A Estrutura da molécula de DNA Identificação dos ácidos nucléicos

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A Estrutura da molécula de DNA
Identificação dos ácidos nucléicos e da molécula certa inaugura a genética molecular
Em 1869, o bioquímico suíço Friedtich Mieschner aventou pela primeira vez que todos
os núcleos celulares provavelmente possuíram uma química especifica. Em anos
subseqüentes, ele descobriu varias substâncias do núcleo, as quais separou em proteínas
e moléculas ácidas – daí o termo “ácidos nucléicos”.
Um químico natural da Rússia, Phoebus A. T. Levene, também foi um pioneiro no
estudo de ácidos nucléicos. Em 1909, Levene identificou corretamente a ribose como
açúcar de um dos dois tipos de acido nucléico, o acido ribonucléico, e certos
componentes do outro acido nucléico, o acido desoxirribonucléico. Ele e muitos de seus
colegas estavam convencidos de que, com ácidos nucléicos e proteínas no núcleo, as
complexas e abundantes moléculas de proteínas armazenavam todas as informações
genéticas nos cromossomos. A teoria do Levene sobre o propósito do DNA –
meramente manter unidas as moléculas de proteína – revelou-se incorreta.
O trabalho que levou à correção dessa suposição equivocada teve início em 1928 com
bacteriologista inglês Fredrick Griffith.
Outro bacteriologista, Oswald T. Avery, juntamente com seus colegas, percebeu a
importância do trabalho de Griffith e passou dez anos tentando identificar o agente que
era a essência da transformação genética na bactéria. Finalmente, em 1944 Avery e seus
colaboradores publicaram os resultados de suas extensas pesquisas, os quais mostraram
claramente que era DNA, e não a proteína ou RNA, que permitia o transporte das
informações hereditárias. Esse trabalho inaugurou a ciência da genética molecular.
Bioquímico natural da Áusrtia Erwin Chargaff determinou as proporções dos quatro
compostos presentes no DNA : adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Em
1950, ele determinou as quantidades proporcionais exatas das bases de DNA em cada
molécula : guanina citosina e adenina igual a timina. Portanto, a quantidade de guanina e
adenina combinadas é igual à citosina e timina combinadas.
Alfred D. Hershey ,na década de 1940 e no início da década seguinte, corroborou a
conclusão do grupo de Avery de que o DNA, e não a proteína, é o material genético.
Os ácidos nucléicos apresentam-se em dois tipos : DNA (ácido desoxirribonucléico) e
RNA (ácido ribonucléico). As bases são as mesmas em ambas as moléculas, com
exceção do uracil, que substitui a timina no RNA.
Descoberta da hélice dupla de DNA
Foi descoberta a hélice dupla de DNA pelos Crick e Watson. As duas cadeias
helicoidais antiparalelas, com a “coluna vertebral” de açúcar e fosfato na parte externa e
as bases (adenina, timina, guanina e citosina) no interior. Devido aos ângulos em que as
substâncias químicas do DNA se ligam umas às outras, todas as moléculas de DNA
consistem em duas faixas paralelas espiraladas, como corrimão de uma escada em
espiral – daí o nome que imediatamente se celebrizou com a descoberta de CrickWatson : a hélice dupla.
Compreendendo o DNA
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As proteínas compõem-se unicamente de aminoácidos. Os aminoácidos organizam-se
ao redor das quatro ligações do átomo de carbono. Ou seja, o carbono tem valência 4, o
que significa que ele possui quatro elétrons sem par na casca externa, e isso lhe permite
fazer essas ligações e o torna o atoma e o elemento químico mas importante da biologia.
Embora existem apenas vinte variedades de aminoácidos, longas repetições de
seqüências múltiplas permitem dezenas de milhares de combinações de aminoácidos
para formar uma grande variedade de proteínas. De fato, existem cerca de 50 mil tipos
de diferentes de proteínas em nosso corpo. Os mesmos vinte aminoácidos em 50 mil
combinações diferentes estão ligados aos outros em longas cadeias dobradas sobre si
mesma.
As proteínas não são simplesmente substâncias benéficas que obtemos da carne de
outros alimentos.são moléculas complexas que apresentam um conjunto extraordinário
de propriedade e funções, e sendo componentes de elementos estruturais como o
colágeno, hormônios, transportadores de oxigênio e anticorpos, além de serem enzimas
essenciais e catalisadoras na própria molécula de DNA.
O gene é uma região do DNA que controla uma característica hereditária especifica,
como cor do cabelo, altura, forma de nariz e milhares de outros traços. A seqüência
especifica das bases que compõe o gene geralmente corresponde a uma única proteína
ou RNA complementar.
No DNA, o comprimento de cada filamento é 600 mil vezes maior do que a largura.
Quando célula, núcleo e cromossomo dividem-se, cada filamento serve de gabarito para
a formação de um novo filamento correspondente em cada um das novas células graças
à estrutura e ao emparelhamento das bases descobertos por Crick e Watson.
Isso explica a segunda característica fundamental do DNA, aquela que geralmente
associamos à hélice dupla : a capacidade de replicar-se. Em outras palavras, quando o
DNA duplica-se no interior de cada célula que está sofrendo uma divisão celular , sua
capacidade de controlar as funções das células e do corpo dirigindo a produção de
proteínas também se duplica.
Isso leva nos de volta à principal função do DNA : produzir proteínas. Como os
precisos genes evoluíram de modo a ficar protegidos no núcleo da célula, é necessário
que se produzam copias ativas dos genes que possa sair do núcleo e dirigir a produção
de proteínas em outras partes da célula. Assim é preciso uma espécie de “projeto” do
gene. Esse projeto é feito pelo outro acido nucléico, o RNA, que se compõe de A, C, G e
uracil em vez de timina. A RNA-polimerase é a enzima especifica capaz de dividir o
DNA no meio dos “degraus”. Em outras palavras, ela “abre o zíper” das bases bem no
meio – em suas ligações de hidrogênio – e transforma a hélice dupla em duas hélices
simples com “meios degraus” expostos, rompendo as ligações entre os dois filamentos
que unem A com T e C com G.
Como os aminoácidos têm de unir-se lado a lado para formar proteínas, as seqüências
desses códons de três letras ao longo dos filamentos de DNA determinam as proteínas
que são exclusivas a cada um de nós.
* Uma ou mais seqüências especificas de três beses representadas por três letras
resultam na criação de cada um dos vinte aminoácidos.
* Os aminoácidos combinam-se em uma ordem especifica para formar os 50 mil tipos
de proteínas do corpo humano. Cada uma dessas combinações de códons é um gene.
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* Todos os 100 mil genes humanos estão configurados nos 46 cromossomos humanos
que se localizam em cada núcleo de cada célula. Eles se enovelam nessa forma
reconhecível durante a divisão celular.
Ao formar esses códigos, a RNA-polimerase desloca-se ao longo da molécula de DNA,
abrindo-a como um zíper e permitindo que as moléculas se RNA que se encontram
soltas no núcleo juntem-se e se emparelhem ao longo dos agora expostos pontos onde
estão A, C, G e T dos filamentos originais de DNA. De fato, o RNA forma uma
transcrição exato do DNA. Essa copia denomina-se RNA mensageiro.
Quando RNA-polimerase chega ao “sinal de parada” que existe na extremidade de cada
gene, desprende-se juntamente com o recém-produzido RNA mensageiro, o qual sai do
núcleo e segue para um dos muitos ribossomos na célula.o ribossomo lê a mensagem do
RNA e, de acorda com a seqüência especifica de bases no códon, ele reúne uma serie de
aminoácidos provenientes das reservas que flutuam soltas pela célula. Essa ação cria, da
“estaca zero”, uma proteína especifica “escrita” na linguagem codificada originalmente
pela seqüência de bases de três letras existente no DNA que permaneceu no núcleo da
célula. Cada uma dessas novas proteínas reflete uma pequena porção dos longos
filamentos de DNA que contêm todos os códigos de três letras para as milhares de
proteínas diferentes.
Do mesmo modo como a RNA-polimerase se deslocou ao longo dos pares de bases GC e A-T exposto do DNA para criar o RNA mensageiro, o ribossomo desloca-se ao
longo do RNA mensageiro para criar uma proteína. Passo a passo, cada proteína vital
formada em nosso corpo é produzida dessa maneira. Neste exato momento, milhares de
ribossomos em cada célula de seu corpo estão efetuando milhões de reações que estão
fazendo os aminoácidos relacionados uniram-se formando cerca de 2 mil novas
moléculas de proteína a cada segundo. Cada proteína, ao sair do ribossomo e emergir da
célula, apresenta uma forma especifica dobrada e retorcida, determinada pela ligação
química dos aminoácidos dos quais ela é feita. Essa forma e composição química dos
aminoácidos dos quais ela é feita. Essa forma e composição química permitem aos 50
mil tipos diferentes de proteínas executar sua funções especificas no corpo.
Como os ácidos nucléicos dirigem a produção de proteínas e a seqüência de proteínas é
única em cada pessoa, é o DNA que, em ultima analise, controla todas as características
hereditárias.
As seqüências codificadoras que causam a formação de pêlos em um camundongo são
semelhantes, mas não idênticas, às seqüências formadoras de cabelos em uma cabeça
humana. Analogamente, as seqüências codificadoras que fazem com que os cabelos se
formem em duas cabeças humanas têm mais semelhança entre si do que com as
seqüências formadoras dos pêlos do camundongo, porém não são idênticas. Essa é chave
para compreender o material hereditário e a função do DNA, e a razão de os biólogos
moleculares referirem-se à frase “DNA produz RNA, que produz proteinas” como o
“dogma central”
A descoberta de Crick e Watson foi o ponto culminante de oitenta anos de pesquisas
realizadas por numerosos cientistas.
O Conhecimento da estrutura leva a leitura do código
O trabalho de Crick e Watson permitiu que de imediato se percebesse a possibilidade
de ler e interpretar o plano genético de qualquer organismo incluindo seres humanos.
Quando as pesquisas do bioquímico Fredrick Sanger nos permitiram iniciar o
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sequenciamento do RNA, na década de 1960, tornou-se teoricamente possível entender
toda a enorme quantidade de informações contidas no DNA, e não apenas exemplos
isolados. Isso levou a um interessemos realmente conhecer a relação entre cada gene e
cada características física, inclusive doenças de case genética. Em 1975, Walter Gilbert
foi o primeiro a aplicar um tratamento químico especifico ao DNA para dividi-lo em
fragmentos e reconhecer a utilidade que isso poderia ter na leitura do texto.
Por meio novo método, Sanger tornou teoricamente possível determinar todo o “texto”
que governa a hereditariedade de qualquer organismo vivo, inclusive o humano.
Começa o projeto genoma
* Dezembro de 1989 : cientistas do MIT descobrem um gene que acreditam ser crucial
para o desenvolvimento das defesas imunológicas humanas, denominado gene “RAG1”. A descoberta lança uma nova luz sobre as complexidades do sistema imunológico, o
qual é vital para todos os aspectos da saúde e do desenvolvimento humano.
* Agosto de 1991 : um esforço de pesquisa conjunto de cientista da Faculdade de
Medicina Johns Hopkins, do Instituto do Câncer de Tóquio e da Universidade de Utah
identifica o gene que origina o câncer do cólon. Esse gene é denominado APC. Essa
descoberta permitirá aos médicos detectar um tumor no cólon no estágio mais incipiente
possível.
* Março de 1993 : pesquisadores anunciaram que a doença de Huntington resulta de
inexplicadas “gagueiras genéticas”, expansões no tamanho de um gene especifico no
cromossomo 4, que acrescentam filamentos extras do aminoácido glutamina à proteína
que o gene normalmente codifica.
*Agosto de 1993 : pesquisadores do Centro Medico da Universidade de Duke anunciam
que as pessoas nascidas com uma variante de um gene chamado APOe têm maior
propensão a desenvolver o mal de Alzheimer por volta dos setenta anos de idade do que
as pessoas que apresentam outras versões do mesmo gene.
* Junho de 1995 : uma equipe da Universidade de Toronto anuncia que um gene do
cromossomo 14 é responsável por até 80% dos casos familiares do mal de Alzheimer.
* Agosto de 1995 : pesquisadores do Centro de Ciência da Saúde da Universidade de
Texas informam que o gene BRCA1 tem um papel fundamental no câncer de mama.
*Dezembro de 1995 : cientistas britânicos anunciam a descoberta de um segundo gene
associado ao câncer de mama, o BRCA2.
*Fevereiro de 1996 : cientistas identificam o gene que codifica uma variedade de
proteínas da superfície celular que se deslocam para o cérebro e ajudam a regular o peso
corporal; lançam hipótese de que a obesidade resulta de mutação nesse gene receptor.
* Marco de 1996 : pesquisadores da Universidade de Ciências da Saúde do Oregon
informam que células sadias do fígado transplantadas para fígados doentes produzem a
enzima FAH, ausente nesses organismos doentes. É uma nova esperança para a terapia
genética direcionada para o fígado, que poderá reduzir a necessidade de transplantes
desse órgão.
* Março de 1996 : pesquisadores de cinco grandes centros médicos anunciam ter
encontrado um gene que aumenta o risco de doença renal e outros distúrbios associados
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ao lúpus. A versão defeituosa desse gene codifica uma proteína que é menos eficiente
em sua função imunológica do que uma versão normal do gene.
* Abril de 1996 : biólogos moleculares anunciam ter encontrado o gene humano
causador dos sintomas de envelhecimento e modificar a participação desse no
surgimento de doenças cardíacas, câncer e osteoropose.
Periodicamente, pesquisadores do Projeto Genoma publicam um “mapa” do genoma
humano. Eles identificaram a localização física de mais de 15 mil dos 30 mil “marcos”
ao longo dos filamentos de material de DNA que formam nossos cromossomos.
O projeto gera esperanças, medo e controvérsia
O projeto genoma originalmente foi concebido e continua a ser motivado
principalmente pela esperança de curar ou reduzir essas doenças. Mas o projeto humano
não deixa de enfrentar oposição.
O código genético hoje é compreendido a tal ponto que remodelar o genoma humano e
dirigir suas instruções é algo exeqüível no futuro próximo. Muitas pessoas vêem um
grande potencial na aplicação desse conhecimento à cura de doenças e à melhora da
condição humana, enquanto outroas opõem-se violentamente a essa engenharia e terapia
genética com argumentos éticos e científicos. De fato, em outubro de 1993 Robert
Stillmas, especialista em fecundidade do Centro Medico da Universidade George
Washington, clonou briões humanos usando métodos que são comuns na reprodução
controlada de gado e outros animais. Esse foi um experimento de laboratório, e não foi
realizado com uma gravidez, mas de fato indicou a possibilidade de gêmeos idênticos
serem formidáveis questões éticas e legais.
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