DNA como matéria genético

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INTRODUCAO 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REVISAO BIBLIOGRAFICA 
Historial da Descoberta do DNA como material genético 
Em 1869, o bioquímico suíço Friedrich Miescher (1844-1895) isolou, de núcleos de células, um 
ácido que continha fósforo e nitrogénio, que denominou nucleína. Em 1889 seu discípulo, 
Richard Altmann mudou o nome para ácido nucléico. Em 1910, o bioquímico russo-americano 
Phoebus Aaron Levene descobriu no ácido nucléico a presença de um açúcar, a ribosa, uma 
pentosa que tinha sido sintetizada por Emil Fischer. Posteriormente, em 1903, Levene constatou 
que nem todos os ácidos nucléicos continham ribosa, alguns continham um tipo de ribosa ao qual 
faltava um átomo de oxigénio, a desoxirribosa. Havia, portanto, dois ácidos nucléicos, o 
ribonucléico (RNA) e o desoxirribonucléico (DNA). Albrecht Kossel descobriu que os 
compostos nitrogenados dos ácidos nucléicos eram bases aminadas cíclicas dos grupos das 
purinas (com um anel) e das pirimidinas, com dois anéis (EMBRAPA, 2004). 
Segundo RAHAL (2013), em 1953, os cientistas Watson e Crick apresentaram um modelo 
compatível com os resultados experimentais que haviam sido obtidos ate aquele momento. Esse 
modelo, da dupla hélice serviu de base para os experimentos históricos que confirmaram a 
hipótese inicial desses cientistas. 
 
Fig.1 – Modelo de Watson e Crick (1953) do DNA (dupla hélice). Fonte: www.todamateria.com.br 
 
http://www.todamateria.com.br/
Estrutura e Função do DNA 
A molécula de ácido desoxirribonucleico (DNA) consiste em duas longas cadeias polipeptídicas 
compostas por quatro tipos de sub-unidades nucleotídicas. Cada uma dessas cadeias é conhecida 
como uma cadeia de DNA, ou fita de DNA. As cadeias são antiparalelas entre si, e ligações de 
Hidrogênio entre a porção base dos nucleotídeos unem as duas cadeias (ALBERTS et al., 2017). 
Para o mesmo autor, os nucleotídeos são compostos de açúcares com cinco carbonos, aos quais 
um ou mais grupos fosfatos estão ligados, e uma base contendo Nitrogênio. No caso dos 
nucleotídeos do DNA, o açúcar é uma desoxirribose ligada a um único grupo fosfato, e a base 
pode ser adenina (A), citosina (C), guanina (G) ou timina (T). Os nucleotídeos estão 
covalentemente ligados em uma cadeia por açúcares e fosfatos, os quais formam a estrutura 
principal alternada de açúcar-fosfato-açúcar-fosfato. Como apenas a base difere em cada uma 
das quatro subunidades nucleotídicas, cada cadeia polinucleotídica no DNA assemelha-se a um 
colar de açúcar-fosfato (cadeia principal) do qual os quatro tipos de contas se projectam (as bases 
A, C, G e T). Esses mesmos símbolos normalmente são usados para representar as quatro bases. 
 
Fig. 2 e 3 – Estruturas químicas das bases azotadas. Fita de DNA e sua dupla hélice em modelo ilustrativo. Fontes: 
www.querobolsa.com.br e www.todamateria.com.br 
http://www.querobolsa.com.br/
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As funções do DNA podem ser compreendidas, segundo como Ribeiro (2009), especifica: 
1. Função de genótipo ou replicação – estrutura capaz de armazenar a informação genética 
e transmitir essa informação fielmente dos pais para os descendentes, de geração após 
geração; 
 
2. Função de fenótipo ou expressão gênica – controla o desenvolvimento do fenótipo do 
organismo, sejam vírus, bactérias, plantas ou animais. Ou seja, o material genético deve 
dirigir o crescimento e a diferenciação do organismo a partir do zigoto unicelular até o 
adulto maduro. Para controlar esse processo, o material genético deve não apenas se 
expressar apuradamente, mas cada gene deve agir no momento e no local precisos, 
garantindo que o fígado seja formado por células hepáticas, o sistema nervoso, por 
células nervosas e assim por diante; 
 
3. Função de adaptação ou mutação e recombinação – o material genético deve possibilitar 
plasticidade ao genoma, permitindo a variabilidade genética que, consequentemente 
influencia na capacidade de adaptação ao ambiente do organismo. 
 
Sendo que o DNA é uma molécula reactiva, alvo de alterações espontâneas e induzidas por 
agentes físicos, químicos e biológicos, os sistemas de reparo do DNA atuam para corrigir essas 
alterações, preservando a integridade do genoma. Os mecanismos de recombinação possibilitam 
o reagrupamento da informação, gerando novas combinações de sequências codificadas e 
individualidade aos organismos (RIBEIRO, 2009). 
 
Tipos de DNA em sistemas biológicos 
O DNA apresenta diferentes conformações, que dependem de vários factores da própria 
sequencia: a intensidade e direcção do super-enrolamento, modificações químicas das bases e a 
solução na qual o DNA esta presente (concentrações de metais, iões ou poliaminas). Em sistemas 
biológicos, os tipos mais comuns são: A-DNA, B-DNA e Z-DNA (DIGAMO, 2015). 
O A-DNA aparece em condições de humidade escassa e menor temperatura, comparado ao B-
DNA. Trata-se de uma dupla hélice com um sulco menor pouco profundo e um pouco mais 
amplo que o sulco maior, que é mais profundo. Em comparação com a dupla hélice do B-DNA, 
esta é mais aberta, tem maior diâmetro e uma disposição das bases nitrogenadas mais distante do 
eixo da hélice. As bases nitrogenadas estão mais inclinadas em relação à horizontal, mais 
próximas entre si e localizadas mais simetricamente em relação ao centro (CHOUDHURI; 
DIGAMO, 2014; 2015). 
Das três conformações existentes, a forma B-DNA é a mais comum, ou seja, é o DNA como 
conhecemos que ao contrario do B-DNA, encontra-se basicamente em condições de solução, e 
sua dupla hélice é mais longa e fina (CHOUDHURI, 2014). 
Para o mesmo autor, o Z-DNA é uma hélice do tipo canhoto (Z= zig-zag), este formulário foi 
identificado in vitro e dentro da célula. Regiões pequenas e localizadas dentro do tipo B 
fisiológica do DNA podem atingir uma conformação esquerda. Esta conformação é ditada por 
regiões de resíduos de purinas e pirimidinas alternadas, como 5'- GCGCGCGCGCGCGCGC - 3'. 
Assim, as conformações Z é mais estreita e mais longa que a B 
De uma outra forma, é possível constatar suas diferenças no quadro seguinte: 
Tipo/confor. Configurações 
A – DNA Diâmetro da hélice 2,3 nm (= 23 Å) 
Tamanho de volta completa (360
o
) 2,6 nm (= 26 Å) 
Número de pares 11 pares de bases 
B – DNA Diâmetro da hélice 2 nm (= 20 Å) 
Tamanho de volta completa (360
o
) 3,4 nm (= 34 Å) 
Número de pares 10 pares de bases 
Z – DNA Diâmetro da hélice 1,8 nm(= 18Å) 
Tamanho de volta completa (360
o
) 3,7 nm (= 37 Å) 
Número de pares 12 pares de bases 
Fonte: www.sciencedirect.com 
http://www.sciencedirect.com/
 
Fig.4 – representação dos principais tipos de DNA presentes nos sistemas biológicos. Fonte: 
www.aminoapps.com/tudosobreciencias 
 
Replicação do DNA 
A replicação do DNA ocorre num momento preciso do ciclo celular denominado fase S 
(Syntesis), que sucede outra fase denominada G1. A consequência da replicação do DNA é a 
divisão celular, quando são geradas novas células-filhas com o mesmo conteúdo genômico da 
célula precursora (Fissão binária) (DAVIS, 2016). 
Segundo a OpenStax College (2018), na teoria, este fenómeno pode acontecer através de três 
mecanismos: 
1. Replicação Semiconservativa 
Neste mecanismo, ocorre a síntese de duas moléculas – filhas de DNA na qual a fita 
original de molécula – mãe, é mantida, e a segunda complementar corresponde à fita – 
filha sintetizada a partir do molde. Desta forma, temos uma molécula – mãe que é aberta 
e a partir de cada fita desta, é originada uma outra complementar, atribuindo-se esta 
terminologia porque a molécula – filha não é identicamente igual a da mãe, pois durante a 
replicação a enzima que faz essa polimerização de DNA, comete alguns erros a cada 
nucleotídeo, por esse motivo não é exactamente igual a da mãe. 
2. Replicação Conservativa 
Ocorre a síntese de duas fitas complementares que usam a molécula – mãe como molde, 
que após a síntese,essas moléculas seriam separadas dos seus moldes e formariam uma 
nova molécula, recebendo tal terminologia pelo facto de originar fitas iguais de DNA. 
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3. Replicação Dispersiva 
As sínteses de duas fitas complementares, que usam a molécula – mãe como molde, mas, 
após a síntese, as moléculas resultantes seriam formadas pela junção de partes da fita – 
mãe e partes da fita recém – sintetizada, gerando, moléculas mistas. Desse modo, as fitas 
filhas são partes da fita – mãe e da fita – filha, gerando assim uma mistura. 
 
Fig. 5 – Modelos ilustrativos dos tipos de replicação do DNA, da esquerda a direita: R. conservativa, R. 
semiconservativa e R. dispersiva. Fonte: www.pt.khanacademy.org 
Na teoria podem ocorrer esses três mecanismos de replicação, porem na pratica, o mecanismo de 
replicação do DNA é sempre o semiconservativo (DAVIS, 2016). 
A seguir, é descrito o processo de replicação semiconservativo das bactérias E.coli, porém, 
temos em conta que os mecanismos de replicação descritos são aplicáveis a todos os organismos, 
plantas e animais (MORAES et al., 2013) 
 Início da replicação de DNA 
De acordo com o mesmo autor, a E. coli, como a maioria das bactérias, tem uma única origem de 
replicação em seu cromossomo. A origem tem cerca de 2t45 pares de bases e tem principalmente 
pares de bases A/T (que estão ligadas por menos pontes de hidrogênio que os pares de bases 
G/C), tornando as fitas de DNA mais fáceis de separar. Proteínas especializadas reconhecem a 
origem, ligam-se a este sítio, e abrem o DNA. 
http://www.pt.khanacademy.org/
Conforme o DNA se abre, duas estruturas com formato de Y, chamadas de garfos de replicação, 
são formadas, juntas compõem o que é chamada uma bolha de replicação. Os garfos de 
replicação movem-se em direcções opostas à medida que a replicação acontece (Idem). 
A Helicase é a primeira enzima de replicação a se ligar na origem de replicação. A função da 
helicase é avançar os garfos de replicação "desenrrolando" o DNA (quebrando as pontes de 
hidrogênio entre os pares de bases nitrogenadas). Proteínas chamadas proteínas ligadoras de fita 
simples recobrem as fitas separadas de DNA próximo ao garfo de replicação, impedindo-as de 
ligarem-se novamente em uma hélice dupla (Idem). 
 Primers e primase 
Polimerases de DNA somente podem adicionar nucleotídeos à extremidade 3' de uma fita 
existente de DNA (elas utilizam o grupo -OH livre encontrado na extremidade 3' como um 
"gancho", adicionando um nucleotídeo a este grupo na reacção de polimerização), a DNA 
polimerase adiciona o primeiro nucleotídeos em um novo garfo de replicação com a ajuda de 
uma enzima chamada primase. A primase faz um primer de RNA, ou um trecho curto de ácido 
nucleico complementar ao molde, que fornece uma extremidade 3' para a DNA polimerase 
trabalhar. Um primer típico tem cerca de cinco a dez nucleotídeos. O primer inicia a síntese de 
DNA, isto é, faz com que ela comece. Uma vez que o primer de RNA está em seu lugar, a DNA 
polimerase o "amplia", adicionando nucleotídeos um por um para fazer uma nova fita de DNA 
que é complementar à fita molde (Idem). 
 Fita líder e fita tardia 
DNA polimerases podem somente fazer DNA na direção 5' para 3', e isto coloca um problema 
durante a replicação. Uma dupla hélice de DNA é sempre antiparalela; em outras palavras, uma 
fita vai na direção 5' para 3', enquanto a outra vai na direção 3' para 5'. Isto faz com seja 
necessário que as duas novas fitas, que também são antiparalelas a seus moldes, sejam feitas de 
maneiras ligeiramente diferentes (AMABIS e MARTHO, 2011). 
Uma das novas fitas, a que se desloca de 5' para 3' em direção ao garfo de replicação, é a fácil. 
Esta fita é feita continuamente, porque a DNA polimerase está se movendo na mesma direção 
que o garfo de replicação. Esta fita sintetizada continuamente é chamada fita líder (Idem). 
A outra fita nova, que se desloca de 5' para 3' distanciando-se do garfo, é mais intricada. Esta fita 
é feita em fragmentos porque, conforme o garfo avança, a DNA polimerase (que se afasta do 
garfo) se separa e se religa ao DNA recentemente exposto. Esta fita intricada, que é feita em 
fragmentos, é chamada fita tardia (Idem). 
 Manutenção e limpeza 
Algumas outras proteínas e enzimas, além das principais citadas acima, são necessárias para 
manter a replicação do DNA funcionando adequadamente. Uma é a proteína chamada pinça 
deslizante, mantém as moléculas de DNA polimerase III no lugar à medida que elas sintetizam 
DNA. A pinça deslizante é uma proteína em forma de anel e evita que a DNA polimerase da fita 
tardia escape quando ela reinicia em um novo fragmento de Okazaki (RIBEIRO; ALBERTS, 
2009; 2017). 
Topoisomerase também desempenha um importante papel na manutenção durante a replicação 
do DNA. Esta enzima evita que a dupla hélice de DNA à frente do garfo de replicação torne-se 
muito estreitamente enrolada à medida que o DNA é aberto. Ela age fazendo cortes temporários 
na hélice para liberar tensão, depois fecha os cortes para evitar dano permanente (Idem). 
Finalmente, há um pequeno trabalho de limpeza a fazer se queremos que o DNA não contenha 
nenhum RNA ou lacunas. Os primers de RNA são removidos e substituídos por DNA através da 
actividade da DNA polimerase I, a outra polimerase envolvida na replicação. Os cortes que 
permanecem depois dos primers são substituídos e fechados pela enzima DNA ligase (Idem). 
 
Fig. 6 – Replicação semiconservativa do DNA. Fonte: www.blog.mepassai.com.br 
http://www.blog.mepassai.com.br/
Comparação do DNA de procariontes e eucariontes 
Cromatina e Eucromatica 
DNA viral 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CONSIDERACOES FINAIS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 
ALBERTS, B. et al. Trad. Ardala Andrade. Biologia Molecular da Celula. 6
a
 ed. São Paulo: 
Artmed. 2017 
AMABIS, José; MARTHO, Gilberto. Biologia. São Paulo:Moderna. 2011. Disponível em 
https://www.infoescola.com/genetica/replicacao, acesso aos 16 de Abril de 2020, as 18:32 
CHOUDHURI, Supratim. Bioinformatics for beginners. Elsevier B.V. 2014. Disponivel em 
www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/, acesso aos 14 de abril de 2020, as 23:54. 
DAVIS, Timóteo. A arte da replicação do Material Genético. Pensilvânia. 2016. Disponível em 
http://www.pt.khanacademy.org, acesso aos 16 de Abril de 2020, as 16:23 
DIGAMO, Rajesh. Adenovirus DNA Polymerase. Saxena. 2015. Disponível em 
www.wikipedia.org/aadn/, acesso aos 14 de Abril de 2020, as 23:59. 
EMBRAPA. Em 1953 foi descoberta a estrutura do DNA – Etapas de um grande avanço 
científico. Brasil: Nova Vieira. 2004 
MORAES, C. et al. Serie em Biologia Celular e Molecular – métodos experimentais no estudo 
de proteínas. 1
a
 ed. Rio de Janeiro: IOC. 2013 
OpenStax College of Biology. Basics of DNA replication. Disponivel em 
http://www.cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10,53, acesso aos 16 de 
Abril de 2020, as 16:18 
RIBEIRO, Maria. Genetica Molecular. Florianópolis: UFSC. 2009 
https://www.infoescola.com/genetica/replicacao
http://www.sciencedirect.com/topics/neuroscience/
http://www.pt.khanacademy.org/
http://www.wikipedia.org/aadn/
http://www.cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@10,53