A Estrutura do DNA

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A Estrutura do DNA 
Mesmo antes de a estrutura do DNA ser elucidada, os estudos genéticos indicaram que 
o 1naterial genético deve ter três propriedades principais: 
1. Como essencialmente cada célula do corpo de um organismo tem a mesma 
constituição genética, a replicação fiel do material genético em cada divisão celular é crucial. 
Assim as características estruturais do DNA devem permitir uma replicação fiel. 
2. Como ele deve codificar uma constelação de proteínas expressas por um organismo, 
o material genético deve ter conteúdo informacional. 
3. Como as alterações hereditárias, chamadas mutações, fornecem a matéria-prima 
para a seleção evolutiva, o material genético deve ser capaz de mudar em raras ocasiões. 
Entretanto, a estrutura do DNA deve ser estável de modo que os organismos possam se basear 
em sua informação codificada. 
A estrutura do DNA antes de Watson e Crick 
Considere a descoberta da estrutura da dupla hélice de DNA por Watson e Crick como 
a solução de um complicado quebra-cabeças tridimensional. Para resolvê-lo, Watson e Crick 
usaram um processo chamado "construção de modelo" no qual eles reuniram os resultados de 
experimentos anteriores e continuados (as peças do quebra-cabeças) para formar o quebra-
cabeças tridimensional (o modelo da dupla hélice).Para compreender como o fizeram, 
primeiro precisamos conhecer que peças do quebra-cabeças estavam disponíveis a Watson e 
Crick em 1953. 
Os blocos estruturais do DNA: A primeira peça do quebra-cabeças era o conhecimento 
dos blocos estruturais básicos do DNA. Como substancia química, o DNA e bem simples. Ele 
contem três tipos de componentes químicos: (1) fosfato, (2) um açúcar chamado desoxirribose 
e (3) quatro bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina e timina. Os átomos de carbono 
nas bases tem números para facilitar a referencia. Os átomos de carbono no grupo açúcar 
também tem números. 
Nesse caso, o numero e seguido de um primo (1 ', 2', e assim por diante). O açúcar no 
DNA e chamado de "desoxirribose" porque tem apenas um átomo de hidrogênio (H) no 
carbono 2', ao contrario da ribose (um componente do RNA), que tem um grupo hidroxila (OH) 
nessa posição. Duas das bases, adenina e guanina, tem uma estrutura de dois anéis 
característica de um tipo de substancia chamada de purina. As outras duas bases, citosina e 
timina, tem uma estrutura com um só anel, chamada pirimidina. Os componentes químicos do 
DNA são dispostos em grupos chamados nucleotídeos, cada um composto de um grupo 
fosfato, uma molécula de desoxirribose e qualquer uma das quatro bases (Figura 7.5). 
É conveniente chamar cada nucleotídeo pela primeira letra do nome de sua base: A, G, 
C ou T. o nucleotídeo com a base adenina e chamado de desoxiadenosina 5' -monofosfato, em 
que o 5' refere-se a posição do átomo de carbono no anel de açúcar ao qual o único agrupo 
(mono) fosfato e ligado. 
As regras de Chargaff da composição de bases: A segunda peça do quebra-cabeças 
usado por Watson e Crick veio de um trabalho feito anos antes por Erwin Chargaff. Estudando 
uma grande seleção de DNA de organismos diferentes, Chargaff estabeleceu algumas regras 
empíricas sobre as quantidades de cada tipo de nucleotídeo encontrado no DNA: 
1. A quantidade total de nucleotídeos pirimidínicos (T + C) é sempre igual à quantidade 
total de nucleotídeos purínicos (A+ G). 
2. A quantidade de T e sempre igual à quantidade de A, e a quantidade de C e sempre 
igual a quantidade de G. Mas a quantidade de A + T não e necessariamente igual a quantidade 
de G + C, como pode ser visto na coluna direita do Quadro 7.1. Essa proporção varia entre 
organismos diferentes, mas e praticamente a mesma em tecidos diferentes do mesmo 
organismo. 
 
 
 
Analise de difração de raios X do DNA A terceira e mais controversa peça do quebra-
cabeças veio dos dados de difração de raios X na estrutura do DNA que fora1n coletados por 
Rosalind Franklin quando ela estava no laborat6rio de Maurice Wilkins (Figura 7.6). Em tais 
experimentos, os raios X são disparados nas fibras de DNA, e a dispersão dos raios nas fibras é 
observada captando os raios em um filme fotográfico, no qual os raios X produzem pontos. 
 O angulo de dispersão representado por cada ponto no filme da informações sobre a 
posição de um átomo ou alguns grupos de átomos na molécula de DNA. Esse procedimento 
não e simples de fazer ( ou de explicar), e a interpretação dos padrões de pontos requer um 
tratamento matemático complexo que esta além do escopo deste texto. Os dados disponíveis 
sugerem que o DNA e longo e fino, e tem duas partes similares que são paralelas umas as 
outras e correm ao longo da molécula. Os dados de raios X mostraram que a molécula e 
helicoidal (em espiral). Sem que Rosalind Franklin soubesse, sua melhor imagem de raios X foi 
mostrada a Watson e Crick por Maurice Wilkins, e essa era a peça principal do quebra-cabeças 
que lhes permitiu deduzir a estrutura tridimensional que podia explicar os padroes de pontos 
nos raios X. 
A dupla hélice 
Uma publicação de 1953 de Watson e Crick no periódico Nature começa com duas 
frases que abriram uma nova era da Biologia: "Nós queremos sugerir uma estrutura para o sal 
de acido desoxirribonucleico (D.N.A.). Essa estrutura tem novas características que são de 
considerável interesse biológico." A estrutura do DNA foi objeto de um grande debate desde 
os experimentos de Avery et al. em 1944. Como vimos, a composição geral do DNA era 
conhecida, mas como suas partes se reuniam não era conhecido. A estrutura preenchia os 
principais requisitos de uma molécula hereditária: a habilidade em estocar informação, a 
habilidade em se replicar e a habilidade em mutar. 
 
A estrutura tridimensional decifrada por Watson e Crick é composta de duas cadeias 
lado a lado ("filamentos") de nucleotídeos torcidos na forma de uma dupla hélice (Figura7. 7). 
Os dois filamentos de nucleotídeos são mantidos juntos por pontes de hidrogênio entre as 
bases de cada filamento, formando uma estrutura como uma escada em espiral (Figura 7.8a). 
 
 
 O arcabouço de cada filamento e formado de unidades alternadas de fosfato e 
desoxirribose que são conectadas por ligações fosfodiester (Figura 7.8b). Podemos usar essas 
ligações para descrever como uma cadeia de nucleotídeos e organizada. Como já mencionado, 
os átomos de carbono dos grupamentos açúcar são numerados de 1' a 5'. Uma ligação 
fosfodiester conecta o átomo de carbono 5' de uma desoxirribose ao átomo de carbono 3' da 
desoxirribose adjacente. Assim, cada ligação açúcar -fosfato e dita como tendo uma polaridade 
5' para 3', ou sentido, e a compreensão dessa polaridade e essencial na compreensão de como 
o DNA preenche seus papeis. Na molécula bifilamentar de DNA, os dois arcabouços estão em 
orientação oposta, ou em polaridade inversa (veja Figura 7.8b). 
Cada base é ligada ao átomo de carbono 1' de um açúcar desoxirribose no arcabouço 
de cada filamento e esta voltada para dentro ate uma base no outro filamento. As pontes de 
hidrogênio entre os pares de bases devem manter os dois filamentos da molécula de DNA 
juntos. As pontes de hidrogênio são indicadas por linhas tracejadas na Figura 7.8b. 
Os dois filamentos nucleotídicos pareados com polaridade inversa automaticamente 
assumem uma conformação de dupla hélice (Figura 7.9), principalmente pela interação de 
pares de bases. Os pares de bases, que são estruturas planares achatadas, empilham-se uns 
sobre os outros no centro da dupla hélice (veja Figura 7.9a). O empilhamento da estabilidade a 
molécula de DNA, excluindo as moléculas de agua dos espaços entre os pares de bases. A 
forma mais estável que resulta do empilhamento de bases e uma dupla hélice com doistamanhos distintos de sulcos correndo em uma hélice: o sulco maior e o sulco menor, como 
mostram ambas as fitas do modelo compactado (Figura 7.9b). A maioria das associações DNA-
proteina são nos sulcos maiores. Um único filamento de nucleotídeos não tem estrutura 
helicoidal; a forma helicoidal do DNA depende totalmente do pareamento e empilhamento 
das bases nos filamentos de polaridade in versa. O DNA e uma hélice com giro para a direita; 
em outras palavras, ele tem a mesma estrutura de um parafuso que seria aparafusado no lugar 
usando um movimento de giro horário 
 
A dupla hélice responde muito bem aos dados de raios X e, bem-sucedidamente, aos 
dados de Chargaff. Estudando os modelos que eles fizeram da estrutura, Watson e Crick 
perceberam que o raio observado da dupla hélice ( conhecido dos dados de raios X) seriam 
explicados se uma purina sempre fizesse par (por pontes de hidrogênio) com uma base 
pirimidina (Figura 7.10). Tal pareamento responderia pela regularidade (A+ G) = (T + C) 
observada por Chargaff, mas seriam previstos quatro possíveis pareamentos: T ··· A, T ··· G, C ··· 
A e C ... G. Os dados de Chargaff, entretanto, indicam que T só pareia com A, e C só pareia com 
G. Watson e Crick concluíram que cada par de bases consistia en1 uma base purina e uma base 
pirimidina, pareadas de acordo com a seguinte regra: G pareia com C e A pareia com T.
 
Note que o par G-C tem três pontes de hidrogênio, enquanto o par A-T só tem duas 
(veja Figura 7.8b ). Seria previsto que o DNA contendo muitos pares G-C seria mais estável que 
o DNA contendo muitos pares A-T. De fato, essa previsão é confirmada. o calor faz com que os 
dois filamentos de DNA se separem (um processo chamado de dissociação (melting) do DNA 
ou desnaturação do DNA). Os DNA com conteúdo maior de G + C podem ser mostrados 
requerendo maiores temperaturas para se dissociar devido a maior atração do pareamento G-
C. 
O DNA é uma dupla hélice composta de duas cadeias de nucleotídeos mantidas juntas 
pelo pareamento complementar de A com T e G com C. 
A descoberta de Watson e Crick da estrutura do DNA e considerada por alguns como 
sendo a descoberta biológica mais importante do século XX, e mereceu o Premia Nobel para 
Maurice Wilkins em 1962 (Rosalind Franklin morreu de câncer em 1958, e o premio não é 
concedido após a morte). O motivo de essa descoberta ser considerada tão importante é que a 
dupla hélice, além de ser consistente com os dados anteriores sabre a estrutura do DNA, 
preenche os três requisitos para uma substancia hereditária. 
1. A estrutura em dupla hélice sugere como o material genético pode determinar a 
estrutura das proteínas. Talvez a sequencia de pares de nucleotídeos no DNA determine a 
sequencia de aminoácidos na proteina especificada por esse gene. Em outras palavras, algum 
tipo de código genético pode escrever uma informação no DNA como uma sequencia de 
nucleotídeos e, então, traduzi-la em uma linguagem diferente de sequencias de aminoácidos 
na proteina. Como isso e feito e o assunto do Capitulo 9. 
2. Se a sequencia de bases do DNA especifica a sequencia de aminoácidos, então e 
possível uma mutação pela substituição de um tipo de base por outro em uma ou mais 
posições. 
3. Co1no Watson e Crick disseram nas palavras de conclusão de sua publicação de 
1953 na Nature, relatando a estrutura de dupla hélice do DNA: "Não escapou a nossa 
percepção que o pareamento especifico que postulamos sugere imediatamente um possível 
mecanismo de cópia para o material genético." Para OS geneticistas da época, o significado 
dessa afirmativa estava clara.