Estrutura do DNA

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MÓDULO PROLIFERAÇÃO CELULAR – PROBLEMA 1 
Estrutura do DNA
Ariane Souza – Medicina UESB
O DNA é uma macromolécula formada por unidades de desoxirribonucleotídeo que possuem e transmitem informações genéticas nas células. Essas informações são decifradas por meio do código genético, cuja tradução resulta na síntese proteica. 
O DNA normalmente é composto por duas cadeias polinucleotídicas enroladas uma ao redor da outra na forma de dupla-hélice. 
O desoxirribonucleotídeo é considerado o bloco construtor fundamental do DNA. Ele é constituído por um fosfato ligado a um açúcar (conhecido como 2’-desoxirribose), ao qual uma base está ligada. 
As bases nitrogenadas podem ser de dois tipos: púricas (adenina e guanina) e pirimídicas (citosina e timina).
A ligação entre a base nitrogenada e o açúcar é conhecida como ligação glicosídica. Quando apenas o açúcar e a base estão ligados, eles são chamados de nucleosídeo. O nucleotídeo é gerado quando um grupamento fosfato está ligado ao carbono 5’ da pentose. Esse grupamento fosfato pode ser mono, di ou tri fosfatado, porém O DNA conterá sempre nucleotídeos mono-fosfatados e os percussores para sua síntese sempre trifosfatados. 
Os nucleotídeos são ligados entre sí nas cadeias polinucleotídicas por meio de ligações covalentes, formando pontes fosfodiéstes, as quais são estabelecidas entre o grupamento fosfato e o grupamento hidroxílico do carbono 3’ do nucleotídeo adjacente. Ou seja, ligação do grupo 3’-hidroxila da 2’desoxirribose de um nucleotídeo com o fosfato ligado ao grupo 5’-hidroxila do outro nucleotídeo. Isso confere ao DNA uma propriedade importante que é a direcionalidade. As cadeias polinucleotídicas são por converção representadas na orientação 5’-> 3’, sendo assim todo novo nucleotídeo adicionado à cadeia obrigatoriamente será adicionado na extremidade 3’-OH. 
O modelo da estrutura do DNA é um formato de dupla hélice e suas duas fitas se enrolam em torno da hélice. As desoxirriboses ligadas umas as outras pelos grupamentos fosfato ficam externas em relação às bases nitrogenadas. As ligações fosfodiéster nas duas fitas estão em direções opostas – uma fita 5’->3’ e outra 3’->5’. Os anéis aromáticos das bases são hidrofóbicos e cada base está pareada com a sua base complementar na outra cadeia de DNA. Esse pareamento é feito através de pontes de hidrogênio. Entre as bases T e A são formadas duas pontes e entre C e G três pontes.
As bases nitrogenadas possuem tamanhos, sendo as pirimídicas menores do que as púricas. Entretanto, o pareamento sempre ocorre entre uma base pirimídica com uma púrica, fazendo com que as ligações possuam tamanhos semelhantes, conferindo uniformidade ao longo da molécula. Sendo assim, a relação molar entre A/T é igual a 1,0, como também com C/G. As ligações entre CG são mais fortes que AT, necessitando de mais energia para serem rompidas. 
As ligações glicosídicas entre as bases e as desoxirriboses não estão diretamente opostas na dupla hélice, o que gera duas cavidades desiguais em seu contorno (cavidade maior e cavidade menor). Nessas cavidades as bases estão expostas ao meio solvente, assim , moléculas que interagem com sequencias especificas podem identificar-las sem romper a dupla hélice. 
As cargas negativas dos grupamentos fosfato das cadeias fosfodiéster das duas fitas de DNA tendem a repulsão. Contudo, um conjunto de forças vão agir para manter a estabilidade da dupla hélice. 
Além das ligações covalentes, que unem os átomos nas moléculas, outras foças mais fracas atuam estabilizando essa estrutura:
1. Os efeitos hidrofóbicos estabilizam o pareamento entre as bases. Os anéis das bases voltados para o interior da hélice são mantidos por coesão interna de moléculas de água e os sítios hidrofílicos das bases ficam expostos as cavidades.
2. O empilhamento das bases no interior da hélice permite o estabelecimento das forcas de Van der Walls entre os anéis aromáticos de bases adjacentes, que ajudam na manutenção da estrutura final.
3. As cadeias de açúcar-fosfato, que são carregadas negativamente, interagem com cátions em solução, neutralizando a repulsão entre as duas cadeias e estabilizando a hélice dupla. 
Na célula, a molécula de DNA quase sempre está ligada a de proteínas estruturais, como as histonas. Essas interações com proteínas também contribuem para a manutenção e alterações na estrutura do DNA. A formação da cromatina é o principal tipo de estruturação das moléculas de DNA.
As propriedades químicas do DNA mais importantes para as funções de armazenamento da informação genética são a complementaridade entre as bases nitrogenadas das duas cadeias, o antiparalelismo, que confere direcionalidade as cadeias, e a capacidade de desnaturação e renaturação da hélice dupla. 
A desnaturação ocorre quando as pontes de hidrogênio entre as cadeias complementares do DNA que formam a dupla hélice se rompem e as fitas se separam. O processo inverso é a renaturação. Sempre qua a molécula é replicada, transcrita, ou realiza recombinação as cadeias são desnaturadas e renaturadas. 
Além da estrutura secundária da hélice dupla, o DNA assume uma estrutura terciária, denominada supertorcida, super enrolada ou super helicoidal. Essa outra estrutura é basicamente o enrolamento da hélice dupla sobre si mesma e é fundamental para o empacotamento do DNA nos genomas e na estrutura dos nucleossomos. Além disso, o super enrolamento está envolvido na replicação, na transcrição e na recombinação, controlando a expressão de alguns genes. 
Quando as extremidades das fitas são unidas uma estrutura circular plana é formada, e como a orientação das fitas é antiparalela, a extremidade 5’p é ligada a 3’-OH. Essa estrutura assentada é denominada relaxada. 
Se, no entanto, antes das extremidades se unirem, uma das fitas girar sobre si mesma em voltas de 360º enquanto a outra permanece fixa, a molécula circular formada não estará mais relaxada, podendo ser acomodada de 3 maneiras:
1. A estrutura pode continuar plana. Nesse caso a tensão gerada é distribuída ao longo da hélice dupla, diminuindo o número de vezes que uma fita se enrola na outra, o que pode aumentar o número de bases pareadas por volta da hélice ou criar uma concentração de tensão em um ponto específico da hélice que não ficará pareado. 
2. A estrutura pode não ser mais plana, mas superenrolada de forma tridimensional. Nesse caso a tensão produzida poderá ser anulada quando a hélice enrolar sobre si mesma. O número de pares de bases por volta da hélice continua o mesmo. Quando esse super enrolamento é gerado pelo desenrolamento da hélice dupla ele é chamado de superenrolamento negativo. O super enrolamento pode assumir dois tipos: plectonêmico (encontrado em solução) e toroidal (DNA enrolado em proteínas como as histonas que formam os nucleossomos).
3. O desenrolamento das hélices também pode induzir a fomação de estruturas alternativas cruciformes, de triplex ou DNA do tipo Z, o que gera um número menor de superenrolamento.
As enzimas que auxiliam nesse processo são chamadas de topoisomerases. O grau de superenrolamento do DNA na célula é fundamental para a sua funcionalidade. O DNA é mantido em uma condição de superenrolamento negativo, que fornece energia para a desnaturação da hélice dupla permitindo acesso as enzimas que promovem a replicação, a transcrição, a reparação e a recombinação do DNA. 
Os tipos de DNA encontrados em condições fisiológicas são: DNA tipo B, DNA tipo A e DNA tipo Z. nesses três tipos as cadeias formam hélice dupla e mantem as mensas regras de pareamento, o que muda é a 
conformação que pode facilitar ou dificultar a interação do DNA com as proteínas. 
O que diferencia estes de DNA é a sua espessura, o número de pares de base por volta da hélice e a exposição das bases nitrogenadas ao meio externo. 
O DNA tipo B é o fisiológico e majoritariamente encontrado na célula. O DNA tipo A ocorre em condições de umidade 
muito baixa e quando fitas mistas de DNA-RNA (transcrição). O DNA tipo Z ocorre em regiões curtas do DNA, onde existem sequencias de citosinase guaninas seguidas. 
 
 
Ariane Souza – Medicina UESB