 
camada de açúcar nas bactérias S? o sistema imunológico do rato? ou os ácidos 
nucleicos RNA? E DNA? 
 
Oswald Avery e seus colegas. Trabalhando em tubos de ensaio, eles usaram 
detergente para quebrar as células S mortas pelo calor para separar os diferentes 
componentes: 
 
 
Eles então destruíram os componentes um por um para identificar qual componente 
era o "princípio transformador". 
 
1. Primeiro eles combinaram as bactérias S mortas pelo calor com uma enzima 
que quebrou o envoltóriode açúcar liso. Eles então misturaram as bactérias 
S sem açúcar com as bactérias R e descobriram que as bactérias R ainda se 
transformaram em bactérias S. Assim, o "princípio transformador" não estava 
no casaco de açúcar. 
2. Em seguida, adicionaram enzimas de digestão de proteínas para destruir 
toda a proteína nas bactérias e, novamente, quando misturado com bactérias 
R, o R transformado em S. Portanto, o "princípio de transformação" também 
não era claramente uma proteína. 
3. Em seguida, eles isolaram os ácidos nucleicos, DNA e RNA, usando álcool. 
Eles então destruíram o RNA usando a enzima RNase, deixando apenas o 
DNA para trás. Eles misturaram-na com as bactérias R, e ainda ocorreu a 
transformação de R para S. Então, não era RNA. 
4. Finalmente, eles destruíram o DNA na solução usando DNase, misturaram-
na com as bactérias R, e nenhuma transformação ocorreu, as bactérias R 
permaneceram ásperas. Assim, o "princípio transformador" deve ser o DNA! 
 
 
 
 
 
O que é DNA? 
 
DNA ou ácido desoxirribonucleico é uma molécula longa que contém nosso código 
genético exclusivo. Como um livro de receitas que contém as instruções para fazer 
todas as proteínas em nossos corpos. 
 
● Seu genoma é feito de um produto químico chamado ácido 
desoxirribonucleico ou ADN - DNA. 
● DNA contêm quatro blocos de construção básicos ou 'bases: Adenina? (A), 
citosina? (C), guanina? (G) e timina? (T). 
● A ordem, ou sequência, destas bases formam as instruções no genoma. 
● O DNA é uma molécula de duas cadeias. 
● O DNA tem uma forma única de "hélice dupla", como uma escada torcida. 
 
 
A imagem mostra a estrutura em dupla hélice do DNA 
Fonte: Genome Research Limited 
 
 
● Cada fita é composta por sequências longas das quatro bases, A, C, G e T. 
● As bases em uma cadeia da molécula de DNA emparelham com 
complementar. Bases na cadeia de DNA oposta para formar os "degraus" da 
"escada" de DNA. 
● As bases sempre se unem da mesma maneira, A com T, C com G. Assim, a 
quantidade de A sempre é igual a de T e a quantidade de C é a mesma que a 
de G. No entanto, a quantidade de A + T não é necessariamente igual à C + 
G. Em adição, a quantidade total de nucleotídeos pirimidínicos (C + T) é 
sempre igual à quantidade total de nucleotídeos purínicos (A + G). 
● Cada par de bases é unido por ligações de hidrogénio . 
● Cada cadeia de DNA tem um começo e um fim, chamados 5 ' e 3' , 
respectivamente. 
● As duas cadeias funcionam na direcção oposta (antiparalelo) uma à outra de 
modo que uma corre de 5 'a 3' e uma corre de 3 'a 5'. 
● As cadeias são separadas durante a replicação do ADN. 
● No arcabouço de cada filamento os nucleotídeos são ligados covalentemente 
por ligações fosfodiéster que conecta o carbono 5’ de uma desoxirribose ao 
carbono 3’ do açúcar adjacente. Desse modo, cada ligação açúcar-fosfato é 
dita como sendo de polaridade 5’ para 3’ 
● Esta estrutura de dupla hélice foi descoberta pela primeira vez por Francis 
Crick e James Watson com a ajuda de Rosalind Franklin e Maurice Wilkins. 
● O genoma humano é feito de 3,2 bilhões de bases de DNA, mas outros 
organismos têm diferentes tamanhos de genoma. 
 
Estrutura química da molécula de DNA. 
 
Nucleotídeos 
 
Os nucleotídeos são blocos de construção dos ácidos nucléicos (ADN e 
ARN) formados pela associação de 3 moléculas – uma base nitrogenada, um 
grupamento fosfato e um glicídio do grupo das pentoses. 
 
 
 
Desta forma, podemos ter variações dentro destes ligantes, como, por 
exemplo: no DNA temos a presença da pentose desoxirribose, enquanto que no 
RNA temos a presença da pentose ribose. 
 
Podemos ainda, quanto à formação dos ácidos nucleicos, ter nucleotídeos 
diferentes em relação à base nitrogenada que o compõe, podendo esta ser púrica 
ou pirimídica. As bases púricas variam em Adenina e Guanina, enquanto que as 
bases pirimídicas são classificadas em Timina, Uracila e Citosina. Bases púricas e 
pirimídicas são complementares e possuem, cada uma, ligantes específicos. Assim, 
temos que a base púrica Adenina, se liga com as bases pirimídicas Timina e 
Uracila, enquanto que a base Guanina se liga exclusivamente à Citosina e vice-
versa.