Genética

Organização e Estrutura do DNA

Entenda como o DNA é feito e como ele se organiza em uma célula

Organização e Estrutura do DNA
Avalie está aula

Na década de 1950, Francis Crick e James Watson trabalharam juntos na Universidade de Cambridge, na Inglaterra, para determinar a estrutura do DNA. Outros cientistas, como Linus Pauling e Maurice Wilkins, também estavam explorando ativamente esse campo. Pauling descobriu a estrutura secundária das proteínas usando cristalografia de raios X.

A cristalografia de raios X é um método para investigar a estrutura molecular, observando os padrões formados por raios X disparados através de um cristal da substância. Os padrões fornecem informações importantes sobre a estrutura da molécula de interesse. No laboratório de Wilkins, a pesquisadora Rosalind Franklin usava cristalografia de raios X para entender a estrutura do DNA.

Watson e Crick foram capazes de juntar o quebra-cabeça da molécula de DNA usando os dados de Franklin ( Figura). Watson e Crick também tiveram informações importantes disponíveis de outros pesquisadores, como as regras de Chargaff. Chargaff mostrou que dos quatro tipos de monômeros (nucleotídeos) presentes em uma molécula de DNA, dois tipos estavam sempre presentes em quantidades iguais e os dois tipos restantes também estavam sempre presentes em quantidades iguais. Isso significava que eles sempre estavam emparelhados de alguma forma. Em 1962, James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins receberam o Prêmio Nobel de Medicina por seu trabalho na determinação da estrutura do DNA.

A foto na parte A mostra James Watson, Francis Crick e Maclyn McCarty. O padrão de difração de raios X na parte b é simétrico, com pontos em formato de x.
Os cientistas pioneiros (a) James Watson e Francis Crick são retratados aqui com o geneticista americano Maclyn McCarty. A cientista Rosalind Franklin descobriu (b) o padrão de difração de raios X do DNA, que ajudou a elucidar sua estrutura de dupla hélice. (crédito a: modificação do trabalho de Marjorie McCarty; b: modificação do trabalho pelo NIH)

Agora vamos considerar a estrutura dos dois tipos de ácidos nucleicos, ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). Os blocos de construção do DNA são nucleotídeos, compostos de três partes: uma desoxirribose (açúcar de 5 carbonos), um grupo fosfato e uma base nitrogenada ( Figura ). Existem quatro tipos de bases nitrogenadas no DNA. A adenina (A) e a guanina (G) são purinas de dois anéis, e a citosina (C) e a timina (T) são pirimidinas menores, de anel único. O nucleotídeo é nomeado de acordo com a base nitrogenada que contém.

A ilustração mostra a estrutura de um nucleótido, que é constituído por um açúcar desoxirribose com uma base azotada ligada na posição 1 'e um grupo fosfato ligado na posição 5'. Existem dois tipos de bases nitrogenadas: pirimidinas, que possuem um anel de seis membros, e purinas, que possuem um anel de seis membros fundido a um anel de cinco membros. Citosina e timina são pirimidinas, e adenina e guanina são purinas.
(a) Cada nucleotídeo de DNA é composto de um açúcar, um grupo fosfato e uma base. (b) Citosina e timina são pirimidinas. Guanina e adenina são purinas.

O grupo fosfato de um nucleotídeo se liga covalentemente à molécula de açúcar do próximo nucleotídeo, e assim por diante, formando um longo polímero de monômeros de nucleotídeo. Os grupos de açúcar-fosfato se alinham em uma “espinha dorsal” para cada filamento único de DNA, e as bases de nucleotídeos se destacam desta coluna vertebral. Os átomos de carbono do açúcar de cinco carbonos são numerados no sentido horário a partir do oxigênio como 1 ‘, 2’, 3 ‘, 4’ e 5 ‘(1’ é lido como “um primo”).

O grupo fosfato é ligado ao carbono 5 ‘de um nucleotídeo e ao carbono 3’ do próximo nucleotídeo. Em seu estado natural, cada molécula de DNA é na verdade composta de duas cadeias simples unidas ao longo de seu comprimento por ligações de hidrogênio entre as bases.

Watson e Crick propuseram que o DNA é composto de dois filamentos que são torcidos um ao outro para formar uma hélice destro, chamada de hélice dupla.. O pareamento de bases ocorre entre uma purina e pirimidina: a saber, pares A com T e pares G com C.

Em outras palavras, adenina e timina são pares de bases complementares, e citosina e guanina também são pares de bases complementares. Esta é a base da regra de Chargaff; por causa de sua complementaridade, há tanto adenina quanto timina em uma molécula de DNA e tanto guanina quanto citosina.

A adenina e a timina são conectadas por duas ligações de hidrogênio, e a citosina e a guanina são conectadas por três ligações de hidrogênio. Os dois filamentos são anti-paralelos por natureza; isto é, uma vertente terá o carbono 3 ‘do açúcar na posição “ascendente”, enquanto a outra vertente terá o carbono 5’ na posição ascendente. O diâmetro da dupla hélice do DNA é uniforme porque uma purina (dois anéis) sempre emparelha com uma pirimidina (um anel) e seus comprimentos combinados são sempre iguais. (Figura ).

A parte A mostra uma ilustração de uma dupla hélice de DNA, que tem um backbone de fosfato de açúcar no lado de fora e pares de bases de nitrogênio no interior. A parte B mostra o emparelhamento de bases entre a timina e a adenina, que formam duas pontes de hidrogênio, e entre a guanina e a citosina, que formam três pontes de hidrogênio.
O DNA (a) forma uma hélice de cadeia dupla e (b) pares de adenina com pares de timina e citosina com guanina. (credit a: modificação do trabalho de Jerome Walker, Dennis Myts)

A estrutura do RNA

Existe um segundo ácido nucleico em todas as células, chamado ácido ribonucleico, ou RNA. Como o DNA, o RNA é um polímero de nucleotídeos. Cada um dos nucleotídeos no RNA é composto de uma base nitrogenada, um açúcar de cinco carbonos e um grupo fosfato. No caso do RNA, o açúcar de cinco carbonos é a ribose, não a desoxirribose. A ribose possui um grupo hidroxila no carbono 2 ‘, diferente da desoxirribose, que possui apenas um átomo de hidrogênio ( Figura ).

Uma figura que mostra a estrutura dos açúcares ribose e desoxirribose. Na ribose, o OH na posição 2 'é destacado em vermelho. Na desoxirribose, o H na posição 2 'é destacado em vermelho.
A diferença entre a ribose encontrada no RNA e a desoxirribose encontrada no DNA é que a ribose possui um grupo hidroxila no carbono 2 ‘.

Os nucleotídeos de RNA contêm as bases nitrogenadas adenina, citosina e guanina. No entanto, eles não contêm timina, que é substituída pelo uracilo, simbolizado por um RNA “U”. O RNA existe como uma molécula de fita simples em vez de uma hélice de cadeia dupla. Os biólogos moleculares nomearam vários tipos de RNA com base em sua função. Estes incluem RNA mensageiro (mRNA), RNA de transferência (tRNA) e RNA ribossômico (rRNA) – moléculas que estão envolvidas na produção de proteínas a partir do código de DNA.

Como o DNA é organizado na célula

O DNA é uma molécula ativa; ele deve ser replicado quando uma célula está pronta para se dividir e deve ser “lida” para produzir as moléculas, como proteínas, para realizar as funções da célula. Por essa razão, o DNA é protegido e embalado de maneiras muito específicas.

Além disso, as moléculas de DNA podem ser muito longas. Estendidas de ponta a ponta, as moléculas de DNA em uma única célula humana chegariam a um comprimento de cerca de 2 metros. Assim, o DNA de uma célula deve ser empacotado de uma maneira muito ordenada para se ajustar e funcionar dentro de uma estrutura (a célula) que não é visível a olho nu.

Os cromossomos dos procariontes são muito mais simples que os dos eucariotos em muitas de suas características ( Figura ). A maioria dos procariontes contém um único cromossomo circular que é encontrado em uma área do citoplasma chamada nucleoide.

A ilustração mostra uma célula eucariótica, que tem um núcleo ligado à membrana contendo cromatina e um nucléolo, e uma célula procariótica, que tem DNA contido em uma área do citoplasma chamada nucleóide. A célula procariótica é muito menor que a célula eucariótica.
Um eucariota contém um núcleo bem definido, enquanto que nos procariontes, o cromossomo está no citoplasma em uma área chamada nucleoide.

O tamanho do genoma em um dos procariontes mais bem estudados, Escherichia coli, é de 4,6 milhões de pares de bases, o que estenderia uma distância de cerca de 1,6 mm se esticado. Então, como isso se encaixa dentro de uma pequena célula bacteriana? O DNA é torcido para além da dupla hélice no que é conhecido como super enrolamento. Algumas proteínas são conhecidas por estarem envolvidas no super enrolamento; outras proteínas e enzimas ajudam na manutenção da estrutura super enrolada.

Os eucariotas, cujos cromossomas cada consistem de uma molécula de ADN linear, empregar um tipo diferente de embalagem estratégia para se ajustar o seu ADN no interior do núcleo ( Figura). No nível mais básico, o DNA é envolvido em torno de proteínas conhecidas como histonas para formar estruturas chamadas nucleossomas. O DNA é enrolado firmemente ao redor do núcleo histônico. Esse nucleossomo está ligado ao próximo por um filamento curto de DNA livre de histonas.

Isso também é conhecido como a estrutura “contas em uma corda”; os nucleossomas são as “contas” e os comprimentos curtos de DNA entre eles são a “corda”. Os nucleossomas, com o seu DNA enrolado à volta deles, empilham-se uns sobre os outros para formar uma fibra de 30 nm de largura. Esta fibra é ainda enrolada em uma estrutura mais espessa e mais compacta.

No estágio de metáfase da mitose, quando os cromossomos estão alinhados no centro da célula, os cromossomos estão mais compactados. Eles têm aproximadamente 700 nm de largura e são encontrados em associação com proteínas de suporte.

Na interfase, a fase do ciclo celular entre as mitoses em que os cromossomos são descondensados, os cromossomos eucarióticos têm duas regiões distintas que podem ser distinguidas pela coloração. Há uma região compacta que mancha manchas escuras e uma região menos densa.

As regiões de coloração escura geralmente contêm genes que não estão ativos e são encontradas nas regiões do centrômero e dos telômeros. As regiões de coloração leve geralmente contêm genes que estão ativos, com o DNA empacotado ao redor dos nucleossomos, mas não mais compactado.

A ilustração mostra os níveis de organização dos cromossomos eucarióticos, começando com a dupla hélice do DNA, que envolve as proteínas histonas. A molécula inteira de DNA envolve muitos aglomerados de proteínas histonas, formando uma estrutura que se parece com contas em uma corda. A cromatina é ainda condensada enrolando-se em torno de um núcleo de proteína. O resultado é um cromossomo compacto, mostrado em forma duplicada.
Estas figuras ilustram a compactação do cromossomo eucariótico.

Resumo da seção

O modelo da estrutura de dupla hélice do DNA foi proposto por Watson e Crick. A molécula de DNA é um polímero de nucleotídeos. Cada nucleotídeo é composto de uma base nitrogenada, um açúcar de cinco carbonos (desoxirribose) e um grupo fosfato. Existem quatro bases nitrogenadas no DNA, duas purinas (adenina e guanina) e duas pirimidinas (citosina e timina).

Uma molécula de DNA é composta de duas cadeias. Cada filamento é composto de nucleotídeos ligados entre si de forma covalente entre o grupo fosfato de um e o açúcar desoxirribose do segundo. Deste backbone estender as bases. As bases de uma cadeia ligam-se às bases da segunda cadeia com ligações de hidrogênio.

A adenina sempre se liga à timina e a citosina sempre se liga à guanina. A ligação faz com que os dois cordões espiralem em torno um do outro em uma forma chamada de dupla hélice. O ácido ribonucleico (RNA) é um segundo ácido nucleico encontrado nas células. O RNA é um polímero de nucleotídeos de fita simples. Também difere do DNA, pois contém o açúcar ribose, em vez da desoxirribose, e o nucleotídeo uracila, e não a timina. Várias moléculas de RNA atuam no processo de formação de proteínas a partir do código genético no DNA.

Os procariontes contêm um único cromossomo circular de cadeia dupla. Os eucariotos contêm moléculas de DNA linear de fita dupla empacotadas em cromossomos. A hélice de DNA é envolvida em torno de proteínas para formar nucleossomos. As bobinas de proteína são enroladas e, durante a mitose e a meiose, os cromossomos ficam ainda mais enrolados para facilitar o movimento. Os cromossomos possuem duas regiões distintas que podem ser distinguidas pela coloração, refletindo diferentes graus de empacotamento e determinadas pelo fato de o DNA de uma região estar sendo expresso (eucromatina) ou não (heterocromatina).

Glossário

desoxirribose
uma molécula de açúcar de cinco carbonos com um átomo de hidrogênio em vez de um grupo hidroxila na posição 2 ‘; o componente de açúcar dos nucleotídeos de DNA
dupla hélice
a forma molecular do DNA em que duas cadeias de nucleotídeos se enrolam em forma de espiral
Base nitrogenada
uma molécula contendo nitrogênio que atua como base; muitas vezes referindo-se a um dos componentes purina ou pirimidina de ácidos nucleicos
grupo fosfato
um grupo molecular que consiste em um átomo de fósforo central ligado a quatro átomos de oxigênio

Você gostar de ver isso

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *

Close
Close
Início - Planeta Biológico

    O que ṣo mol̩culas РDe que ṣo feitas

    Em seu nível mais fundamental, a vida é composta de matéria. A matéria ocupa espaço e tem massa. Toda matéria é composta de elementos ,…

    Principais vias metabólicas

    Você aprendeu sobre o catabolismo da glicose, que fornece energia para as células vivas. Mas as coisas vivas consomem mais do…

    Ciclo Celular: fases, períodos, o que é – Resumo

    O ciclo celular é uma série ordenada de eventos envolvendo crescimento celular e divisão celular que produz duas novas células filhas. As células…

    Estrutura e Função dos ribossomos

    Função dos Ribossomos: Traçando sua origem para mais de 3 a 4 bilhões de anos atrás, acredita-se que os ribossomos…

    Diferen̤as entre c̩lulas eucariontes e procariontes РResumo

    As células se enquadram em uma das duas grandes categorias: procariótica e eucariótica. Os organismos predominantemente unicelulares dos domínios Bactéria e…

    O que são bactérias: características, tipos, estrutura

    Bactérias são organismos microscópicos antigos que são encontrados em toda parte da Terra. Eles são um dos três principais ramos da árvore…

    Carboidratos: tipos, função, estrutura – Sacarídeos

    Os carboidratos são uma das quatro principais categorias de moléculas encontradas nos seres vivos – as outras três são proteínas , lipídios e ácidos nucleicos . Eles…

    O que ̩ Espermatog̻nese Рforma̤̣o dos gametas masculinos

    Espermatogênese : No reino animal (entre os animais dióicos ), a união do espermatozóide e óvulo é a base da reprodução da espécie. Por um…

    Introdṳ̣o a citologia РComo as c̩lulas ṣo estudas

    Uma célula é a menor unidade de uma coisa viva. Uma coisa viva, como você, é chamada de organismo. Assim, as células…

    Arqueas: o que são, tipos, características – Archaeas

    As Arqueas também conhecidas como Archaeas é um vasto grupo de microrganismos pouco conhecidos . Eles formam um dos três…

    Glicólise: o que é, processos, função – Resumo

    Mesmo reações exergônicas de liberação de energia requerem uma pequena quantidade de energia de ativação para prosseguir. No entanto, considere as…

    O que ̩ metabolismo Рanabolismo, catabolismo e energia

    Os cientistas usam o termo bioenergética para descrever o conceito de fluxo de energia ( Figura ) através de sistemas vivos, como as células. Processos…