O material genético dos seres
vivos em geral é constituído de unidades chamadas nucleotídeos, que por sua
vez, formam o DNA (ácido desoxirribonucleico) e o RNA (ácido ribonucleico).
Cada nucleotídeo é composto por
ácido fosfórico, pentose e base nitrogenada. Por terem muitos nucleotídeos na
sua constituição, os ácidos nucleicos são chamados de poli nucleotídeos.
Há vários tipos de nucleotídeos que diferem quanto à base
nitrogenada e quanto ao tipo de pentose. Os nucleotídeos do DNA são diferentes
dos nucleotídeos do RNA.
No DNA a pentose é a desoxirribose
(D), enquanto que no RNA a pentose é a ribose (R).
Há uma base diferente em cada um,
a timina (T) é encontrada apenas no DNA, enquanto que a Uracila ou Uracilo (U)
é encontrada apenas no RNA.
As diferenças estão assinaladas na
figura com setas vermelhas.
As bases nitrogenadas são
classificadas em dois tipos: bases púricas e bases pirimídicas. Elas diferem
essencialmente na constituição e no número de anéis. Observe na figura seguinte.
Figura adaptada de: http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_pos2003/const_microorg/%E1cidos_nucl%E9icos.htm
(acessado em 25/02/2014).
DNA – Dupla
hélice em espiral
A molécula de DNA é constituída de
duas fitas de nucleotídeos, que se unem sempre entre o fosfato de um
nucleotídeo com a pentose do outro.
As bases das duas fitas ficam
emparelhadas formando pares, sempre A com T e C com G, de forma que a molécula
adquire o aspecto de uma escada torcida ou dupla hélice em espiral. Esse modelo foi proposto por
dois cientistas, Watson e Crick em 1953. Saiba mais sobre esses cientistas aqui ou aqui.
Observe na figura anterior que as
duas fitas não estão no mesmo sentido, elas ficam uma invertida em relação à
outra. Repare também que entre as bases A e T há duas pontes de hidrogênio,
enquanto que entre C e G existem 3 pontes de hidrogênio.
Quantidade de bases: como sempre A
faz par com T e G faz par com D, concluímos que a quantidade de T é igual à de
A, o mesmo entre C e G, ou seja, A = T e C = G.
Problema:
Se em uma molécula de DNA a
quantidade de T for de 23,5%, qual é a porcentagem encontrada de C nessa molécula?
Resolução:
A + T + C + G = 100% (total de
bases do DNA).
Sabemos que a quantidade de T = A,
portanto, 23,5% cada uma.
T + A = 23,5% + 23,5% = 47%
100 – 47% = 53% (C + G), portanto,
26,5% para cada base.
A = T = 23,5%; C = G = 26,5%
Dogma Central da
Biologia
Em 1958 Francis Crick, um dos
cientistas responsáveis pela descoberta da estrutura do DNA, propôs um modelo
de relação entre o DNA, o RNA e as proteínas.
O DNA se duplica e perpetua em
cada célula filha. As informações genéticas contidas no DNA são transcritas
para o RNA, que por sua vez, traduz esse código em sequência de aminoácidos na
proteína.
Esse dogma hoje é questionado
porque:
- Em alguns vírus e algumas
plantas o RNA pode sofrer replicação.
- O RNA de alguns vírus é capaz de
produzir RNA pela ação da enzima transcriptase reversa (contrário do que ocorre
nas células em geral).
- O DNA pode produzir diretamente
proteínas, sem transcrever o código para o RNA. Esse mecanismo ainda não está
bem conhecido.
DNA – Replicação
A duplicação é do tipo
semiconservativo. Esse processo foi identificado em 1958 pelos cientistas
Meselson & Stahl. Eles fizeram o seguinte experimento:
1. Bactérias foram cultivadas por
muitas gerações em meio de cultura que continha apenas nitrogênio N15. Ao centrifugar o material, o DNA mais denso
se acumulou na região indicada no esquema.
2. Algumas bactérias foram
transferidas um novo meio de cultura que continha apenas nitrogênio N14, mais
leve que o anterior. Após uma duplicação, o DNA foi extraído por centrifugação
e se posicionou acima do experimento anterior. As moléculas estavam híbridas,
cada fita continha um tipo de nitrogênio. Veja esquema.
3. Depois da segunda duplicação no
meio de cultura com N14, nova extração e centrifugação do DNA mostraram duas
frações, as moléculas mais leves continham apenas N14. A fração de baixo
continha moléculas híbridas.
Figura de: http://www2.iq.usp.br/docente/goldberg/veterinaria2006/Aula_2_vet_2006.pdf
(acessado em 27/02/2014).
Toda vez que a célula vai se
multiplicar o DNA sofre duplicação antes da divisão celular. O DNA contém as
informações genéticas. Ao se multiplicar, as cópias de DNA produzidas são
idênticas, de forma que as células filhas recebem o mesmo conjunto de genes que
havia na célula inicial.
Para criar cópias idênticas o DNA
se duplica de forma semiconservativa, ou seja, as fitas do DNA se separam e
cada uma serve de modelo para a produção de nova fita complementar. Seguindo o
pareamento A-T e C-G, a sequência de bases inicial é preservada.
Figura adaptada de: http://www.brooklyn.cuny.edu/bc/ahp/BioInfo/REP/DR.Semi.html
(acessada em 25/02/2014)
Veja animação da replicação do DNA
nesse vídeo. Veja no site original aqui (narrado e com legendas em inglês).
No vídeo ficou claro que existe
uma ordem para a produção da nova fita de nucleotídeos, sempre no mesmo
sentido. Pode-se perceber esse sentido pela posição dos átomos de carbono na
pentose. Os carbonos são numerados de 1 a 5 (por terem 5 átomos de carbono a
molécula é chamada pentose).
Veja como os nucleotídeos se unem nessa animação.
A produção da nova fita de
nucleotídeos sempre segue o sentido 5’ à 3’. A molécula de DNA é aberta em vários pontos (bolha de
replicação) e a partir daí forma-se as forquilhas de replicação para produção
das novas fitas.
Mais animações aqui:
http://www.lpscience.fatcow.com/jwanamaker/animations/DNA%20Replication%20-%20long%20.html
(com legendas em inglês, acessados dia 05/03/2014)
As duas fitas do DNA são
transcritas simultaneamente, mas uma fita é contínua e a outra é copiada por
segmentos, é a fita descontínua, sempre no sentido 5’ à 3’.
Várias enzimas trabalham no
processo, destacamos a DNA-polimerase e a DNA-ligase. A DNA-polimerase produz a
nova fita unindo nucleotídeos com o pareamento A-T e C-G. A enzima DNA-ligase
une os fragmentos de nucleotídeos da fita descontínua; ela age também na
reparação do DNA ao reparar “quebras” da molécula.
Transcrição do
Código Genético – Síntese de RNA
O gene se manifesta geralmente
pela produção de uma proteína. O segmento de DNA correspondente possui um
trecho de início, o promoter, e um trecho de término.
A enzima RNA-polimerase associa-se
ao promoter e catalisa o pareamento de bases do RNA, de acordo com a sequência
do DNA. Apenas uma fita do DNA é transcrita, a chamada fita ativa (em vermelho
na figura seguinte).
Figura adaptada de: http://utminers.utep.edu/rwebb/html/transcription__initiation.html
(acessado em 28/02/2014)
Os nucleotídeos do RNA são
integrados à nova molécula conforme o pareamento com o DNA:
DNA A C G T
RNA U G C A
Figura de: http://www.chemguide.co.uk/organicprops/aminoacids/dna3.html
(acessado em 05/03/2014).
Outras animações de transcrição em:
TIPOS DE RNA
RNAt (transportador): é
o menor dos RNAs, tem como função transportar aminoácidos para a síntese de
proteínas nos ribossomos.
RNAt – observe que ele possui
apenas uma fita de nucleotídeos enrolada sobre si mesma.
figura de: http://www.chemguide.co.uk/organicprops/aminoacids/dna5.html (acessada em 04/03/2014).
RNAm (mensageiro):
possui a “receita” copiada do DNA para a síntese de proteínas. Age no
citoplasma associado ao ribossomo.
RNAr (ribossômico): é
o maior dos RNAs, é constituinte dos ribossomos, que por sua vez, é produzido
no nucléolo.
Principais
diferenças entre DNA e RNA
| DNA |
RNA |
|
| Pentose |
Desoxirribose |
Ribose |
| Bases púricas |
Adenina e Guanina |
Adenina e Guanina |
| Bases pirimídicas |
Citosina e Timina |
Citosina e Uracila |
| Estruturas |
Duas cadeias Helicoidais |
Uma cadeia |
| Origem |
Replicação |
Transcrição |
| Enzima sintética |
DNA - polimerase |
RNA - polimerase |
| Função |
Informação genética |
Síntese de proteínas |
Tabela adaptada de: http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_pos2003/const_microorg/%E1cidos_nucl%E9icos.htm
(acessado em 05/03/2014).
Timeline – alguns eventos
marcantes no estudo do material genético.
1865: os genes são fatores
particulados
1884: Primeira publicação dos
trabalhos de Mendel
1884: Descoberta dos cromossomos
1869: descoberta do DNA (Friedrich
Miescher)
1900: redescoberta das leis de
Mendel
1903: os cromossomos são unidades
hereditárias
1910: os genes estão nos
cromossomos
1913: os cromossomos contem
arranjos lineares de genes
1927: as mutações são mudanças
físicas nos genes
1931: a recombinação é causada
pelo crossing-over
1944: o DNA é o material genético
1945: um gene codifica uma
proteína
1953: o DNA é uma dupla hélice
1958: o DNA replica de forma
semiconservativa
1960: Descoberta do RNA mensageiro
1961: o código genético é uma
trinca
1977: o DNA pode ser sequenciado
1987: os genomas podem ser
sequenciados
1988: Inicio do projeto genoma
Humano
2005: Importância do “DNA lixo”
Atualmente: Projetos Proteômica
2010: síntese “in vitro” do genoma
de uma bactéria
2010: Revisão do conceito de gene
(“um gene é um segmento de DNA que codifica um produto funcional (polipeptídeo
ou RNA”)
Fonte: http://www.dag.ufla.br/site/_adm/upload/file/Luciane%20Vilela%20Resende/1)_Estrutura_Funcao_Acidos_Nucleicos_2_[Modo_de_Compatibilidade][1].pdf (acessado em 28/02/2014).
Para saber mais sobre ácidos
nucleicos acesse os sites:
http://www.enq.ufsc.br/labs/probio/disc_eng_bioq/trabalhos_grad2005_2/constituintes/links/acidos.htm
http://homepage.smc.edu/hgp/history.htm
(história da descoberta dos ácidos nucleicos e animação da duplicação do DNA).
http://www.dnaftb.org/##
(muito bom, em inglês)
(acessados em 25/02/2014)
Exercícios
interativos
Ex em inglês fácil.
Exercício 2 (clique na base que faz par para
entrar na nova fita do DNA).
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