Ácidos Nucléicos - DNA

Após a descoberta de qual molécula é responsável pelo armazenamento da informação genética, houve um grande aumento nos estudos relacionados a essa molécula. É senso comum que tal molécula é o ácido desoxirribonucleico, ou simplesmente DNA.

O desvendamento da sua estrutura espacial, em 1953, é titulada aos pesquisadores James Watson e Francis Crick, após a análise de dados obtidos pela pesquisadora Rosalind Franklin por meio de difração de raios X. Com a estrutura molecular completamente decifrada foi possível aos pesquisadores explicar os processos de duplicação, transcrição, e armazenamento propriamente dito, do material genético. Essa descoberta abriu novos horizontes tanto para a biologia como para a medicina, a quais desenvolveram-se vertiginosamente nas últimas décadas.

ESTRUTURA DO DNA

O DNA apresenta-se composto por duas fitas de DNA antiparalelas. O termo antiparalelo é explicado pelo fato de as fitas “apontar” para sentidos opostos, como representado na imagem.

Na verdade uma das fitas é orientada no sentido do carbono 5' para o carbono 3' e sua   fita complementar é orientada no sentido oposto, ou seja, no sentido do carbono 3' para   o carbono 5'. Essa numeração de carbonos reflete a localização da ligação fosfodiéster   entre dois nucleotídeos consecutivos.

Essas duas fitas antiparalelas giram em torno de um eixo central imaginário. Infelizmente, a maioria das imagens que representam o DNA estão erradas, mostrando as duas fitas de DNA girando uma sobre a outra. Veja as imagens abaixo:

Embora a diferença visual seja sutil, muitas vezes imperceptível, tal estrutura não é verdadeira. Note que ao girar em torno de um eixo central formam-se dois sulcos no esqueleto da molécula. Eles são denominados sulco maior e sulco menor do DNA. Uma volta completa da molécula de DNA possui aproximadamente 3,4 nm (1 nm = 10^-9 m).

O esqueleto do DNA é formado por uma sequência repetida de um açúcar (no caso a desoxirribose) e um grupo fosfato, ligados um ao outro por meio das ligações fosfodiéster. Na região interna da molécula encontramos as bases nitrogenadas, que podem ser dos seguintes tipos: Adenina (A), Timina (T), Citosina (C) e Guanina (G). A sequência específica dessas bases no DNA é responsável pelo armazenamento da informação genética na forma de um código composto por apenas 4 letras.

  

Note na imagem ao lado a estrutura da molécula de DNA. A partir dela faremos algumas observações importantes.

Em primeiro lugar verifique como as duas fitas são realmente antiparalelas. Para verificar tal fato observe a região superior da imagem. A fita esquerda termina com um grupo fosfato livre e a fita direita termina com a desoxirribose livre. Obviamente que a região inferior da imagem deve ser encontrada de forma oposta. Verifique você mesmo.

Em segundo lugar note que as bases nitrogenadas de uma fita sempre se ligam a uma base nitrogenada da fita oposta de forma que a soma de anéis aromáticos no interior da fita seja igual a 3. Assim, temos bases nitrogenadas classificadas como purinas (ou bases púricas), no caso a Adenina e a Guanina, e pirimidinas (ou bases pirimídicas), no caso a Citosina e a Timina.

Essas bases sempre formam pares dessa forma, A pareando com T e C pareando com G. Isso explica a proporção encontrada entre elas em análises de DNA antes do desvendamento da estrutura do DNA. Assim, se 39% do DNA de uma célula é composta pela base A, 39% será composto pela base T. Como já possuímos um total de 78% do DNA representado por essas duas bases (39% + 39%), nos resta apenas 22%, os quais serão divididos entre as bases C e G. Assim, teremos 11% de C e mais 11% de G. Note que para você poder determinar a proporção de bases que compõem um dado DNA é apenas necessário saber a proporção de uma única base nitrogenada, a sua escolha.

Ao parearmos as bases nitrogenadas de modo a sempre formar 3 anéis aromáticos no interior da dupla hélice nós a mantemos sem “calombos” ou “buracos”, o que certamente é mais estável. Assim, a manutenção de uma dupla hélice uniforme gasta menos energia do que uma dupla hélice com calombos e buracos, ou seja, com mutações.

Observe também que as bases nitrogenadas estão ligadas à sua base complementar por meio de pontes de hidrogênio. Apesar de a ponte de hidrogênio ser um tipo de ligação relativamente fraca quando vista individualmente, entre as bases A e T são formadas duas pontes e entre C e G são formadas 3 pontes. Como o DNA é composto de bilhões de nucleotídeos (no caso do DNA humano), essas ligações são suficientemente fortes de forma global, mantendo o DNA estável.

Uma outra observação importante a respeito do pareamento de bases é que sempre que uma base for alterada a fita complementar ainda possuirá a informação correta, o que serve literalmente como uma forma de backup da informação genética. Em aulas posteriores veremos que esse backup é usado constantemente pela célula.

A estrutura em dupla hélice complementar explica a manutenção da quantidade de DNA nas células-filhas originadas por mitose. Como as duas fitas são complementares elas servem de molde para criar duas novas fitas de DNA. Assim, a maquinaria de replicação do DNA separa as duas fitas expondo suas bases nitrogenadas. Em seguida a outra fita de DNA é formada tendo como base a fita molde. Pelo fato de sempre uma das fitas originais ser mantida junto da fita filha na nova molécula de DNA, dizemos que a replicação do DNA é semiconservativa.

A imagem ao lado representa esse processo.

As setas em vermelho são as novas fitas de DNA sendo sintetizadas a partir da fita molde em azul.