Durante a evolução da célula formou-se uma molécula, que hoje sabemos ser o ácidodesoxirribonucléico (DNA ou ADN): molécula longa, formada pela junção de umgrande número de nucleotídeos, e que contém a informação genética codificada.

O DNA constitui uma espécie de código que determina o que uma célula tem. Alémdisso, o DNA é capaz de produzir uma cópia dele mesmo.

Antes de entrarmos no estudo do DNA propriamente dito, faz-se necessária acompreensão de alguns conceitos sobre relação entre cromossomos e DNA.

Os cromossomos contêm os genes que por sua vez são formados por DNA (ácidodesoxirribonucléico). Estes genes permitem a transmissão das informações genéticas degeração a geração.

O material responsável pelo comando e coordenação de toda a atividade celular e pelasdivisões celulares e transmissões das características hereditárias está representado nascélulas pelos cromossomos.

Nas células procarióticas, o cromossomo é uma única molécula de um ácido nucléico,denominado ácido desoxirribonucléico, o DNA.

Nas células eucarióticas, o cromossomo é formado por DNA associado a moléculas dehistona, que são proteínas básicas. É na molécula de DNA que estão contidos os genes,responsáveis pelo comando da atividade celular e pelas características hereditárias.Cada molécula de DNA contém vários genes dispostos linearmente ao longo damolécula. Cada gene, quando em atividade, é transcrito em moléculas de outros ácidosnucléicos denominados ribonucléicos, que comandarão a síntese de proteínas.

Nas células procarióticas, os cromossomos encontram-se imersos no próprio citoplasmaformando uma estrutura denominada nuclóide. Nas células eucarióticas os cromossomos

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encontram-se separados dos citoplasma pela membrana nuclear ou carioteca, em umaestrutura denominada núcleo. A presença de carioteca é uma característica típica dascélulas eucarióticas, que as distingue das procarióticas. Além disso, as célulasprocarióticas não apresentam organelas membranosas, como ocorre com aseucarióticas.

Estrutura

A molécula de DNA é constituída por uma seqüência de nucleotídeos, que por sua vez éformado por três diferentes tipos de moléculas:

• um açúcar (pentose)

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• um grupo fosfato

•

• uma base nitrogenada

O nucleotídeo:

A orientação das ligações entre as três moléculas constituintes dos nucleotídeos éessencial para se determinar o sentido da dupla fita de DNA.

A ligação entre a base nitrogenada e a pentose

Esta ligação é feita covalentemente através de uma ligação N-glicosídica com a hidroxilaligada ao carbono-1 da pentose.

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A ligação entre o grupo fosfato e a pentose

Esta ligação é feita através de uma ligação fosfoéster com a hidroxila ligada ao carbono-5 da pentose.

• Para a formação da molécula de DNA é necessário que ocorra a ligação entre osnucleotídeos.

• Os nucleotídeos estão ligados covalentemente por ligações fosfodiéster formandoentre si pontes de fosfato.

• O grupo hidroxila do carbono-3 da pentose do primeiro nucleotídeo se liga aogrupo fosfato ligado a hidroxila do carbono-5 da pentose do segundo nucleotídeoatravés de uma ligação fosfodiéster.

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Devido a esta formação a cadeia de DNA fica com uma direção determinada, isto é, emuma extremidade temos livre a hidroxila do carbono-5 da primeira pentose e na outratemos livre a hidroxila do carbono-3 da última pentose.

Isto determina que o crescimento do DNA se faça na direção de 5' para 3'.

Sabendo-se como são feitas as ligações entre os nucleotídeos, formando assim a fita deDNA, podemos analisar a estrutura tridimensional do DNA.

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James Watson e Francis Crick postularam um modelo tridimensional para a estrutura doDNA baseando-se em estudos de difração de raio-X.

O DNA consiste de duas cadeias helicoidais de DNA, enroladas ao longo de um mesmoeixo, formando uma dupla hélice de sentido rotacional à direita.

Ainda com base nestes estudos, concluiu-se que na dupla hélice as duas fitas de DNAestão em direção opostas, isto significa que são anti-paralelas. O termo anti-paralelasdeve-se ao fato de que uma das fitas tem a direção exata da sua síntese (5'---3')enquanto que a outra está invertida (3'----5').

Esta conformação em fitas anti-paralelas levará à necessidade de mecanismos especiaispara a replicação do DNA.

Com base na estrutura de dupla hélice do DNA e nas características de hidrofobicidadedas moléculas, a estrutura do DNA fica da seguinte forma:

• O grupo fosfato e o açúcar (parte hidrofílica) - estão localizados na parte externada molécula.

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• As bases nitrogenadas (parte hidrofóbica) - estão localizadas na parte interna damolécula.

• A relação espacial entre as duas fitas cria um sulco principal e um sulcosecundário.

O pareamento das bases de cada fita se dá de maneira padronizada, sempre uma purinacom uma pirimidina, especificamente: adenina com timina e citosina com guanina.

A proximidade destas bases possibilita a formação de pontes de hidrogênio, sendo queadenina forma duas pontes de hidrogênio com a timina e a citosina forma três pontescom a guanina.

A dupla hélice é mantida unida por duas forças

Por pontes de hidrogênio formadas pelas bases complementares

Por interações hidrofóbicas, que forçam as bases a se "esconderem" dentro da duplahélice.

Estudos recentes mostram que existem duas formas de DNA com a hélice girando para adireita, chamadas A-DNA e B-DNA, e uma forma que gira para a esquerda chamada Z-DNA. A diferença entre as duas formas que giram para a direita está na distâncianecessária para fazer uma volta completa da hélice e no ângulo que as bases fazem como eixo da hélice.

B-DNA: Tem a dupla hélice mais longa e mais fina. Para completar uma volta na hélicesão necessários 10 pares de bases.

A-DNA: Tem a forma mais curta e mais grossa. Para completar uma volta na hélice sãonecessários 11 pares de bases.

Em solução, geralmente o DNA assume a conformação B. Quando há pouca água

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disponível para interagir com a dupla hélice, o DNA assume a conformação A-DNA.

Existe uma terceira forma de DNA que difere das duas anteriores, pois seu sentido derotação é para a esquerda, este tipo de DNA é chamado de Z-DNA. Esta conformação émais alongada e mais fina do que o B-DNA. Para completar uma volta na hélice sãonecessários 12 pares de bases. O DNA, em solução com altas concentrações de cátions,assume a conformação Z-DNA.

Em eucariotos o DNA tende a assumir a conformação Z-DNA devido a metilação do DNA.

Propriedades físicas e químicas do DNA

• Soluções de DNA, em pH = 7,0 e temperatura ambiente, são altamente viscosas;

• A altas temperaturas ou pH extremos o DNA sofre desnaturação, isto porqueocorre ruptura das pontes de hidrogênio entre os pares de bases. Estadesnaturação faz com que diminua a viscosidade da solução de DNA;

• Durante a desnaturação nenhuma ligação covalente é desfeita, ficando portantoas duas fitas de DNA separadas;

• Quando o pH e a temperatura voltam ao normal, as duas fitas de DNAespontaneamente se enrolam formando novamente o DNA dupla fita. Esteprocesso envolve duas etapas:

• A primeira é mais lenta pois envolve o encontro casual das fitas complementaresde DNA, formando um curto segmento de dupla hélice.

• A segunda etapa é mais rápida e envolve a formação das pontes de hidrogênioentre as bases complementares reconstruindo a conformação tridimensional.

Duplicação do DNA

Replicação do DNA é o processo de auto-duplicação do material genético mantendoassim o padrão de herança ao longo das gerações.

Duas teorias tentaram explicar a replicação do DNA:

• Teoria conservativa: Cada fita do DNA sofre duplicação e as fitas formadas sofrempareamento resultando num novo DNA dupla fita, sem a participação das fitas"parentais" (fita nova com fita nova formam uma dupla hélice e fita velha com fitavelha formam a outra dupla fita).

• Teoria semi-conservativa: Cada fita do DNA é duplicada formando uma fitahíbrida, isto é, a fita velha pareia com a fita nova formando um novo DNA; deuma molécula de DNA formam-se duas outras iguais a ela. Cada DNA recémformado possui uma das cadeias da molécula mãe, por isso o nome semi-conservativa.

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A molécula do DNA vai-se abrindo ao meio, por ação de uma enzima chamada DNApolimerase. Essa enzima quebra as ligações de pontes de hidrogênio existentes entre asduas bases nitrogenadas das cadeias complementares de nucleotídeos.

Ao mesmo tempo que o DNA polimerase vai abrindo a molécula de DNA, outra enzimachamada DNA ligase vai ligando um grupo de nucleotídeos que se pareiam com osnucleotídeos da molécula mãe.

Além da capacidade de duplicação o DNA também é responsável pela síntese de outroácido nucléico muito importante para a célula: o ácido ribonucléico ou RNA. Da mesmaforma que o DNA, o RNA também é uma molécula grande formada por várias partesmenores chamadas nucleotídeos. Por isso diz-se que tanto DNA como RNA sãopolinucleotídeos.

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