O DNA e a sua estrutura

No artigo sobre A Célula, falei por alto sobre o DNA (ácido

desoxirribonucleico), mas não expliquei bem o que era esta

macromolécula.

Uma das coisas que referi foi que o DNA forma uma espécie de plano para construir tudo o que a

célula precisa para sobreviver no meio em que vive. Ou seja, o que produzir, quando produzir,

como se reproduz, etc., basicamente todas as atividades que a célula desenvolve ao longo da sua

vida estão aqui “gravadas”. No entanto, esta informação toda está codificada nos genes como

sequencias de 4 moléculas, os nucleótidos, formando uma cadeia em dupla hélice, a estrutura que

toda a gente já viu (Figura 1). A totalidade desta informação numa célula chama-se

um genoma (que contem todos os genes, explicarei mais tarde). [1]

Os genes estão codificados de tal maneira que o programa do

genoma humano contém informação suficiente para, quando

convertida em palavras, ocupar milhões de folhas. [1]

Tudo isto, guardado no núcleo de uma célula, com cerca de 5µm de diâmetro (0,005mm, ou seja,

200 vezes mais pequeno que um milímetro). [3]

Cada uma destas moléculas (chamadas nucleótidos) é formada por um açúcar (a desoxirribose)

ligado a um grupo fosfato (que formam uma espécie de “espinha dorsal” do DNA) e uma de quatro

bases: Adenina (A), Timina (T), Guanina (G) ou Citosina (C). [2]

Há dois tipos de bases,

as purinas (adenina e guanina) com um duplo anel de átomos de Carbono e Azoto (representados

na Figura 2 por C e N, os seus símbolos químicos, não confundir com a base citosina) e as

pirimidinas (citosina e timina) que têm apenas um anel (Figura 2). [2] As bases ligam-se sempre

como a Figura 2 mostra: uma adenina emparelha sempre com uma timina (no RNA é

diferente, mais tarde explicarei) e uma guanina sempre com uma citosina, ou seja, sempre uma

purina e uma pirimidina (ao conjunto de duas bases ligadas desta forma chama-se um par de

bases, bp).

Figura 1 – Representação da estrutura do DNA e como

esta está organizada. Um nucleótido, constituído por uma

base e um açúcar com um grupo funcional fosfato ligados entre

si, liga-se covalentemente (uma ligação forte) a outros dois

nucleótidos, ao seu lado, pelo açúcar de um lado e o fosfato do

outro. E emparelha-se com o nucleótido à sua frente, na cadeia

paralela, por pontes de hidrogénio (ligações mais fracas).

Imagem de [2].

Entretanto, devem ter reparado que em ambas as figuras estão um 3’ e um 5’ junto à “espinha

dorsal” do DNA. Estes dois números correspondem aos carbonos 3’ e 5’ da desoxirribose [4] e

servem para indicar a direção em que este DNA vai ser descodificado ou copiado (por enzimas

específicas, falarei delas mais tarde). O fosfato está sempre ligado “à sua” desoxirribose no

carbono denominado 5’e a desoxirribose liga-se ao fosfato do nucleótido seguinte no carbono 3’

(Figura 3). A maior parte das operações feitas à cadeia de DNA, como a replicação (cópia) e

a transcrição (formação de uma molécula mensageira que, mais tarde vai servir para

descodificar o DNA) ocorrem de 5’ para 3’. [2]

As duas cadeias de DNA ligam-se entre si com as desoxirriboses viradas em direções contrárias,

disposição que se denomina antiparalela, como podes ver na Figura 3, os nucleótidos da cadeia

da esquerda estão virados na direcção contrária dos da direita. Só assim se conseguem emparelhar

os nucleótidos para formarem os pares de bases, ou seja, para que as adeninas possam emparelhar

com as timinas e as guaninas com as citosinas. [6] Por esta razão, a mensagem numa cadeia de

DNA é a mesma que na outra, o que significa que ambas as cadeias de uma molécula de DNA

Figura 2 – Representação dos nucleótidos. Mostra como os

átomos estão ligados entre si para formar estas moléculas. A roxo estão

marcadas as pontes de hidrogénio que as bases formam entre si, a preto

as ligações de uns átomos aos outros e a laranja e amarelo as

desoxirriboses e os grupos fosfato, “encaixados” (na realidade ligados

covalentemente) uns aos outros. Imagem de [2]

são complementares, encaixam como um fecho eclair que só fecha quando cada dente encaixa

perfeitamente e exclusivamente no da frente. [2]

Como já disse antes, o DNA codifica toda a informação necessária a todas as operações feitas pela

célula, desde a produção de energia (pela glicólise) até à replicação da própria célula, passando

por muitas outras funções, que governam as características de cada indivíduo. E também já referi

os genes, mas o que são realmente os genes?

Bem, os genes são, basicamente, “blocos”, sequências

específicas de nucleótidos que, quando descodificados, dão

origem às muitas proteínas de todos os organismos.

As proteínas são moléculas que efetuam uma grande quantidade de funções na célula, desde

funções estruturais, de transdução (transmissão) de sinais, interpretação do próprio DNA [que

leva a uma pergunta do género: o que apareceu primeiro? O ovo (gene) ou a galinha (proteína)?],

etc. Efetivamente, são os principais fatores na determinação das características de qualquer

organismo, da bactéria mais pequena, ao ser humano.

Agora COMO é que os genes codificam para estas proteínas? Ora, conhece-se como funciona este

mecanismo, e será explicado no próximo artigo.

Figura 3 – Estrutura molecular do DNA. Nos anéis, todas as arestas sem

símbolos químicos representam um carbono. A laranja estão marcados os

carbonos 5’ e 3’ e na citosina estão indicados todos os carbonos (o que está ligado

à base é o 1’ e segue a cadeia de carbonos todos seguidos). Imagem de [5].

Referências

1. Karp, G., Cell and Molecular Biology Concepts and Experiments. 7th ed. 2013, United

States of America: John Wiley and Sons.

2. Alberts, B., et al., The Structure and Function of DNA, in Molecular Biology of the Cell.

2002, Garland Science: New York.

3. Metzler, D., Biochemistry: The Chemical Reactions of Living Cells, Volume 1. 2001:

Academic Press. 968 pp.

4. Reusch, W. Naming Organic Compounds. 2013; Available

from: https://www2.chemistry.msu.edu/faculty/reusch/virttxtjml/nomen1.htm.

5. Sturm, N. Nucleotides: Composition and Structure. 2014 [cited 2016; Available

from: http://chemistry.gravitywaves.com/CHEMXL153/NucleotidesCompandStruc.ht

m.

6. Mitton, K. P. These are the base pairs in double stranded (DNA dsDNA), 1998 [cited

2016]; Available from: http://www.madsci.org/posts/archives/1998-

11/910892899.Mb.r.html.