Definição
Helix dupla é o termo usado para descrever a forma de nossa molécula hereditária, DNA. Essa estrutura instantaneamente reconhecível consiste em dois fios de DNA torcidos entre si e conectados no centro por ligação de hidrogênio. As ligações de hidrogênio se formam entre os nucleotídeos – a unidade de repetição do DNA e a linguagem do código genético.
A estrutura dupla de hélice do DNA foi descoberta em pesquisas marcantes atribuídas a James Watson e Francis Crick na década de 1950. Essa descoberta é considerada um dos avanços mais importantes na biologia até o momento. A história da descoberta do DNA Double Helix também tem algumas controvérsias associadas, com as alegações de que os cientistas envolvidos não reconheceram as contribuições de outros, a saber, Rosalind Franklin.
Uma visão geral da estrutura do DNA
Cada fita de DNA é feita de uma série de unidades repetidas chamadas nucleotídeos. Portanto, cada fita de DNA é referida como um polinucleotídeo. Esses nucleotídeos são formados de três componentes:
- um açúcar de cinco carbonos (desoxirribose)
- um grupo fosfato
- uma base nitrogenada
O 4º carbono do açúcar de desoxirribose de um nucleotídeo forma uma ligação fosfodiester com o grupo fosfato da base adjacente. Isso forma a base da espinha dorsal do fosfato de açúcar da cadeia do DNA.
As bases nitrogenadas são a “linguagem” do DNA. Existem quatro bases nitrogenadas no DNA: guanina (g), adenina (a), timina (t) e citosina (c). Eles podem ser divididos em dois grupos com base em sua estrutura. Guanina e adenina são purinas, com um anel de nitrogênio de dois carbonos; e timina e citosina são pirimidinas, com um anel de nitrogênio de um carbono.
A combinação dessas quatro letras em moléculas de DNA é o que chamamos de código genético, e esse código contém todas as instruções para construir e administrar um organismo inteiro!
Cada um desses fios de polinucleotídeo é emparelhado com um fio complementar e envolve um ao outro para formar a estrutura da dupla hélice. Como essa estrutura complexa foi descoberta?
A descoberta da estrutura dupla helix do DNA
A descoberta da estrutura dupla da hélice do DNA é um dos avanços científicos mais importantes e conhecidos. A descoberta foi creditada a James Watson, um biólogo, e Francis Crick, um físico, na década de 1950. Mais tarde, eles ganharam o Prêmio Nobel por sua pesquisa, juntamente com Maurice Wilkins, que geralmente é esquecida por seu importante papel na pesquisa que levou ao avanço. De fato, sua autobiografia é intitulada “O terceiro homem da dupla helix”.
Antes da publicação de suas descobertas, muitas pesquisas já haviam sido realizadas e alguma luz brilhava na composição do DNA. Por exemplo, já se sabia que o DNA é composto de nucleotídeos e que a proporção de purinas: pirimidinas em uma molécula de DNA é igual (conhecida como regra de Chargaff).
Watson e Crick derivaram seu modelo, colocando essas evidências, bem como os dados de cristalografia de raios-X coletados por Rosalind Franklin, em uma estrutura que satisfez os parâmetros de todas as evidências coletadas anteriormente. Eles usaram uma série de modelos de papelão, construindo -os cuidadosamente até formarem uma estrutura que fazia sentido. Com isso, eles criaram um modelo, que é amplamente considerado décadas precisas depois. Você pode ler o artigo original, completo com anotações, aqui.
Depois de completarem sua pesquisa, eles supostamente tiveram um momento de ‘Eureka’, e Crick correu para o pub local em Cambridge para anunciar que ele e Watson haviam “descoberto o segredo da vida”.
O pub, chamado de águia, ergueu uma placa por dentro e uma do lado de fora para comemorar a ocasião. A placa já foi modificada por um membro do público, que acrescentou “+ Franklin em reconhecimento ao importante papel desempenhado por Rosalind Franklin!
As características da estrutura de hélice dupla de DNA
Algumas das características importantes do modelo Watson/Crick da hélice dupla de DNA incluem:
Direcionalidade da hélice
Uma única molécula de DNA consiste em dois fios que giram um no outro para formar uma hélice. A hélice gira aproximadamente uma vez a cada dez nucleotídeos. A direção da hélice é quase sempre destra, ou seja, se você imagina que os dois fios como uma escada em espiral que você está prestes a descer, teria que virar à direita para descer. A parte externa da hélice contém os fios de DNA, e o núcleo da hélice contém as bases nitrogenadas.
Comparador de bases complementar
Quando os nucleotídeos de cada fita passam por ligação de hidrogênio, eles o fazem de uma maneira específica. As adeninas são sempre emparelhadas com timinas e citosinas e sempre combinadas com guaninas. Existem três ligações de hidrogênio entre guanina e citosina e duas ligações de hidrogênio entre timinas e guaninas. Assim, diz -se que os fios de DNA são complementares um ao outro.
Código genético
A sequência dos nucleotídeos é variável entre os organismos e é o que mantém a informação genética e torna cada organismo único. A sequência do DNA é propagada entre gerações. Assim, a sequência de DNA é essencial para a continuação da vida.
Orientação antiparalelal
Os fios de DNA correm antiparalelas um ao outro. Isso significa que, no final de uma molécula específica, uma fita termina em um grupo fosfato (chamado 5 ‘porque o grupo fosfato está ligado ao quinto carbono), e a outra fita termina em um grupo hidroxila (chamado 3’ porque O grupo OH está no terceiro carbono). O oposto é verdadeiro para a outra extremidade da molécula.
Grooves maiores e menores
A estrutura do DNA significa que a espinha dorsal dos dois fios está mais próxima de um lado da hélice do que o outro. Onde eles estão mais próximos, a estrutura é chamada de maior ritmo. Onde eles estão mais distantes, a estrutura é chamada de sulco menor.
Esses lados são funcionalmente importantes, pois certas proteínas se ligam preferencialmente ao sulco principal. Essas proteínas são geralmente fatores que precisam interagir com os nucleotídeos, como fatores de transcrição ou enzimas de replicação de DNA. Por outro lado, outras proteínas que não requerem especificidade de sequência interagem com a ranhura menor.
A enzima desenrolada
Para que o DNA seja repassado para a próxima geração, ele deve ser copiado. Para ser fielmente replicado, a dupla hélice precisa ser desenrolada ou descompactada, para que a maquinaria celular tenha acesso à sequência de nucleotídeos. Essa descompactação é alcançada pela enzima helicase.
A função da helicase é remodelar a estrutura do DNA quebrando as ligações de hidrogênio entre os nucleotídeos emparelhados. O DNA helicase também é importante durante o reparo de danos no DNA e o processo de transcrição.
Estruturas alternativas de DNA
O modelo de Watson e Crick refere-se à estrutura mais comum do DNA, chamada B-DNA. Mais duas conformações de DNA são muito mais raras de natureza: Z-DNA e A-DNA. O Z-DNA é uma hélice canhota, sem fortes diferenças que definem ranhuras maiores e menores. O A-DNA é muito mais semelhante em estrutura ao B-DNA, mas é mais compactado e compacto.
Questionário
1. Quantos nucleotídeos existem por volta da hélice do DNA?
2. Que tipo de ligação ocorre entre as bases no meio da hélice dupla de DNA?
3. Qual dessas descrições da estrutura da maioria das moléculas de DNA é precisa?
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Bibliografia
Aparecer esconder
Wilkins, M. (2010). O terceiro homem da dupla hélice: a autobiografia de Maurice Wilkins. Oxford: Oxford University Press. Pray, L. (2008) Descoberta da estrutura e função do DNA: Watson e Crick. Nature Education 1 (1): 100 Watson, J. (2010). Dupla helix. Orion Publishing Co. Krebs, J.E., Goldstein, E. S. e Kilpatrick, S. T. (2018). Genes de Lewins XII. Burlington, MA: Jones e Bartett Learning.
Última atualização em 19 de agosto de 2022