Estrutura do DNA

Autor: 
Craig Freudenrich, Ph.D.

O DNA é um dos ácidos nucléicos, moléculas que contêm informações na célula (o ácido ribonucléico, ou RNA, é o outro ácido nucléico). O DNA é encontrado no núcleo de toda célula humana. As informações no DNA:

  • orientam a célula (junto com o RNA) na fabricação de novas proteínas que determinam todos os nossos traços biológicos
  • passam (são copiados) de uma geração para outra

A explicação para todas essas funções é encontrada na estrutura molecular do DNA, conforme descrito por Watson e Crick.

Embora possa parecer complicado, o DNA em uma célula é simplesmente um padrão feito de quatro partes diferentes, chamadas nucleotídeos. Imagine um conjunto de blocos que possui somente quatro formas, ou um alfabeto com apenas quatro letras. O DNA é uma longa fileira desses blocos ou letras. Cada nucleotídeo consiste de um açúcar (desoxirribose) ligado a um lado para um grupo de fosfato e ligado ao outro lado para uma base de nitrogênio.

O nucleotídeo é o bloco de construção básico de ácidos nucléicos

O nucleotídeo é o bloco de construção básico de ácidos nucléicos

Existem duas classes de bases de nitrogênio chamadas purinas (estruturas aneladas duplas) e pirimidinas (estruturas aneladas simples). As quatro bases no alfabeto do DNA são:

  • adenina (A) - uma purina
  • citosina (C) - uma pirimidina
  • guanina (G) - uma purina
  • timina (T) - uma pirimidina

Os filamentos do DNA são feitos do açúcar e das porções de fosfato dos nucleotídeos, enquanto as partes do meio são feitas das bases de nitrogênio.

Os filamentos do DNA são feitos do açúcar e das porções de fosfato dos nucleotídeos, enquanto as partes do meio são feitas das bases de nitrogênio. As bases de nitrogênio nos dois filamentos do par do DNA unem-se, purina com pirimidina (A com T, G com C), e são mantidas juntas por ligações frágeis de hidrogênio.

Watson e Crick descobriram que o DNA tinha dois lados, ou filamentos, e que esses filamentos estavam torcidos juntos, como uma escada caracol - a dupla espiral. Os lados da escada compreendem as porções fosfato-açúcar dos nucleotídeos adjacentes ligados juntos. O fosfato de um nucleotídeo é ligado covalentemente (uma ligação na qual um ou mais pares de elétrons é compartilhado por dois átomos) ao açúcar do próximo nucleotídeo. As ligações de hidrogênio entre os fosfatos fazem o filamento do DNA se torcer. As bases de nitrogênio apontam para dentro da escada e formam pares com bases no outro lado, como degraus. Cada par de bases é formado por dois nucleotídeos complementares (purina com pirimidina) presos juntos por ligações de hidrogênio. Os pares de base no DNA são adenina com timina e citosina com guanina.

O DNA possui uma estrutura semelhante a uma escada caracol.  Os degraus são formados pelas bases de nitrogênio dos nucleotídeos, onde a adenina forma par com a timina, e a citosina com a guanina.
Foto cedida por U.S. National Library of Medicine
O DNA possui uma estrutura semelhante a uma escada caracol. Os degraus são formados pelas bases de nitrogênio dos nucleotídeos,
onde a adenina forma par com a timina, e a citosina com a guanina.

 

Ligação de hidrogênio
Uma ligação de hidrogênio é uma ligação química frágil que ocorre entre os átomos de hidrogênio e os átomos mais eletronegativos, como oxigênio, nitrogênio e fluorina. Os átomos participantes podem estar localizados na mesma molécula (nucleotídeos adjacentes) ou em moléculas diferentes (nucleotídeos adjacentes em diferentes filamentos de DNA). As ligações de hidrogênio não incluem a troca ou compartilhamento de elétrons como ligações iônicas e covalentes. A atração frágil é como a que existe entre os pólos opostos de uma ímã. As ligações de hidrogênio ocorrem a curtas distâncias e podem ser facilmente formadas e quebradas. Elas também podem estabilizar uma molécula.

O DNA é uma molécula longa. Por exemplo, uma bactéria típica, como a E. coli, possui uma molécula de DNA com aproximadamente 3.000 genes (um gene é uma seqüência específica de nucleotídeos do DNA que se codifica para uma proteína. Falaremos disso posteriormente). Se alongada, essa molécula de DNA teria cerca de 1 milímetro de comprimento. Entretanto, uma E. coli típica tem apenas 3 mícrons de comprimento (3 milésimos de um milímetro). Para encaixar-se na célula, o DNA é totalmente enrolado e torcido em um cromossomo circular.

Bactéria E.coli

Uma bactéria E. coli típica tem 3 mícrons de comprimento, e seu DNA é mais do que 300 vezes mais comprido. Assim, o DNA é firmemente enrolado e torcido para caber nela.

Os organismos complexos, como as plantas e os animais, possuem de 50 mil a 100 mil genes em muitos cromossomos diferentes (os seres humanos possuem 46 cromossomos). Nas células desses organismos, o DNA é enrolado ao redor de proteínas semelhantes a bolhas chamadas histonas. As histonas também são enroladas firmemente para formarem os cromossomos, que estão localizados no núcleo da célula. Quando uma célula se reproduz, os cromossomos (DNA) são copiados e distribuídos para cada célula descendente, ou célula-filha. As células não-sexuais possuem duas cópias de cada cromossomo copiado, e cada célula-filha recebe duas cópias (mitose). Durante a meiose, as células precursoras possuem duas cópias de cada cromossomo copiado e distribuído igualmente para quatro células sexuais. As células sexuais (espermatozóide e óvulo) têm apenas uma cópia de cada cromossomo. Quando o espermatozóide e o óvulo unem-se na fertilização, os descendentes possuem duas cópias de cada cromossomo (veja Como funciona a reprodução humana).

RNA (ácido ribonucléico)
O RNA é o outro ácido nucléico. Ele difere do DNA de três formas principais:
  • o açúcar é a ribose em vez da desoxirribose
  • há apenas um filamento em vez de dois
  • o RNA possui uracila (U) em vez de timina. Assim, os pares de base no RNA são citosina com guanina e adenina com uracila.

Em uma célula procariótica (sem organelas internas ligadas na membrana, como uma bactéria), o DNA e o RNA são encontrados no citoplasma. Em uma célula eucariótica (com organelas internas ligadas na membrana, como os seres humanos), o RNA pode ser encontrado no núcleo e no citoplasma, enquanto o DNA, somente no núcleo.