Genética Molecular

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Introdução 
⬧ ESTRUTURA E FUNÇÃO estão intimamente relacionadas. Isso 
significa que qualquer função biológica é realizada, por exemplo, 
por um órgão que possui uma estrutura adequada para a sua 
função. 
⬧ No caso do controle genético dos caracteres, ele ocorre 
graças à existência de unidades hereditárias, os genes, que 
também seguem o mesmo lema. Aliás, qualquer estrutura 
biológica depende, em primeiro lugar, da sua composição 
química. 
⬧ Para entendermos bem o funcionamento do gene deve-se 
estender o lema “composição química, estrutura e função 
estão intimamente relacionados”. 
⬧ Portanto, para que possa conhecer a base molecular da 
herança, precisa responder às seguintes perguntas: Qual a 
constituição química e estrutura do gene - material genético? 
Como ele funciona para produzir os fenótipos que nós 
observamos? E, finalmente, qual a base da variabilidade 
genética? 
 
Natureza do Material 
Genético 
 
 Em1928, a elucidação da natureza química do material genético 
começou a tomar forma. Trabalhando com a bactéria 
causadora da pneumonia em mamíferos, Streptococcus 
pneumoniae. 
 O pesquisador Griffith demonstrou que a virulência dessa 
bactéria em ratos depende da presença de uma cápsula 
composta de polissacarídeos que impede a fagocitose da 
bactéria. As colônias dessas bactérias exibem uma superfície 
lisa e são designadas S. 
 Por outro lado, existem bactérias não virulentas, porque são 
fagocitadas, em razão de não possuírem a cápsula de 
polissacarídeos. Essas bactérias produzem colônias com 
superfície rugosa, sendo designadas R. 
 Griffith verificou que, injetando em ratos bactérias R vivas, ou 
bactérias S mortas pelo calor, estas não lhes causavam a 
morte. Entretanto, quando bactérias R vivas e S mortas pelo 
calor foram injetadas, simultaneamente, os ratos morriam de 
pneumonia, indicando que algumas bactérias R haviam se 
transformado no tipo virulento S (Figura). Essas bactérias S 
isoladas a partir do sangue dos ratos mortos, aliada à 
capacidade delas em produzir novas transformações de 
bactérias R para S, indicaram que a transformação provocava 
uma mudança genética permanente e hereditária. 
 
 
 
 Por meio desse experimento, ficou demonstrado que deveria 
existir algum componente nas bactérias S que transformava 
as bactérias R em virulentas. No entanto, esse componente 
denominado princípio transformante, só foi identificado 
dezesseis anos depois, em 1944, por três pesquisadores: 
Avery, MacLeod e McCarty. 
 Eles isolaram diferentes classes de moléculas encontradas nos 
restos de bactérias S mortas pelo calor e testaram cada 
classe separadamente para verificar sua capacidade 
transformante. Testes de moléculas purificadas de 
polissacarídeos, DNA, RNA e frações protéicas revelaram que 
somente o DNA podia transformar células R para o tipo S. 
 
Outro experimento 
⬧ Esses resultados foram também confirmados por meio de 
outro experimento, no qual eles usaram enzimas que degradam 
certos tipos específicos de moléculas. Entre essas enzimas, 
incluiu-se DNase - desoxirribonuclease, que degrada DNA, mas 
não RNA ou proteínas; RNase - ribonuclease, que degrada 
somente RNA; e protease, que degrada apenas proteínas. 
⬧ A transformação de bactéria R no tipo virulento S só não 
ocorreu em presença de DNase, demonstrando que essa 
enzima havia destruído a informação genética contida no 
DNA(Figura). Apesar desses resultados conclusivos, a dúvida 
entre DNA ou proteína como material genético ainda continuou 
por alguns anos. 
 
 
 
 
 
 
 
+ outro experimento 
 As pesquisas realizadas por Stadler e Uber, em 1942, também, 
forneceram evidências sobre a natureza do material genético 
em eucariotos. Mutações gênicas foram induzidas, irradiando-
se pólen de milho com raios ultravioleta, os quais são absorvidos 
pelo DNA. 
 Esses grãos de pólen foram utilizados na polinização de plantas 
que geraram alguns descendentes mutantes. Ficou assim 
demonstrado que o DNA é também o material genético em 
eucariotos, e que qualquer alteração nessa macromolécula é 
transmitida aos descendentes. 
 Nos tempos atuais, não existe a menor dúvida de que o DNA é 
o material genético dos organismos vivos e a prova direta foi 
fornecida a partir dos trabalhos de produção de transgênicos 
que consiste na transferência de genes – DNA – entre 
diferentes espécies, que se iniciaram a partir da década de 
1980. 
 Há, contudo, exceções apenas em alguns vírus, nos quais o 
material genético primário é o RNA, em vez de DNA. 
 
Composição química e 
estrutura dos ácidos 
Nucléicos 
 
➢ O conhecimento das moléculas constituintes dos ácidos 
nucléicos e as ligações entre elas, em consequência de suas 
propriedades, são fundamentais para entender as estruturas 
tanto do DNA quanto dos RNAs. Essas estruturas, por sua vez, 
são responsáveis pelas funções desses ácidos e nos ajuda a 
compreendê-los como as moléculas responsáveis pela vida. 
 
DNA 
 O DNA é composto de monômeros chamados nucleotídeos. 
Cada nucleotídeo contém um ácido fosfórico, um açúcar de 
cinco carbonos - desoxirribose - e uma das quatro bases 
nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), timina (T), e citosina (C) 
(Figura). 
 Adenina e guanina pertencem ao grupo chamado de purinas, 
enquanto a timina e citosina são do grupo das pirimidinas. 
 A estrutura molecular do DNA foi proposta por Watson e Crick 
em 1953. Para isso, eles consideraram as propriedades 
químicas dos seus componentes e, principalmente, as 
evidências obtidas por Chargaff e colaboradores sobre a 
composição de bases do DNA de diferentes espécies e, 
também, os resultados dos estudos de difração de raios X– 
tipo de radiografia – feitos por Franklin e Wilkins. 
 
 
FIGURA: Estrutura química dos quatro desoxirribonucleotídeos que constituem o 
DNA. Em dois, participam as bases nitrogenadas púricas e correspondem a 
desoxiadenosina 5’monofosfato (A) e a desoxiguanosina 5’ monofosfato (B); nos 
outros dois as bases nitrogenadas são pirimídicas e compreendem a 
desoxicitidina 5’ monofosfato (C) e a timidina 5’ monofosfato (D). 
 
 A principal contribuição de Chargaff foi a evidência de que a 
quantidade de A é igual à de T e a quantidade de G é igual à 
de C, independente da espécie. Portanto, A/T=1 e G/C=1. Já 
os estudos com difração de raios X mostraram que a 
molécula do DNA é helicoidal (Figura). 
 
 
Figura – Fotografia com raios X do DNA tipo B ou hidratado, derivado de 
timo de bovino. A partir dessa fotografia foi sugerido que a molécula é 
helicoidal e cada volta contém 10 pares de nucleotídeos, ocupando um 
espaço de 34 Å. Cada par de nucleotídeo ocupa um espaço na molécula 
de 3,4 Å. Foi constatado ainda que o diâmetro da molécula é de 20 Å 
(Frankling e Gosling 1953). 
 
 
 Segundo o modelo formulado por Watson e Crick, a molécula 
de DNA é constituída por duas cadeias enroladas para a direita, 
formando a chamada hélice dupla (Figura). 
 
 
 
 
 Analogamente, a estrutura do DNA pode ser comparada a uma 
escada circular com dois corrimãos. Nesse caso, os corrimãos 
correspondem às ligações repetitivas de açúcar-fosfato ao 
longo de todo o comprimento da molécula. 
 A ligação do açúcar-fosfato ocorre de modo tal que a posição 
3' da molécula de açúcar liga-se ao grupamento fosfato que, 
por sua vez, liga-se à posição 5' da molécula de açúcar 
subsequente, isto é, elas são sintetizadas na direção de 5’ para 
3’. 
 Observando a Figura, nota-se que as duas cadeias ocorrem em 
direções opostas, isto é, enquanto uma é 5' 3' a outra é 3' 5'. 
É por essa razão que as cadeias são ditas antiparalelas. A parte 
variável da molécula é constituída por pares de bases 
nitrogenadas que formam os degraus da escada. Cada degrau 
ocupa um espaço de 3,4 Å de comprimento e têm entre si um 
desvio no sentido horário de 36º. Dessa forma, uma volta 
completa – 360º – envolve dez degraus perfazendo 34 Å de 
comprimento. 
 
 
 
 O diâmetro da hélice dupla é de 20 Å, fato que levou Watson 
e Crick a estabelecerque purinas e pirimidinas estejam 
pareadas no interior da molécula. Esse pareamento é feito por 
pontes de hidrogênio que, apesar de ser uma ligação 
fraca, confere alta estabilidade à molécula, em razão do grande 
número em que ocorrem. 
 Além dessas pontes, outra força que também é responsável 
pela alta estabilidade do DNA são as interações 
hidrofóbicas, isto é, as bases nitrogenadas fogem do meio 
aquoso e, por isso, ficam no interior da molécula. 
 Duas pontes de hidrogênio são responsáveis pelo pareamento 
exclusivo entre adenina e timina e três entre citosina e guanina. 
Em outras palavras, as bases da cadeia dupla de DNA devem 
ter uma relação quantitativa, sendo A = T e G = C, de acordo 
com os achados de Chargaff. 
 Note, entretanto, que não existe restrição quanto às 
proporções do par AT em relação ao par GC, de modo que a 
quantidade de A + T não tem nenhuma relação com a 
quantidade G + C. De fato, essa relação pode ter qualquer valor, 
dependendo de qual espécie o DNA foi obtido. 
Consequentemente, embora a ordem linear de bases em uma 
das cadeias seja irrestrita, a sequência de bases na cadeia 
oposta é predeterminada e complementar. 
 Assim, se em uma das cadeias temos, por exemplo, a 
sequência5'AGCATT 3'a sequência na outra cadeia será 
necessariamente 3'TCGTAA5'. 
 A diversidade de informações é determinada pela sequência de 
bases nitrogenadas, a qual, como já foi dito, pode ocorrer em 
qualquer ordem linear em uma das cadeias. 
 Teoricamente, o número possível de sequências diferentes - 
ou informações - é extremamente grande, e depende do 
número de pares de nucleotídeos existentes nas moléculas de 
DNA do organismo. 
 Esse número varia de acordo com sua complexidade. Assim, 
organismos simples como os bacteriófagos possuem 200 mil 
pares de nucleotídeos por unidade, as bactérias possuem 
alguns milhões e fungos têm de dezenas a centenas de milhões. 
Já, os organismos mais complexos, como mamíferos, anfíbios 
e as plantas, o número de pares de nucleotídeos é ainda maior, 
podendo atingir algumas centenas de bilhões por célula diploide.