DNA
DNA, abreviação de ácido desoxirribonucleico, é a molécula que contém o código genético dos organismos. Isto inclui animais, plantas, protists, arcaias e bactérias.
O DNA está em cada célula do organismo e diz às células quais proteínas devem ser produzidas. Na maioria das vezes, essas proteínas são enzimas. O DNA é herdado pelos filhos de seus pais. É por isso que as crianças compartilham características com seus pais, tais como pele, cabelo e cor dos olhos. O DNA de uma pessoa é uma combinação do DNA de cada um de seus pais.
Parte do DNA de um organismo são seqüências de "DNA não codificador". Eles não codificam seqüências de proteínas. Alguns DNA não codificadores são transcritos em moléculas não codificadoras de RNA, tais como RNA transferido, RNA ribossomal e RNAs reguladores. Outras seqüências não são transcritas, ou dão origem a RNA de função desconhecida. A quantidade de DNA não codificante varia muito entre as espécies. Por exemplo, mais de 98% do genoma humano é DNA não codificador, enquanto apenas cerca de 2% de um genoma bacteriano típico é DNA não codificador.
Os vírus utilizam o DNA ou o RNA para infectar organismos. A replicação do genoma da maioria dos vírus de DNA ocorre no núcleo da célula, enquanto os vírus de RNA geralmente se replicam no citoplasma.
A estrutura de parte de uma dupla hélice de DNA
Estrutura química do DNA. Os grupos fosfatos são amarelos, os açúcares desoxirribonucleicos são alaranjados e as bases nitrogenadas são verdes, roxos, rosa e azuis. Os átomos mostrados são: P=fósforo O=oxigênio =nitrogênio H=hidrogênio
DNA sendo copiado
A estrutura de parte de uma dupla hélice de DNA
Estrutura química do DNA. Os grupos fosfatos são amarelos, os açúcares desoxirribonucleicos são alaranjados e as bases nitrogenadas são verdes, roxos, rosa e azuis. Os átomos mostrados são: P=fósforo O=oxigênio =nitrogênio H=hidrogênio
DNA sendo copiado
Estrutura do DNA
O DNA tem uma dupla forma de hélice, que é como uma escada torcida em uma espiral. Cada degrau da escada é um par de nucleotídeos.
Nucleotídeos
Um nucleotídeo é uma molécula formada por uma molécula:
- deoxirribose, uma espécie de açúcar com 5 átomos de carbono,
- um grupo fosfato feito de fósforo e oxigênio, e
- base nitrogenada
O DNA é feito de quatro tipos de nucleotídeos:
- Adenina (A)
- Thymine (T)
- Citosina (C)
- Guanina (G)
Os "degraus" da escada de DNA são feitos de duas bases cada uma, uma base vindo de cada perna. As bases se conectam no meio: pares 'A' apenas com 'T', e pares 'C' apenas com 'G'. As bases são mantidas juntas por ligações de hidrogênio.
A adenina (A) e a timina (T) podem se emparelhar porque fazem duas ligações de hidrogênio, e a citosina (C) e a guanina (G) se emparelham para fazer três ligações de hidrogênio. Embora as bases estejam sempre em pares fixos, os pares podem vir em qualquer ordem (A-T ou T-A; da mesma forma, C-G ou G-C). Desta forma, o DNA pode escrever 'códigos' a partir das 'letras' que são as bases. Estes códigos contêm a mensagem que diz à célula o que fazer.
Cromatina
Nos cromossomos, o DNA é ligado a proteínas chamadas histonas para formar cromatina. Esta associação participa da epigenética e da regulação gênica. Os genes são ligados e desligados durante o desenvolvimento e a atividade celular, e esta regulação é a base da maior parte da atividade que ocorre nas células.
Estrutura do DNA
O DNA tem uma dupla forma de hélice, que é como uma escada torcida em uma espiral. Cada degrau da escada é um par de nucleotídeos.
Nucleotídeos
Um nucleotídeo é uma molécula formada por uma molécula:
- deoxirribose, uma espécie de açúcar com 5 átomos de carbono,
- um grupo fosfato feito de fósforo e oxigênio, e
- base nitrogenada
O DNA é feito de quatro tipos de nucleotídeos:
- Adenina (A)
- Thymine (T)
- Citosina (C)
- Guanina (G)
Os "degraus" da escada de DNA são feitos de duas bases cada uma, uma base vindo de cada perna. As bases se conectam no meio: pares 'A' apenas com 'T', e pares 'C' apenas com 'G'. As bases são mantidas juntas por ligações de hidrogênio.
A adenina (A) e a timina (T) podem se emparelhar porque fazem duas ligações de hidrogênio, e a citosina (C) e a guanina (G) se emparelham para fazer três ligações de hidrogênio. Embora as bases estejam sempre em pares fixos, os pares podem vir em qualquer ordem (A-T ou T-A; da mesma forma, C-G ou G-C). Desta forma, o DNA pode escrever 'códigos' a partir das 'letras' que são as bases. Estes códigos contêm a mensagem que diz à célula o que fazer.
Cromatina
Nos cromossomos, o DNA é ligado a proteínas chamadas histonas para formar cromatina. Esta associação participa da epigenética e da regulação gênica. Os genes são ligados e desligados durante o desenvolvimento e a atividade celular, e esta regulação é a base da maior parte da atividade que ocorre nas células.
Cópia do DNA
Quando o DNA é copiado, isto é chamado de replicação de DNA. Resumidamente, as ligações de hidrogênio que se mantêm juntas, as bases pareadas são quebradas e a molécula é dividida ao meio: as pernas da escada são separadas. Isto dá dois cordões simples. Novos cordões são formados combinando as bases (A com T e G com C) para fazer os cordões que faltam.
Primeiro, uma enzima chamada DNA helicase divide o DNA pelo meio, quebrando as ligações de hidrogênio. Depois que a molécula de DNA está em dois pedaços separados, outra molécula chamada DNA polimerase faz um novo cordão que combina com cada um dos cordões da molécula de DNA dividida. Cada cópia de uma molécula de DNA é feita da metade da molécula original (inicial) e da metade das novas bases.
Mutações
Quando o DNA é copiado, às vezes são cometidos erros - estes são chamados de mutações. Há três tipos principais de mutações:
- Deleção, onde uma ou mais bases são deixadas de fora.
- Substituição, onde uma ou mais bases são substituídas por outra base na seqüência.
- Inserção, onde uma ou mais bases extras são colocadas.
- Duplicação, onde uma seqüência de pares de bases é repetida.
As mutações também podem ser classificadas por seu efeito sobre a estrutura e função das proteínas, ou por seu efeito sobre a aptidão física. As mutações podem ser ruins para o organismo, ou neutras, ou de benefício. Às vezes, as mutações são fatais para o organismo - a proteína feita pelo novo DNA não funciona em absoluto, e isto faz com que o embrião morra. Por outro lado, a evolução é impulsionada pelas mutações, quando a nova versão da proteína funciona melhor para o organismo.
Cópia do DNA
Quando o DNA é copiado, isto é chamado de replicação de DNA. Resumidamente, as ligações de hidrogênio que se mantêm juntas, as bases pareadas são quebradas e a molécula é dividida ao meio: as pernas da escada são separadas. Isto dá dois cordões simples. Novos cordões são formados combinando as bases (A com T e G com C) para fazer os cordões que faltam.
Primeiro, uma enzima chamada DNA helicase divide o DNA pelo meio, quebrando as ligações de hidrogênio. Depois que a molécula de DNA está em dois pedaços separados, outra molécula chamada DNA polimerase faz um novo cordão que combina com cada um dos cordões da molécula de DNA dividida. Cada cópia de uma molécula de DNA é feita da metade da molécula original (inicial) e da metade das novas bases.
Mutações
Quando o DNA é copiado, às vezes são cometidos erros - estes são chamados de mutações. Existem quatro tipos principais de mutações:
- Deleção, onde uma ou mais bases são deixadas de fora.
- Substituição, onde uma ou mais bases são substituídas por outra base na seqüência.
- Inserção, onde uma ou mais bases extras são colocadas.
- Duplicação, onde uma seqüência de pares de bases é repetida.
As mutações também podem ser classificadas por seu efeito sobre a estrutura e função das proteínas, ou por seu efeito sobre a aptidão física. As mutações podem ser ruins para o organismo, ou neutras, ou de benefício. Às vezes, as mutações são fatais para o organismo - a proteína feita pelo novo DNA não funciona em absoluto, e isto faz com que o embrião morra. Por outro lado, a evolução é impulsionada pelas mutações, quando a nova versão da proteína funciona melhor para o organismo.
Síntese de proteínas
Uma seção do DNA que contém instruções para fazer uma proteína é chamada de gene. Cada gene tem a seqüência de pelo menos um polipeptídeo. As proteínas formam estruturas, e também formam enzimas. As enzimas fazem a maior parte do trabalho nas células. As proteínas são feitas de polipéptidos menores, que são formados de aminoácidos. Para fazer uma proteína para fazer um determinado trabalho, os aminoácidos corretos têm que ser unidos na ordem correta.
As proteínas são feitas por pequenas máquinas na célula chamadas ribossomos. Os ribossomos estão no corpo principal da célula, mas o DNA está apenas no núcleo da célula. O códon é parte do DNA, mas o DNA nunca deixa o núcleo. Como o DNA não pode deixar o núcleo, a célula faz uma cópia da seqüência de DNA no RNA. Este é menor e pode passar pelos orifícios - poros - na membrana do núcleo e sair para dentro da célula.
Os genes codificados no DNA são transcritos em RNA mensageiro (mRNA) por proteínas como a RNA polimerase. O mRNA maduro é então usado como modelo para a síntese de proteínas pelo ribossomo. Os ribossomos lêem códons, 'palavras' feitas de três pares de bases que dizem ao ribossomo qual aminoácido adicionar. O ribossomo varre ao longo de um mRNA, lendo o código enquanto ele faz proteína. Outro RNA chamado tRNA ajuda a combinar o aminoácido certo para cada códon.
Síntese de proteínas
Uma seção do DNA que contém instruções para fazer uma proteína é chamada de gene. Cada gene tem a seqüência de pelo menos um polipeptídeo. As proteínas formam estruturas, e também formam enzimas. As enzimas fazem a maior parte do trabalho nas células. As proteínas são feitas de polipéptidos menores, que são formados de aminoácidos. Para fazer uma proteína para fazer um determinado trabalho, os aminoácidos corretos têm que ser unidos na ordem correta.
As proteínas são feitas por pequenas máquinas na célula chamadas ribossomos. Os ribossomos estão no corpo principal da célula, mas o DNA está apenas no núcleo da célula. O códon é parte do DNA, mas o DNA nunca deixa o núcleo. Como o DNA não pode deixar o núcleo, o núcleo da célula faz uma cópia da seqüência de DNA no RNA. Este é menor e pode passar pelos orifícios - poros - na membrana do núcleo e sair para dentro da célula.
Os genes codificados no DNA são transcritos em RNA mensageiro (mRNA) por proteínas como a RNA polimerase. O mRNA maduro é então usado como modelo para a síntese de proteínas pelo ribossomo. Os ribossomos lêem códons, 'palavras' feitas de três pares de bases que dizem ao ribossomo qual aminoácido adicionar. O ribossomo varre ao longo de um mRNA, lendo o código enquanto ele faz proteína. Outro RNA chamado tRNA ajuda a combinar o aminoácido certo para cada códon.
História da pesquisa de DNA
O DNA foi isolado (extraído das células) pelo médico suíço Friedrich Miescher em 1869, quando ele estava trabalhando com bactérias do pus em curativos cirúrgicos. A molécula foi encontrada no núcleo das células e por isso ele a chamou de nucleína.
Em 1928, Frederick Griffith descobriu que traços da forma "lisa" de Pneumococcus podiam ser transferidos para a forma "áspera" da mesma bactéria, misturando bactérias "lisas" mortas com a forma "áspera" viva. Este sistema forneceu a primeira sugestão clara de que o DNA transporta informações genéticas.
A experiência Avery-MacLeod-McCarty identificou o DNA como o princípio transformador em 1943.
O papel do DNA na hereditariedade foi confirmado em 1952, quando Alfred Hershey e Martha Chase no experimento Hershey-Chase mostrou que o DNA é o material genético da bacteriófaga T2.
Nos anos 50, Erwin Chargaff descobriu que a quantidade de timina (T) presente em uma molécula de DNA era aproximadamente igual à quantidade de adenina (A) presente. Ele descobriu que o mesmo se aplicava à guanina (G) e à citosina (C). As regras de Chargaff resumem esta descoberta.
Em 1953, James D. Watson e Francis Crick sugeriram o que agora é aceito como o primeiro modelo correto de estrutura de DNA com dupla hélice na revista Nature. Seu modelo molecular de DNA de dupla hélice foi então baseado em uma única imagem de difração de raios X "Foto 51", tirada por Rosalind Franklin e Raymond Gosling em maio de 1952.
Evidências experimentais apoiando o modelo Watson e Crick foram publicadas em uma série de cinco artigos na mesma edição da revista Nature. Destes, o artigo de Franklin e Gosling foi a primeira publicação de seus próprios dados de difração de raios X e método de análise original que suportava parcialmente o modelo Watson e Crick; esta edição também continha um artigo sobre a estrutura do DNA de Maurice Wilkins e dois de seus colegas, cuja análise e padrões de raios X in vivo B-DNA também suportavam a presença in vivo das configurações de DNA de dupla hélice, como proposto por Crick e Watson para seu modelo molecular de DNA de dupla hélice nas duas páginas anteriores da Nature. Em 1962, após a morte de Franklin, Watson, Crick e Wilkins receberam conjuntamente o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina. Os Prêmios Nobel foram concedidos somente aos ganhadores vivos na época. Um debate continua sobre quem deve receber o crédito pela descoberta.
Em 1957, Crick explicou a relação entre DNA, RNA e proteínas, no dogma central da biologia molecular.
Como o DNA foi copiado (o mecanismo de replicação) veio em 1958 através da experiência Meselson-Stahl. Mais trabalho de Crick e colegas de trabalho mostrou que o código genético era baseado em trigêmeos não sobrepostos de bases, chamados de códons. Estas descobertas representam o nascimento da biologia molecular.
Como Watson e Crick conseguiram os resultados de Franklin tem sido muito debatido. Crick, Watson e Maurice Wilkins receberam o Prêmio Nobel em 1962 por seu trabalho no DNA - Rosalind Franklin tinha morrido em 1958.
James D. Watson e Francis Crick (à direita), com Maclyn McCarty (à esquerda)
História da pesquisa de DNA
O DNA foi isolado (extraído das células) pelo médico suíço Friedrich Miescher em 1869, quando ele estava trabalhando com bactérias do pus em curativos cirúrgicos. A molécula foi encontrada no núcleo das células e por isso ele a chamou de nucleína.
Em 1928, Frederick Griffith descobriu que traços da forma "lisa" de Pneumococcus podiam ser transferidos para a forma "áspera" da mesma bactéria, misturando bactérias "lisas" mortas com a forma "áspera" viva. Este sistema forneceu a primeira sugestão clara de que o DNA transporta informações genéticas.
A experiência Avery-MacLeod-McCarty identificou o DNA como o princípio transformador em 1943.
O papel do DNA na hereditariedade foi confirmado em 1952, quando Alfred Hershey e Martha Chase no experimento Hershey-Chase mostrou que o DNA é o material genético da bacteriófaga T2.
Nos anos 50, Erwin Chargaff descobriu que a quantidade de timina (T) presente em uma molécula de DNA era aproximadamente igual à quantidade de adenina (A) presente. Ele descobriu que o mesmo se aplicava à guanina (G) e à citosina (C). As regras de Chargaff resumem esta descoberta.
Em 1953, James D. Watson e Francis Crick sugeriram o que agora é aceito como o primeiro modelo correto de estrutura de DNA com dupla hélice na revista Nature. Seu modelo molecular de DNA de dupla hélice foi então baseado em uma única imagem de difração de raios X "Foto 51", tirada por Rosalind Franklin e Raymond Gosling em maio de 1952.
Evidências experimentais apoiando o modelo Watson e Crick foram publicadas em uma série de cinco artigos na mesma edição da revista Nature. Destes, o artigo de Franklin e Gosling foi a primeira publicação de seus próprios dados de difração de raios X e método de análise original que suportava parcialmente o modelo Watson e Crick; esta edição também continha um artigo sobre a estrutura do DNA de Maurice Wilkins e dois de seus colegas, cuja análise e padrões de raios X in vivo B-DNA também suportavam a presença in vivo das configurações de DNA de dupla hélice, como proposto por Crick e Watson para seu modelo molecular de DNA de dupla hélice nas duas páginas anteriores da Nature. Em 1962, após a morte de Franklin, Watson, Crick e Wilkins receberam conjuntamente o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina. Os Prêmios Nobel foram concedidos somente aos ganhadores vivos na época. Um debate continua sobre quem deve receber o crédito pela descoberta.
Em 1957, Crick explicou a relação entre DNA, RNA e proteínas, no dogma central da biologia molecular.
Como o DNA foi copiado (o mecanismo de replicação) veio em 1958 através da experiência Meselson-Stahl. Mais trabalho de Crick e colegas de trabalho mostrou que o código genético era baseado em trigêmeos não sobrepostos de bases, chamados de códons. Estas descobertas representam o nascimento da biologia molecular.
Como Watson e Crick conseguiram os resultados de Franklin tem sido muito debatido. Crick, Watson e Maurice Wilkins receberam o Prêmio Nobel em 1962 por seu trabalho no DNA - Rosalind Franklin tinha morrido em 1958.
James D. Watson e Francis Crick (à direita), com Maclyn McCarty (à esquerda)
DNA e preocupações com privacidade
A polícia nos Estados Unidos usou o DNA e bancos de dados públicos de árvores genealógicas para resolver casos frios. A UniãoAmericanade LiberdadesCivis levantou preocupações sobre esta prática.
DNA e preocupações com privacidade
A polícia nos Estados Unidos usou o DNA e bancos de dados públicos de árvores genealógicas para resolver casos frios. A União Americana de Liberdades Civis levantou preocupações sobre esta prática.
Páginas relacionadas
- Divisão celular
- Reparo de DNA
- Cromossomo
- Análise de seqüências
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Perguntas e Respostas
P: O que é DNA?
R: O DNA significa ácido desoxirribonucleico e é a molécula que contém o código genético dos organismos, incluindo animais, plantas, protists, arcaias e bactérias. É constituído de duas cadeias de polinucleotídeos em uma dupla hélice.
P: Como o DNA diz às células quais proteínas devem ser feitas?
R: Na maioria das vezes, as proteínas que são feitas são enzimas que são determinadas pelas instruções contidas dentro do DNA.
P: Como as crianças herdam traços de seus pais?
R: As crianças compartilham traços com seus pais porque herdam parte do DNA de seus pais que determina coisas como pele, cabelo e cor dos olhos. A combinação do DNA de ambos os pais forma um conjunto único de instruções para cada criança.
P: O que é DNA não codificador?
R: Seqüências não codificadoras de DNA são partes do genoma de um organismo que não codificam seqüências de proteínas. Alguns DNAs não codificadores podem ser transcritos em moléculas não codificadoras de RNA, tais como RNA transferido ou RNA ribossômico, enquanto outras seqüências podem não ser transcritas de maneira alguma ou dar origem a RNAs com funções desconhecidas. A quantidade de DNAs que não codificam varia entre as espécies.
P: Onde os organismos eucarióticos armazenam a maior parte de seu DNA?
R: Organismos eucarióticos como animais, plantas, fungos e protists armazenam a maior parte de seus DNAs dentro do núcleo celular, enquanto prokaryotes como bactérias e archaeaea armazenam seu DNA apenas no citoplasma em cromossomos circulares.
P: Como a cromatina ajuda a organizar o DNA dentro dos cromossomos eucariotas?
R: As proteínas cromatinosas, como as histonas, ajudam a compactar e organizar o DNA dentro dos cromossomos eucarióticos, para que ele possa ser facilmente acessado quando necessário.
