Afinal, o que significa a sigla DNA e o que é o DNA de forma geral?

A sigla vem de ácido desoxirribonucleico (ADN, em português: ácido desoxirribonucleico; ou DNA, 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, e que transmitem as características hereditárias de cada ser vivo. A sua principal função é armazenar as informações necessárias para a construção das proteínas de ARNs. Os segmentos de DNA que contêm a informação genética são denominados genes. O restante da sequência de DNA tem importância estrutural ou está envolvido na regulação do uso da informação genética.

Estrutura de um DNA
Estrutura de um DNA (ADN)

A estrutura da molécula de DNA foi originalmente descoberta por Rosalind Franklin. No entanto, o Prémio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1962 foi entregue ao norte-americano James Watson e ao britânico Francis Crick, que se inspiraram em Franklin e demonstraram o funcionamento e a estrutura em dupla hélice do DNA em 7 de Março de 1953, juntamente com Maurice Wilkins.

Do ponto de vista químico, o DNA é um longo polímero de unidades simples (monômeros) de nucleotídeos, cuja cadeia principal é formada por moléculas de açúcares e fosfato intercalados unidos por ligações fosfodiéster. Ligada à molécula de açúcar está uma de quatro bases nitrogenadas mantidas juntas por forças hidrofóbicas. A sequência de bases ao longo da molécula de DNA constitui a informação genética. A leitura destas sequências é feita por intermédio do código genético, que especifica a sequência linear dos aminoácidos das proteínas. A tradução é feita por um ARN mensageiro que copia parte da cadeia de DNA por um processo chamado transcrição e posteriormente a informação contida neste é “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 ribossomos.

Dentro da célula, o DNA 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 por meio de um processo Chamado replicação. Eucariontes como animais, plantas, fungos e protozoários têm o seu DNA dentro do núcleo enquanto que procariontes como as bactérias o têm disperso no citoplasma. Dentro dos cromossomas, proteínas da cromatina como as histonas compactam e organizam o DNA. Estas estruturas compactas guiam as interacções entre o DNA e outras proteínas, ajudando a controlar que partes do DNA são transcritas.

Propriedades físicas e químicas

O DNA é um longo polímero formado por unidades repetidas chamadas nucleotídeos. A cadeia de DNA tem 2,2 a 2,4 nanómetros de largura, e um nucleotídeo possui aproximadamente 0,33 nanómetros de comprimento. Embora os monômeros (nucleotídeos) que constituem o DNA sejam muito pequenos, os polímeros de DNA podem ser moléculas enormes, com milhões de nucleotídeos. Por exemplo, o maior cromossomo humano (cromossomo 1), possui 220 milhões de pares de bases de comprimento. Uma molécula de DNA do ser humano possui aproximadamente dois metros de comprimento, encapsulada em um núcleo celular de 6 µm, o equivalente a acomodar uma linha de 40 km de comprimento em uma bola de tênis.

Estrutura quimica do DNA
Estrutura química do DNA

Em organismos vivos, o DNA não existe como uma molécula única (cadeia simples), mas sim como um par de moléculas firmemente associadas. As duas longas cadeias de DNA 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 por meio 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. Portanto, o DNA pode ser referido como um polinucleotídeo.

A cadeia principal do DNA é formada por fosfato e resíduos de açúcar, dispostos alternadamente. O açúcar no DNA 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 DNA tem uma direção. Numa dupla hélice, a direção dos nucleotídeos de uma cadeia é oposta à direção dos nucleotídeos da outra cadeia. O formato das cadeia do DNA é designado antiparalelo. As terminações assimétricas das cadeias de DNA são designadas terminais 5′ (cinco linha) e 3′ (três linha). Uma das diferenças principais entre o DNA e o ARN encontra-se no açúcar, com a substituição da 2-desoxirribose no DNA pela ribose no ARN.

A dupla hélice do DNA é estabilizada por pontes de hidrogênio entre as bases presas às duas cadeias. As quatro bases encontradas no DNA são a adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Estas quatro bases ligam-se ao açúcar/fosfato para formar o nucleotídeo completo.

Estas bases são classificadas em dois tipos; a adenina e guanina são compostos heterocíclicos chamados purinas, enquanto que a citosina e timina são pirimidinas. Uma 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 DNA, só ocorrendo como um produto da decomposição da citosina. Exceções para esta regra são os fagos AR9, 3NT, I10, bem como o PBS1 (muito utilizado em pesquisas), que contém uracila no seu DNA, em vez de timina.

Estrutura alternativa da dupla hélice

O DNA pode existir em muitas formações diferentes. As formações mais comuns são: DNA-A, DNA-B, DNA-C, DNA-D, DNA-E, DNA-H, DNA-L, DNA-P, e DNA-Z.

Da direita para a esquerda, a estrutura do ADN A, B e Z.
Da direita para a esquerda, a estrutura do ADN A, B e Z.

Porém, só as formações de DNA A, B e Z foram encontradas em sistemas biológicos naturais. A formação que o DNA adopta depende de vários fatores da própria sequência de DNA: a intensidade e direção do superenrolamento, modificações químicas das bases e a solução na qual o DNA está presente (ex.: concentração de metais, iões e poliaminas).

Das três formações referidas, a forma “B” é a mais comum nas condições encontradas nas células.

A forma “A” corresponde à espiral dextra mais larga, com um sulco menor largo e superficial e um sulco maior estreito e profundo. A forma “A” ocorre sob condições não fisiológicas em amostras de DNA desidratadas, enquanto na célula pode ser produzida por pareamento híbrido de DNA e ARN ou pelo complexo enzima-DNA.

Em segmentos de DNA onde as bases foram quimicamente modificadas por metilação, o DNA pode sofrer uma grande modificação na sua formação e adoptar a forma DNA-Z. A cadeia gira sobre o eixo da dupla hélice para a esquerda, o oposto da forma mais comum – DNA-B.

Esta estrutura é rara e pode ser reconhecida por proteínas especificas de ligação com o DNA-Z. Pode estar envolvida na regulação da transcrição.

Danos ao DNA

O DNA pode ser danificado por muitos tipos diferentes de mutagénios, que alteram a sequência de DNA. Estes incluem agentes oxidantes, agentes alquilantes e também por radiação electromagnética de grande energia tal como luz ultravioleta e raios-X. O tipo de dano ao DNA produzido depende do tipo de mutagénio. A luz ultravioleta, por exemplo, pode danificar o DNA produzindo dímeros de timina, que são ligações cruzadas entre pirimidinas. Por outro lado, oxidantes como radicais livres ou peróxido de hidrogénio produzem múltiplos tipos de danos, incluindo modificações de bases, em particular guanosina, e quebras das cadeias duplas. Em cada célula humana, cerca de 500 bases podem sofrer danos por oxidação por dia. As quebras da cadeia dupla são lesões oxidativas de difícil reparação, que podem produzir mutações pontuais, inserções e delecções, assim como translocações cromossómicas.

Muitos mutagénios encaixam entre o espaço entre dois pares de bases adjacentes, na chamada intercalação. A maioria dos intercaladores são aromáticos e moléculas planas e incluem brometo de etídio, daunomicina, doxorrubicina e talidomida. Para que um intercalador encaixe entre pares de bases, as bases têm de se separar, abrindo a cadeia dupla. Isto inibe a transcrição e a replicação do DNA, causando toxicidade e mutações. Como resultado, os intercaladores de DNA são muitas vezes carcinogénicos. Benzopireno, acridinas, aflatoxina e brometo de etídio são exemplos bem conhecidos. No entanto, devido à sua capacidade de inibir a transcrição e replicação, estas toxinas também são usadas em quimioterapia para inibir o crescimento rápido de células tumorais.

História do DNA – Como foi a descoberta do DNA?

A história do DNA começa no final da década de 1860, com a chegada do bioquímico e médico suíço Friedrich Miescher (1844–1895) à Universidade de Tübingen, uma pacata cidade no sul da Alemanha. O jovem pesquisador estava disposto à dedicar-se ao estudo da química da célula e escolheu essa universidade porque nela o químico Felix Hoppe-Seyler (1825-1895) havia inaugurado um importante laboratório de química fisiológica. Na época floresciam ideias a respeito das origens e funções das células, após a queda da teoria da geração espontânea. A teoria celular estabelecia-se como um dos pilares da Biologia. Por tudo isso, as células atraíam a atenção de estudantes entusiasmados, como Miescher.

Felix Hoppe-Seyler foi quem primeiro descreveu as interações entre a hemoglobina, a proteína responsável pela cor do sangue, e o gás oxigênio. Seu trabalho levou-o a interessar-se pela composição bioquímica dos linfócitos. Mas Miescher enfrentou dificuldades para obter amostras com linfócitos em quantidade e grau de pureza adequados. Por sugestão de Hoppe-Seyler, Miescher começou a estudar a química das células do pus; o material para a pesquisa era abundante, pois dezenas de bandagens com material purulento eram diariamente descartadas por um hospital próximo à universidade. Miescher desenvolveu técnicas adequadas para o isolamento das células presentes em pus das bandagens e para a sua análise química. O objetivo inicial era investigar as proteínas celulares, um grupo de substâncias descoberto cerca de trinta anos antes.

Em um dos seus muitos experimentos com células do pus, Miescher obteve um precipitado que diferia quimicamente de todas as substâncias protéicas conhecidas. Ele descobriu que a nova substância concentrava-se no núcleo celular, na época considerado uma estrutura de pouca importância para o funcionamento celular. Aprimorando os métodos de extração e purificação da nova substância, Miescher pôde realizar uma análise química mais precisa, que mostrou que as quantidades relativas de hidrogênio, carbono, oxigênio e nitrogênio presentes diferiam das encontradas em proteínas, além de uma quantidade incomum de fósforo. À substância descoberta Miescher denominou nucleína, pelo fato de ela estar concentrada no núcleo das células.

O trabalho sobre nucleína só foi publicado em 1871, após certa resistência do editor da revista científica, o próprio Hoppe-Seyler, que, no início, não acreditou nos resultados apresentados por Miescher. Mesmo depois da publicação do trabalho, muitos pesquisadores continuaram duvidando da existência da nucleína; na opinião deles, o achado de Miescher devia ser uma mistura de fosfato inorgânico e proteínas.

FONTE (texto e imagens): pt.wikipedia.org

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