Ácido Desoxirribonucléico (DNA): Modelo, Composição Química e Experimentos de Transformação

Leia este artigo para aprender sobre o modelo, a composição química e as experiências de transformação do DNA!

Ácido desoxirribonucleico (DNA):

O DNA é encontrado nas células de todos os organismos vivos, exceto em alguns vírus de plantas. Em bacteriófagos e vírus, existe um núcleo central de DNA que é encerrado em um revestimento protéico. Nas bactérias e nas mitocôndrias e plastídios das células eucarióticas, o DNA é circular e fica nu no citoplasma.

Nos núcleos de células eucarióticas, o DNA ocorre na forma de longos fios espiralados e não ramificados, os cromossomos. Nos cromossomos, o DNA é encontrado em combinação com proteínas formando nucleoproteínas, o material da cromatina. Várias linhas de evidências indiretas há muito sugerem que o DNA contém a informação genética dos organismos vivos.

Os resultados mais importantes obtidos usando vários procedimentos experimentais diferentes mostraram que a maior parte do DNA está localizada nos cromossomos, enquanto o RNA e as proteínas são mais abundantes no citoplasma. Além disso, existe uma correlação precisa entre a quantidade de DNA por célula e o número de conjuntos de cromossomos por célula.

A maioria das células somáticas de organismos diplóides, por exemplo, contém exatamente o dobro da quantidade de DNA que as células germinativas haplóides ou gametas da mesma espécie. Finalmente, a composição molecular do DNA em todas as diferentes células de um organismo é a mesma (com raras exceções), enquanto a composição de RNA e proteínas varia qualitativa e quantitativamente de um tipo de célula para outro. Embora essas correlações sugiram fortemente que o DNA é o material genético, elas de modo algum o provam. Evidências diretas estabeleceram que a informação genética é codificada no DNA.

Experiências de Transformação:

Experimentos de transformação foram inicialmente realizados por Frederick Griffith em 1928. Ele injetou uma mistura de duas cepas de pneumococo (Diplococcus pneumoniae) em camundongos. Uma destas duas estirpes, S III era virulenta e a outra estirpe R II não era virulenta. O calor da estirpe virulenta SIII, quando injectado individualmente, não causou a morte, mostrando que a infecciosidade após a morte pelo calor é perdida.

Os murganhos injectados com uma mistura de RII (vivos) e SIII (mortos pelo calor) morreram e pneumococos virulentos puderam ser isolados destes murganhos. A inferência foi que algum componente das células mortas SIII (o princípio transformador) deve ter convertido as células RII vivas em S III.

OT Avery, CM MacLeod e M. McCarty, em 1944, repetiram os experimentos de Griffith em um sistema in vitro e produziram a primeira evidência direta de que o material genético é DNA em vez de proteína ou RNA. Eles demonstraram que o componente da célula responsável pelo fenômeno de transformação na bactéria Diplococcus pneumoniae é o DNA. Estas experiências envolveram o uso de enzimas que degradam DNA, RNA ou proteína.

Em expericias separadas, o ADN altamente purificado de culas SIII foi tratado com:

(1) desoxirribonuclease (DNAase) que degrada o DNA,

(2) Ribonuclease (RNAase) que degrada RNA ou

(3) Proteases (que degradam proteas) e depois testadas quanto sua capacidade de transformar culas RII em SIII. Apenas DNAase não teve efeito sobre as atividades de transformação da preparação de DNA, eliminou totalmente toda a atividade de transformação. Estas experiências indicaram assim que o DNA e não as proteínas ou RNA é o material genético.

Evidência direta adicional indicando que o DNA é o material genético foi demonstrada por AD Hershey e MJ Chase no bacteriófago T ₂ .

Composição Química do DNA:

Análises químicas mostraram que o DNA é composto de três tipos diferentes de moléculas.

1. O ácido fosfórico (H ₃ PO ₄ ) possui três grupos reativos (-OH), dos quais dois estão envolvidos na formação do esqueleto de fosfato de açúcar do DNA.

2. Açúcar de pentose:

O DNA contém 2'-desoxi-D-ribose (ou simplesmente desoxirribose), que é a razão para o nome de ácido nucleico desoxirribose.

3. bases orgânicas:

As bases orgânicas são compostos heterocíclicos contendo azoto nos seus anéis; por isso eles também são chamados de bases nitrogenadas. O DNA geralmente contém quatro bases diferentes chamadas adeniria (A), guanina (G), timina (T) e citosina (C).

Estas quatro bases são agrupadas em duas classes com base em sua estrutura química:

(1) pirimidina (T e C) e

(2) purina (A, G).

No DNA, quatro nucleosídeos diferentes são encontrados. Esses são:

i) desoxicitidina

(ii) desoxitimidina,

(iii) desoxiadenosina e

(iv) desoxiguanosina.

Da mesma forma, quatro nucleotídeos no DNA são:

i) ácido desoxicitidílico ou desidicidilato de

ii) ácido desoxitimidílico ou desoxitimidilato,

iii) ácido desoxiadenolico ou desoxiadenilato e

(iv) ido desoxiguanico ou desoxiguanilato.

Quando a composição do DNA de muitos organismos diferentes foi analisada por E. Chargaff e colaboradores (1950), observou-se que (i) independentemente da fonte, os componentes purina e pirimidina ocorrem em quantidades iguais em uma molécula, (ii) A quantidade de adenina (A) é equivalente à quantidade de timina (T) e de citosina (C) é equivalente à da guanina (G) e (iii) a relação de base A + T / G + C é constante para um determinado espécies.

O modelo de DNA de dupla hélice de Watson e Crick:

A estrutura do DNA foi deduzida primeiramente por JD Watson e FH Crick em 1953. Com base nos dados de Chargaff, nos achados de Wilfrick e Franklin de difração de raios X e inferências de seus próprios modelos de edifícios, Watson e Crick propuseram que o DNA existe como uma dupla hélice em que as duas cadeias polinucleotídicas estão enroladas umas em torno das outras em espiral.

Cada cadeia polinucleotídica consiste numa sequência de nucleótidos ligados entre si por ligações fosfodiéster, formando porções desoxirribose adjacentes. As duas cadeias polinucleotídicas são mantidas juntas na sua configuração helicoidal por ligação de hidrogénio entre bases em cadeias opostas, sendo os pares de bases resultantes empilhados entre as duas cadeias perpendiculares ao eixo da molécula como os degraus de uma escada em espiral.

O emparelhamento de bases é específico, a adenina é sempre emparelhada com timina e a guanina é sempre emparelhada com citosina. Assim, todos os pares de bases consistem em uma purina e uma pirimidina. A especificidade do emparelhamento de bases resulta das capacidades de ligação de hidrogênio das bases, em suas configurações normais.

Em suas configurações estruturais mais comuns, a adenina e a timina formam duas pontes de hidrogênio e a guanina e a citosina formam três pontes de hidrogênio. Ligação de hidrogénio análoga entre citosina e adenina, por exemplo, não é geralmente possível.

Uma vez que a seqüência de bases em uma cadeia de uma dupla hélice de DNA é conhecida, a seqüência de bases na outra cadeia também é automaticamente conhecida por causa do pareamento de bases específico. Os dois filamentos de uma dupla hélice são assim considerados complementares (não idênticos); é essa propriedade, complementaridade dos dois filamentos, que torna o DNA exclusivamente adequado para armazenar e transmitir informações genéticas.

Os pares de bases no ADN são empilhados em 3, 4 ° com 10 pares de bases por volta (360 °) da dupla hélice. Os backbones de açúcar-fosfato dos dois filamentos complementares são antiparalelos; isto é, eles têm polaridade química oposta.

À medida que se move unidirecional ao longo de uma dupla hélice de DNA, as ligações fosfodiéster em uma fita vão de um carbono 3 'de um nucleotídeo a um carbono 5' do nucleotídeo adjacente, enquanto aquelas na cadeia complementar vão de carbono 5 'a carbono 3'. .

A forma de DNA A, B e Z:

A grande maioria das moléculas de DNA presentes nos protoplasmas aquosos de células vivas quase certamente existe na forma de dupla hélice de Watson-Crick descrita acima. Isso é chamado de forma B do DNA e mostra o enrolamento da mão direita. Ele contém 10, 4 pares de bases por turno (em vez dos 10 mencionados acima). O DNA desidratado ocorre na forma A, que também é uma hélice destro, mas tem 11 pares de bases por turno.

Certas seqüências de DNA ocorrem na forma Z, que mostra o enrolamento da mão esquerda, contém 12 pares de bases por turno. No Z-DNA, o esqueleto de açúcar-fosfato segue um caminho em zigue-zague, dando-lhe o nome de Z-DNA ou Z-form.

Segmentos específicos de uma molécula de DNA podem sofrer alterações conformacionais da forma B para a forma Z e vice-versa; estas alterações podem ser provocadas por algumas proteínas reguladoras específicas. Acredita-se que o DNA da forma Z desempenha um papel na regulação gênica.

Evidências em apoio à dupla estrutura helicoidal do DNA:

A estrutura helicoidal dupla do DNA dada por Waston e Crick é apoiada pelas seguintes evidências.

1. MHF Wilkins e seus colegas estudaram o DNA por cristalografia de raios X e suportaram sua estrutura helicoidal dupla.

2. Kornberg e seus associados tentaram sintetizar o DNA em um meio livre de DNA na presença da enzima DNA polimerase e nucleotídeos, os blocos de construção do DNA. Eles descobriram que em um meio livre de DNA com todos os compostos necessários, a síntese de DNA não ocorre. Somente quando algum DNA foi adicionado como um primer ao mesmo meio, a síntese de DNA começou.