DNA - COMPACTAÇÃO DE INFORMAÇÕES

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DNA 
O DNA (ácido desoxirribonucleico) é um tipo de ácido nucleico relacionado com o 
armazenamento e transmissão das informações genéticas. 
O DNA (ácido desoxirribonucleico) é um tipo de ácido nucleico que possui destaque 
por armazenar a informação genética da grande maioria dos seres vivos. Essa molécula 
é formada por nucleotídeos e apresenta, geralmente, a forma de uma dupla-hélice. Nos 
organismos eucarióticos, o DNA é encontrado no núcleo da célula, nas mitocôndrias e 
nos cloroplastos. Nos procariontes, o DNA está localizado em uma região que não é 
delimitada por membrana, denominada de nucleoide. 
 
→ Composição do DNA 
O DNA é composto por nucleotídeos, os quais são compostos por três partes: 
 Um carboidrato de cinco carbonos (pentose) 
 Uma base nitrogenada 
 Um ou mais grupos fosfato 
 
No que diz respeito ao açúcar presente no DNA, é verificada a presença de uma 
desoxirribose. A desoxirribose é uma pentose que se diferencia da ribose por possuir 
uma hidroxila a menos que esse último açúcar. 
 
 
Observe as diferentes bases nitrogenadas presentes nos ácidos nucleicos. A uracila não está presente no 
DNA. 
 
As bases nitrogenadas possuem um ou dois anéis, que apresentam átomos de 
nitrogênio, e estão classificadas em dois grupos: as pirimidinas e purinas. As 
pirimidinas possuem apenas um anel de seis átomos, sendo ele composto de carbono 
e nitrogênio. Já as purinas possuem dois anéis: um anel de seis átomos fusionados a 
um anel com cinto átomos. Citosina (C), timina (T) e uracila (U) são pirimidinas, 
enquanto a adenina (A) e a guanina (G) são purinas. Das bases nitrogenadas citadas, 
apenas a uracila não é observada no DNA. 
 
 
→ Estrutura do DNA 
 
O DNA é formado por duas cadeias de polinucleotídeos (fita), que são constituídas 
por vários nucleotídeos. Os nucleotídeos são unidos uns aos outros por ligações 
denominadas fosfodiéster (grupo fosfato ligando dois açúcares de dois nucleotídeos). 
Nessas ligações, um grupo fosfato conecta o carbono 3’ de um açúcar ao carbono 5’ do 
próximo açúcar. 
Essa junção dos nucleotídeos forma um padrão típico de repetição de unidade de 
açúcar-fosfato, que forma a cadeia principal. A essa cadeia principal estão ligadas as 
bases nitrogenadas. 
 
Observe as ligações entre os nucleotídeos e a complementaridade das bases nitrogenadas. 
 
Ao observar as extremidades livres de uma cadeia de polinucleotídicos, é perceptível 
que, de um lado, temos um grupo fosfato ligado ao carbono 5' e, de outro, temos um 
grupo hidroxila ligado ao carbono 3'. Desse modo, temos duas extremidades em cada 
cadeia: a extremidade 5' e a extremidade 3'. 
 
As duas cadeias de polinucleotídios do DNA formam uma dupla-hélice. As cadeias 
principais estão localizadas na porção externa da hélice, já no interior são observadas 
as bases nitrogenadas que estão unidas por ligações de hidrogênio. As cadeias 
principais apresentam as direções 5’ → 3’ opostas, ou seja, uma cadeia está no sentido 
5' → 3’, e a outra, no sentido 3' → 5’. Em razão dessa característica, dizemos que as 
fitas são antiparalelas. 
 
A união entre as bases nitrogenadas é que faz com que as duas cadeias fiquem 
unidas. Vale destacar que o pareamento ocorre entre bases complementares, sendo 
observada sempre a união de uma base pirimidina com uma base purina. O 
pareamento entre as bases só acontece das seguintes formas: 
 
 Adenina é pareada apenas com timina; 
 Guanina é pareada sempre com citosina. 
 
Como as bases são combinadas de maneira específica, podemos concluir que, na 
dupla-hélice, uma cadeia sempre será complementar à outra. Sendo assim, se uma 
cadeia apresentar a sequência de bases 5'-ACCGTCCA-3', teremos como cadeia 
complementar a sequência 3'-TGGCAGGT- 5'. Podemos concluir, portanto, que a 
quantidade de A é a mesma de T e a quantidade de G é a mesma que C. 
 
O modelo descrito acima para a molécula de DNA é a estrutura proposta por 
Watson e Crick, no ano de 1953. O modelo por eles proposto pode ser comparado a 
uma escada em caracol, em que as bases nitrogenadas formariam os degraus, e as 
cadeias de açúcar e fosfato formariam os corrimãos. 
 
→ Função do DNA 
O DNA é uma molécula extremamente importante para os seres vivos. São 
funções do DNA: 
 Armazenar e transmitir as informações genéticas. 
 Funcionar como molde para a síntese da molécula de RNA. O DNA, portanto, é 
fundamental para a síntese de proteínas, uma vez que contém as informações 
que comandam a síntese de RNA, e o RNA coordena a produção desses 
polipeptídeos (DNA → RNA → Proteína). 
 
→ Replicação e transcrição 
Quando o assunto é DNA, dois processos merecem destaque: a replicação e a 
transcrição. Quando falamos em replicação, referimo-nos ao processo pelo qual 
cópias idênticas à cópia de uma molécula de DNA são formadas. Para que esse 
processo ocorra, o DNA desenrola-se parcialmente e inicia-se a síntese de uma nova 
fita a partir da fita do DNA que será copiada. Esse processo é considerado 
semiconservativo, pois o novo DNA formado apresentará uma fita nova e uma fita do 
DNA original. 
Já o processo de transcrição é aquele no qual o DNA é usado para a formação de 
uma molécula de RNA. Nesse processo, o DNA abre-se em um ponto, e uma das fitas 
é usada como molde para a síntese de RNA. À medida que o RNA é transcrito, o DNA 
é fechado novamente. 
Um ponto interessante a ser destacado é que, durante o processo de transcrição, quem 
se emparelha com a adenina da fita molde é a uracila, uma base nitrogenada 
encontrada no RNA e ausente no DNA. 
Leia também: Tipos de RNA 
→ Diferença entre o DNA e RNA 
 
 
Observe as diferenças entre o RNA e o DNA. 
 
O DNA e o RNA são os dois tipos de ácidos nucleicos encontrados nos seres 
vivos. Apesar de ambos serem constituídos por subunidades de nucleotídeos ligados 
por ligações fosfodiéster, eles apresentam algumas diferenças básicas. Veja a seguir: 
 
 O DNA apresenta desoxirribose como açúcar, já o RNA apresenta uma ribose. 
 As bases nitrogenadas presentes no DNA são citosina, guanina, adenina e 
timina. No RNA, são encontradas a citosina, guanina, adenina e uracila. 
 O DNA apresenta duas fitas, mas o RNA é possui fita simples. 
 
O DNA é um ácido nucleico encontrado, geralmente, na forma de dupla-hélice. 
Cromossomo 
 
(1) Cromatídeo. Cada um dos dois braços idênticos dum cromossoma depois da fase S. 
(2) Centrómero. O ponto de ligação de dois cromatídeos, onde se ligam os microtúbulos. 
(3) Braço curto. 
(4) Braço longo. 
 
Um cromossomo é uma estrutura altamente organizada de uma célula, que contém o 
material genético de um organismo. Cada cromossomo é formado a partir de uma única 
molécula de DNA extremamente longa, que contém vários genes e outras sequências 
de nucleótidos (nucleotídeos) com funções específicas nas células dos seres vivos. 
 
Está intimamente relacionado à determinação do sexo e a herança genética. Muitas 
células características dos corpos dos eucariontes apresentam pares de cromossomos, 
essa condição é denominada estado diplóide (2n), são as células somáticas com 23 
pares de cromossomos, totalizando 46 cromossomos; enquanto que as células sexuais 
ou gametas apresentam apenas uma cópia de cada cromossomo, ou seja 23 
cromossomos no total, condição haplóide (n). 
 
Cada par de cromossomo é diferente um do outro e diferentes pares de cromossomos 
tem diferentes conjuntos de genes. Os cromossomos membros de um par são 
homólogos, tem conjuntos iguais de genes, já os cromossomos de pares diferentes são 
denominados cromossomos heterólogos. 
 
Nos cromossomas dos eucariontes, o DNA encontra-se numa forma semi-ordenada 
dentro do núcleo celular, agregado a proteínas estruturais, as histonas, e toma a 
designação de cromatina. Os procariontes não possuem histonas nem núcleo. Na sua 
forma não-condensada, o DNA pode sofrer transcrição, regulação e replicação. Durante 
a mitose (ver divisão celular), os cromossomos encontram-se condensados e têm o 
nome de cromossomos metafásicos e é a única ocasiãoem que se podem observar 
com um microscópio óptico. 
 
Assim como os cromossomos eucarióticos, os cromossomos procarióticos podem ser 
observados por microscópios; no entanto, devido ao seu tamanho, é necessário o uso 
de técnicas de microscopia eletrônica. A observação se torna mais precisa quando os 
cromossomos estão em maior grau de condensação, sendo possível observar mais 
facilmente suas estruturas. Em condições adequadas, cromossomos procariontes como 
de algumas bactérias se divide em um período curto de 20 á 30 minutos. 
 
Estruturas em sequências. 
 
Os cromossomos procarióticos têm menos estrutura baseada em sequência do que os 
eucariotos. As bactérias normalmente têm um ponto único (a origem de replicação) a 
partir do qual a replicação começa, enquanto algumas arqueias contêm múltiplas 
origens de replicação. Os genes em procariotos são frequentemente organizados em 
operons e geralmente não contêm íntrons, ao contrário dos eucariotos. 
 
Vários genes de arqueias que codificam RNAt e RNAr possuem íntrons que são 
denominados íntrons de arqueias, uma vez que são processados por um mecanismo 
diferente daquele que processa os íntrons eucarióticos típicos. 
 
Empacotamento de DNA 
 
Os procariontes não possuem núcleos. Em vez disso, seu DNA é organizado em uma 
estrutura chamada nucleoide. O nucleoide é uma estrutura distinta e ocupa uma região 
definida da célula bacteriana. Essa estrutura, entretanto, é dinâmica e é mantida e 
remodelada pelas ações de uma variedade de proteínas semelhantes às histonas, que 
se associam ao cromossomo bacteriano.[22] Em arqueias, o DNA nos cromossomos é 
ainda mais organizado, com o DNA empacotado em estruturas semelhantes aos 
nucleossomos eucarióticos. 
 
Certas bactérias também contêm plasmídeos ou outro DNA extracromossômico. Essas 
são estruturas circulares no citoplasma que contêm DNA celular e desempenham um 
papel na transferência horizontal de genes. Em procariotos ver nucleoides e vírus,[26] 
o DNA é frequentemente densamente compactado e organizado; no caso de arqueias, 
por homologia com histonas eucarióticas, e no caso de bactérias, por proteínas 
semelhantes às histonas. 
 
Os cromossomos bacterianos tendem a ficar presos à membrana plasmática da 
bactéria. Na aplicação de biologia molecular, isso permite o seu isolamento do DNA de 
plasmídeo por centrifugação de bactérias lisadas e peletização das membranas (e do 
DNA anexado). 
 
Cromossomos dos eucariontes 
 
Os cromossomos em eucariotos são compostos de fibra de cromatina. A fibra de 
cromatina é composta por nucleossomos. As fibras de cromatina são empacotadas por 
proteínas em uma estrutura condensada chamada cromatina. A cromatina contém a 
grande maioria do DNA, mas uma pequena quantidade herdada da mãe pode ser 
encontrada na mitocôndria. A cromatina está presente na maioria das células, com 
algumas exceções, por exemplo, nos glóbulos vermelhos. 
 
As principais estruturas na compactação do DNA: DNA, o nucleossomo, a fibra "grânulos em um fio" de 
10 nm, a fibra de 30 nm e o cromossomo metafásico. 
Cromatina interfásica. 
 
O empacotamento de DNA em nucleossomos gera uma fibra de 10 nanômetros que 
pode se condensar ainda mais em fibras de 30 nm. A maior parte da eucromatina nos 
núcleos de interfase parece estar na forma de fibras de 30 nm. A estrutura da cromatina 
é o estado mais descondensado, ou seja, a conformação de 10 nm permite a 
transcrição. 
 
 
Diferentes níveis de condensação do DNA. (1) Cadeia de DNA em dupla hélice. (2) Filamento de 
cromatina (DNA com histonas). (3) Cromatina condensada em interfase com centrômeros. (4) Cromatina 
condensada em prófase. (Existem agora duas cópias da molécula de DNA) (5) Cromossomo em 
metáfase. 
 
Durante a interfase (o período do ciclo celular em que a célula não está se dividindo), 
dois tipos de cromatina podem ser distinguidos: 
 
Eucromatina, não adquire coloração escura durante a interfase, pode conter sequências 
repetidas e transpósons, mas geralmente não no mesmo grau que a heterocromatina. 
Ou seja consiste em DNA ativo, que se pode expressar como proteínas. 
 
Heterocromatina, adquire coloração escura durante todo o ciclo celular, e é rica em 
sequências repetidas de DNA e em elementos transponíveis e tem poucos genes 
codificadores de proteínas, consiste principalmente de DNA inativo. Parece servir a 
propósitos estruturais durante os estágios cromossômicos. A heterocromatina pode 
ainda ser distinguida em dois tipos: 
 
Heterocromatina constitutiva, que nunca se expressa como proteínas, isto é, nunca é 
transcrita em RNA e que se encontra localizada à volta do centrômero (contém 
geralmente sequências repetitivas). Sendo, então, a porção permanentemente 
condensada da cromatina em todas as células de um organismo.que corresponde a 
sequências altamente repetitivas do DNA, e mostra-se presente em todas as células do 
indivíduo. 
 
Heterocromatina facultativa, que às vezes é expressa; ou seja, é a parte da 
heterocromatina que, num organismo, pode estar condensada em algumas células e em 
outras não. O melhor exemplo de heterocromatina facultativa é o cromossomo X dos 
mamíferos fêmeas. A condensação de um dos cromossomos X das fêmeas ocorre 
aleatoriamente. Assim, em algumas células teremos o cromossomo X paterno ativo e o 
cromossomo X materno inativo, alternando assim sua condensação entre as moléculas, 
em momentos diferentes da vida do individuo. 
 
Cromatina metafásica e divisão 
 
 
 
Cromossomos humanos durante a metáfase 
 
A estrutura dos cromossomos varia ao longo do ciclo celular. Os cromossomos podem 
ser não duplicados (hélices duplas simples), ou duplicados, com duas cópias idênticas, 
chamadas cromátides irmãs, unidas por um centrômero. 
 
Nos estágios iniciais da mitose e da meiose, a dupla hélice do DNA torna-se cada vez 
mais condensada, deixando de funcionar como material genético acessível (a 
transcrição para) e se torna uma forma transportável compacta. Acredita-se que as alças 
das fibras de cromatina de 30 nm dobrem-se ainda mais para a formar o cromossomo 
metafásico das células mitóticas, no qual o DNA está condensado quase 10.000 vezes. 
Eventualmente, os dois cromatídeos (filamentos de cromatina condensada) tornam-se 
visíveis como um cromossoma, ligados no centrômero. Microtúbulos longos associam-
se ao centrômero e a dois extremos opostos da célula. Durante a mitose, os 
microtúbulos separam os cromatídios e puxam-nos em direções opostas, de maneira a 
que cada célula filha herde um conjunto de cromatídios. Após a divisão das células, os 
cromatídios se descondensam podem voltar a funcionar como cromatina. Apesar da sua 
aparência, os cromossomas têm uma estrutura complexa. Por exemplo, os genes com 
funções similares estão muitas vezes juntos no núcleo, mesmo que estejam bastante 
distanciados no cromossoma. O curto braço de um cromossoma pode ser esticado por 
um cromossoma satélite que contém informação para codificar RNA ribossómico. 
 
Cromossomos humanos 
 
Os cromossomos em humanos podem ser divididos em dois tipos: autossomos 
(cromossomos do corpo) e alossomos (cromossomos sexuais). Certos traços genéticos 
estão ligados ao sexo de uma pessoa e são transmitidos através dos cromossomos 
sexuais. Os autossomos contêm o resto da informação hereditária. Todos agem da 
mesma maneira durante a divisão celular. As células humanas têm 23 pares de 
cromossomos (22 pares de autossomos e um par de cromossomos sexuais), dando um 
total de 46 por célula. Além disso, as células humanas possuem muitas centenas de 
cópias do genoma mitocondrial. 
 
Números de cromossomos em diferentes espécies 
 
Espécie 2n de cromossomos Espécie 2n de cromossomos 
Drosófila 8 Humano 46 
Centeio 14 Chimpanzé 48 
Coelho 44 Ananás 50 
Cobaia 16 Ovelha 54 
Avoante 16 Cavalo 64 
Caracol 24 Galo 78 
Minhoca 32 Carpa 104 
Porco 40 Borboleta 380 
Trigo 42 Samambaia >1200 
 
Cada espécie em particular possui um número de cromossomas característico. 
 
As espécies quese reproduzem assexuadamente têm um conjunto de cromossomas, 
que é igual em todas as células do corpo. As espécies que se reproduzem 
sexuadamente têm células somáticas, que são diplóides [2n] (têm dois conjuntos de 
cromossomas, um proveniente da mãe e outro do pai) ou poliplóides [Xn] (têm mais do 
que dois conjuntos de cromossomas). Além das células somáticas, os organismos que 
se reproduzem sexuadamente possuem os gametas (células reprodutoras), que são 
haplóides [n] (têm apenas um conjunto de cromossomas). 
 
Os gametas são produzidos por meiose de uma célula diplóide da linha germinativa. 
Durante a meiose, cromossomas semelhantes de origem materna e paterna (por 
exemplo o cromossoma 1 de origem materna com o cromossoma 1 de origem paterna) 
podem trocar pequenas partes de si próprios (crossing-over), e assim criar novos 
cromossomas que não foram herdados unicamente de um dos progenitores (podendo 
criar, por exemplo, um cromossoma 1 que apresenta regiões provenientes do 
cromossoma 1 de origem materna junto com outras regiões do cromossoma 1 de origem 
paterna). Quando um gameta masculino e um gâmeta feminino se unem (fertilização), 
forma-se um novo organismo diplóide. 
 
 
Cariótipo 
 
Cariótipo é a constituição cromossômica de uma célula ou indivíduo.[31] Para 
determinar o número (diplóide) de cromossomas de um organismo, as células podem 
ser fixadas em metáfase in vitro com colchicina. Estas células são então coradas (o 
nome cromossoma foi dado pela sua capacidade de serem corados), fotografadas e 
dispostas num cariótipo (um conjunto ordenado de cromossomas). Tal como muitas 
espécies com reprodução sexuada, os seres humanos têm cromossomas sexuais 
especiais (X e Y), que são diferentes dos autossomas. Estes últimos têm como 
finalidade definir as funções corporais. Os cromossomas sexuais nos seres humanos 
são XX nas fêmeas e XY nos machos. Nas fêmeas, um dos dois cromossomas X está 
inactivo e pode ser visto em microscópio num formato característico que foi chamado 
corpos de Barr. 
 
Na metáfase mitótica, todos os 46 cromossomos são constituídos de duas cromátides-
irmãs idênticas. Quando corados apropriadamente, cada cromossomo duplicado pode 
ser reconhecido pelo tamanho, formato e padrão das bandas. Para análise citológica, 
as dispersões metafásicas bem coradas são fotografadas e, depois, a imagem de cada 
cromossomo é recortada, combinada com seu parceiro para formar pares homólogos, 
que são organizados em ordem decrescente de tamanho em um quadro, esse quadro 
de cromossomos é denominado cariótipo (termo originado do grego que significa 
"núcleo", em referência ao conteúdo do núcleo). 
 
Cromatina 
 
Em citologia, cromatina é o complexo de DNA (RNA) e proteínas que se encontram 
dentro do núcleo celular nas células eucarióticas. 
 
Os ácidos nucléicos encontram-se geralmente na forma de dupla-hélice. As principais 
proteínas da cromatina são as histonas. As histonas H2A, H2B, H3 e H4 unem-se, 
formando um octâmero denominado nucleossoma, enquanto que a histona H1 une os 
nucleossomas adjacentes, "empacotando-os", visto que a molecula de DNA "dá" uma 
volta e meia em torno do octâmero de histonas. É essencial existir a histona H1 para 
estabilizar este enrolamento. 
 
Numa célula eucariótica, quase todo o DNA está compactado na cromatina. O DNA é 
"empacotado" na cromatina para diminuir o tamanho da molécula de DNA, e para 
permitir maior controle de tais genes por parte da célula. Grande parte da cromatina é 
localizada na periferia do núcleo, possivelmente pelo fato de uma das principais 
proteínas associadas com a heterocromatina ligar-se a uma proteína da membrana 
nuclear interna. 
 
Conhecem-se dois tipos de cromatina: 
 
 Eucromatina, que consiste em DNA ativo, ou seja, que se pode expressar como 
proteínas e enzimas. 
 Heterocromatina, que consiste em DNA inativo e que parece ter funções 
estruturais durante o ciclo celular. Podem ainda distinguir-se dois tipos de 
heterocromatina: 
 Heterocromatina constitutiva, que nunca se expressa como proteínas e que se 
encontra localizada à volta do centrómero (contém geralmente sequências 
repetitivas); 
 Heterocromatina facultativa, que, por vezes, é transcrita em outros tipos 
celulares, consequentemente a sua quantidade varia dependendo da atividade 
transcricional da célula. Apresenta condensada na interfase. 
 
Regulação da Cromatina: 
 
Ocorre em regiões muito compactadas. Essas regiões não ficam acessíveis para a 
maquinaria de transcrição, ocasionando o silenciamento gênico. As regiões acessíveis 
são aquelas onde o DNA não está compactado. Se dá também através da modificação 
covalente das histonas, remodelação, eliminação ou substituição de nucleossomo.