A estrutura do DNA
Em abril de 1953, James Watson e Francis Crick agitaram a comunidade científica com um elegante modelo de dupla-hélice para a estrutura do ácido desoxirribonucleico, ou DNA. A foto ao lado mostra o modelo de DNA que eles construíram utilizando folhas de metal e arame. Ao longo dos últimos 60 anos, esse modelo se tornou o ícone da biologia moderna.
Entre os cientistas que se concentraram na descoberta da estrutura tridimensional do DNA estavam Linus Pauling, no Instituto de Tecnologia da Califórnia, Maurice Wilkins e Rosalind Franklin, no King’s College de Londres. Os primeiros a oferecer a resposta correta, no entanto, foram dois cientistas relativamente desconhecidos na época – o americano James Watson e o inglês Francis Crick.
Rosalind Franklin e a sua difração por raios-X do DNA. Franklin, uma cristalógrafa consumada, conduziu os experimentos cruciais que resultaram na fotografia que permitiu a Watson e Crick a dedução da estrutura em dupla-hélice do DNA.
Os fatores de hereditariedade de Gregor Mendel e os genes em cromossomos de Thomas Hunt Morgan são, na verdade, compostos por DNA. Em termos químicos, nosso conteúdo genético é o DNA que herdamos de nossos progenitores. O DNA, a matéria da hereditariedade, é a molécula mais celebrada da atualidade.
De todas as moléculas da natureza, os ácidos nucleicos são inigualáveis na habilidade de controlar a própria replicação a partir de monômeros. De fato, a semelhança da prole com os pais baseia-se na replicação precisa do DNA e na sua transmissão de uma geração para a próxima. A informação hereditária do DNA controla o desenvolvimento de nossas características bioquímicas, anatômicas, fisiológicas e, até certo ponto, comportamentais.
A estrutura do DNA
No modelo do DNA, existem duas cadeias principais compostas por açúcar e fosfato, que são antiparalelas, ou seja, orientadas em direções opostas. Você pode imaginar essa estrutura como uma escada de cordas com degraus rígidos: as laterais da escada representam as cadeias de açúcar-fosfato, enquanto os degraus correspondem aos pares de bases nitrogenadas.
As bases nitrogenadas da dupla-hélice estão pareadas em combinações específicas: adenina (A) com timina (T), e guanina (G) com citosina (C). Adenina e guanina são purinas, bases nitrogenadas com dois anéis orgânicos: enquanto citosina e timina são bases nitrogenadas conhecidas como pirimidinas, que possuem apenas um anel.
Assim, as purinas (A e G) têm aproximadamente o dobro da largura das pirimidinas (C e T). Um par purina-purina é muito largo, e uma par pirimidina-pirimidina é muito estreito para os 2 nm de diâmetro da dupla-hélice. O pareamento purina-pirimidina, no entanto, resulta em um diâmetro uniforme.
Cada um dos quatro monômeros de nucleotídeo do DNA é composto por uma base nitrogenada (T, A, C ou G), pelo açúcar desoxirribose (azul) e por um grupo fosfato (amarelo). O grupo fosfato de um nucleotídeo está ligado ao açúcar do próximo, formando a “cadeia principal” com alternância de grupos fosfato e açúcar, de onde se projetam as bases. A cadeia polinucleotídica tem orientação da extremidade 5′ (com grupo fosfato) para a extremidade 3′ (com grupo –OH do açúcar). 5′ e 3′ são aos números designados aos átomos de carbono do anel do açúcar.
O bioquímico Erwin Chargaff chamou a atenção para a regularidade peculiar da proporção das bases dos nucleotídeos. No DNA de cada espécie estudada, o número de adeninas e timinas era aproximadamente o mesmo; e o número de guaninas e citosinas era aproximadamente o mesmo. No DNA do ouriço-do-mar, por exemplo, as análises de Chargaff indicaram a presença da seguinte porcentagem de bases: A = 5 32,8%, T = 5 32,1%; G = 5 17,7% e C = 5 17,3%. As porcentagens não são exatamente as mesmas devido às limitações das técnicas utilizadas por Chargaff.
O modelo de replicação do DNA
Quando a célula copia uma molécula de DNA, cada cadeia serve de molde para o ordenamento de nucleotídeos em uma nova fita complementar. Os nucleotídeos se alinham ao longo da fita-molde de acordo com as regras de pareamento e são ligados para formar novas fitas. Onde havia uma molécula de DNA dupla-fita no início do processo, haverá duas, cada uma sendo a cópia exata da molécula “parental”.
O cromossomo
Um cromossomo consiste em uma molécula de DNA empacotada com proteínas.
Cada cromossomo eucariótico contém uma única dupla-hélice de DNA linear com em média 1,5 x 108 pares de nucleotídeos. Essa é uma enorme quantidade de DNA em relação à extensão do cromossomo condensado. Se fosse completamente espichada, uma molécula de DNA alcançaria 4 cm de comprimento, milhares de vezes o diâmetro do núcleo da célula – e isso sem considerar os demais 45 cromossomos humanos!
Proteínas chamadas histonas são responsáveis pelo primeiro nível de empacotamento do DNA Apesar de cada histona ser pequena – com cerca de 100 aminoácidos -, a massa total de histonas na cromatina é quase igual à massa de DNA. Mais de 20% dos aminoácidos das histonas apresentam carga positiva (lisina ou arginina) e se ligam fortemente ao DNA com carga negativa.
Em micrografias eletrônicas, a cromatina desenrolada apresenta diâmetro de 10 nm. Esta cromatina lembra a aparência de um colar de contas. Cada “conta” é um nucleossomo, a unidade básica do empacotamento do DNA.
No ciclo celular, as histonas se dissociam do DNA apenas brevemente durante a sua replicação. Geralmente, elas também o fazem durante a transcrição, outro processo que requer o acesso ao DNA pelo processo molecular da célula.
Cromatina enovelada por histonas
