A estrutura do DNA - Pradigital-Holandina

STC 7
Curso de T.I.S
28-08-1010
A estrutura do ADN
O
ácido
desoxirribonucleico
(ADN,
em
português:
ácido
desoxirribonucleico; ou ADN, em inglês: deoxyribonucleic acid) é um
composto orgânico cujas moléculas contêm as instruções genéticas que
coordenam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres vivos e
alguns vírus. O seu principal papel é armazenar as informações necessárias
para a construção das proteínas e ARNs. Os segmentos de ADN que contêm
a informação genética são denominados genes. O restante da sequência de
ADN tem importância estrutural ou está envolvido na regulação do uso da
informação genética.
A estrutura da molécula de ADN foi descoberta conjuntamente pelo norteamericano James Watson e pelo britânico Francis Crick em 7 de Março de
1953, o que lhes valeu o Prémio Nobel de Fisiologia/Medicina em 1962,
juntamente com Maurice Wilkins.
Do ponto de vista químico, o ADN é um longo polímero de unidades simples
(monómeros) de nucleotídeos, cujo cerne é formado por moléculas de
açúcares e fosfato intercalados unidos por ligações fosfodiéster. Ligada à
molécula de açúcar está uma de quatro bases nitrogenadas. A sequência de
bases ao longo da molécula de ADN constitui a informação genética. A
leitura destas sequências é feita através do código genético, que especifica
a sequência linear dos aminoácidos das proteínas. A tradução é feita por um
RNA mensageiro que copia parte da cadeia de ADN por um processo
chamado transcrição e posteriormente a informação contida neste é
Trabalho elaborado por: Holandina
1
STC 7
Curso de T.I.S
28-08-1010
"traduzida" em proteínas pela tradução. Embora a maioria do ARN
produzido seja usado na síntese de proteínas, algum ARN tem função
estrutural, como por exemplo o ARN ribossômico, que faz parte da
constituição dos ribossomas.
Dentro da célula, o ADN pode ser observado numa estrutura chamada
cromossoma durante a metáfase. O conjunto de cromossomas de uma célula
forma o cariótipo. Antes da divisão celular os cromossomas são duplicados
através de um processo chamada repetição. Eucariontes como animais,
plantas e fungos têm o seu ADN dentro do núcleo por enquanto procariontes
como as bactérias o têm disperso no citoplasma. Dentro dos cromossomas,
proteínas da cromatina como as histonas compactam e organizam o ADN.
Estas estruturas compactas guiam as interacções entre o ADN e outras
proteínas, ajudando a controlar que partes do ADN são transcritas.
O ADN é responsável pela transmissão das características hereditárias de
cada ser vivo.
O ADN é um longo polímero formado por unidades repetidas chamadas
nucleotídeos. A cadeia de ADN tem 2,2 a 2,4 nanómetros de largura, e um
nucleotídeo possui aproximadamente 0,33 nanómetros de comprimento.
Embora os monómeros (nucleotídeos) que constituem o ADN sejam muito
pequenos, os polímeros de ADN podem ser moléculas enormes, com milhões
de nucleotídeos. Por exemplo, o maior cromossoma humano (cromossoma 1),
possui 220 milhões de pares de bases de comprimento. Uma molécula de
ADN do ser humano possui aproximadamente dois metros de comprimento,
encapsulada em um núcleo celular de 6cm, o equivalente a acomodar uma
linha de 40 km de comprimento em uma bola de ténis.
Em organismos vivos, o ADN não existe como uma molécula única (cadeia
simples), mas sim como um par de moléculas firmemente associadas. As duas
longas cadeias de ADN enrolam-se como uma trepadeira formando uma
dupla hélice. Os nucleotídeos estão presentes em ambas as cadeias da dupla
hélice, unidos com nucleótidos da mesma cadeia por ligações fosfodiéster e
à cadeia complementar através de pontes de hidrogénio formadas pelas suas
bases. Em geral, uma base ligada a um açúcar é chamada nucleosídeo e uma
base ligada a um açúcar e um ou mais fosfatos é chamada nucleotídeo.
Trabalho elaborado por: Holandina
2
STC 7
Curso de T.I.S
28-08-1010
Portanto, o ADN pode ser referido como um polinucleotídeo. O cerne
(backbone) da cadeia de ADN é formado por fosfato e resíduos de açúcar,
dispostos alternadamente. O açúcar no ADN é 2-desoxirribose, uma
pentose (açúcar com cinco carbonos). Os açúcares são unidos por grupos
fosfato que formam ligações fosfodiester entre o terceiro e quinto átomos
de carbono dos anéis de açúcar adjacentes. Estas ligações assimétricas
significam que uma cadeia de ADN tem uma direcção. Numa dupla hélice, a
direcção dos nucleotídeos de uma cadeia é oposta à direcção dos
nucleotídeos da outra cadeia. O formato das cadeias do ADN é designado
antiparalelo. As terminações assimétricas das cadeias de ADN são
designadas terminais Uma das diferenças principais entre o ADN e o ARN
encontra-se no açúcar, com a substituição da 2-desoxirribose no ADN pela
ribose no ARN.
Uma cadeia de ADN.
A dupla hélice do ADN é estabilizada por pontes de hidrogénio entre as
bases presas às duas cadeias. As quatro bases encontradas no ADN são a
adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Estas quatro bases estão
representadas na figura ao lado e ligam-se ao açúcar/fosfato para formar o
nucleotídeo
completo,
que
na
figura
é
mostrado
como
adenosina
monofosfato.
Trabalho elaborado por: Holandina
3
STC 7
Curso de T.I.S
28-08-1010
Estas bases são classificadas em dois tipos; a adenina e guanina são
compostos heterocíclicos chamados purinas, enquanto a citosina e timina são
pirimidinas.
quinta base (uma pirimidina) chamada uracila (U) aparece no ARN e substitui
a timina, a uracila difere da timina pela falta de um grupo de metila no seu
anel. A uracila normalmente não está presente no ADN, só ocorrendo como
um produto da decomposição da citosina. Uma raríssima exceção para esta
regra é um vírus bacteriano chamado PBS1 que contém uracila no seu ADN.
Em contraste, após a síntese de certas moléculas de ARN, um número
significante de uracilas são convertidas a timinas pela adição enzimática do
grupo de metila. Isto acontece principalmente em RNAs estruturais e
enzimáticos como o ARN mensageiro e o ARN ribossomal.
A dupla hélice é uma espiral dextra. Como as cadeias de ADN giram uma ao
redor da outra, elas deixam espaços entre cada cerne de fosfato, revelando
os sítios das bases que estão localizadas na parte interna (espaços com 22 e
12 Å). Proteínas como fatores de transcrição podem ligar-se a sequências
específicas do ADN de dupla cadeia, normalmente estabelecendo contacto
com os sítios das bases expostos no espaço maior.
Trabalho elaborado por: Holandina
4
STC 7
Curso de T.I.S
28-08-1010
No topo, pareamento GC com três pontes de hidrogénio. Em baixo, AT com
duas pontes de hidrogénio.
Emparelhamento de bases
Cada tipo de base numa cadeia forma uma ligação com apenas um tipo de
base
na
outra
cadeia.
Este
comportamento
é
designado
de
complementariedade de bases. Assim, as purinas formam pontes de
hidrogénio com pirimidinas, i.e. A liga-se com T e C com G. Este arranjo de
dois nucleotídeos complementares na dupla hélice é chamado par de bases.
Além das pontes de hidrogénio entre as bases, as duas cadeias são mantidas
juntas devido a forças geradas por interações hidrofóbicas entre as bases
empilhadas, a qual não é influenciada pela sequência do DNA.
Como as
pontes de hidrogénio não são ligações covalentes, podem ser quebradas e
reunidas com relativa facilidade. Desta forma, as duas fitas da dupla hélice
de DNA podem ser separadas como um "zíper" (fecho) por força mecânica
ou altas temperaturas Como resultado desta complementariedade, toda a
informação contida numa das cadeias de DNA está também contida na
outra, o que é fundamental para a replicação do DNA.
Trabalho elaborado por: Holandina
5
STC 7
Curso de T.I.S
28-08-1010
Os dois tipos de pares de base formam diferentes números de pontes de
hidrogénio: AT forma duas pontes de hidrogénio enquanto que GC formam
três pontes de hidrogénio. Desta forma a interacção entre GC é mais forte
que AT. Como resultado, a percentagem de GC numa dupla fita de DNA
determina a força de interacção entre as duas cadeias. Uma parte da dupla
cadeia de DNA que precisa de ser separada facilmente, tal como a TATAAT
Caixa de Pribnow nos promotores bacterianos, tende a ter sequências com
maior predomínio de AT, para facilitar a abertura da dupla cadeia aquando
da transcrição. No laboratório, a força desta interacção pode ser medida
encontrando a temperatura necessária para quebrar as pontes de
hidrogénio, a temperatura de desnaturação (também chamado Tm). Quando
todos os pares de base numa dupla hélice de ADN quebram as suas ligações,
as duas cadeias separam-se e existem em solução como duas moléculas
completamente independentes. Estas moléculas de DNA de cadeia simples
não têm uma única forma comum, mas algumas conformações são mais
estáveis do que outras.
TBP associada ao DNA.
Fenda maior e menor
O DNA normalmente encontra-se em forma de uma espiral. Portanto, as
cadeias de DNA giram uma sobre a outra e acabam por formar fendas entre
os cernes de fosfato, deixando expostas as faces das bases nitrogenadas
que não estão unidas por pontes de hidrogénio com a base complementar.
Trabalho elaborado por: Holandina
6
STC 7
Trabalho elaborado por: Holandina
Curso de T.I.S
28-08-1010
7