Nota: "DNA" e "ADN" redirecionam para este artigo. Para significados adicionais, veja DNA (desambiguacao) . Para outros significados, veja ADN (desambiguacao) .

O acido desoxirribonucleico ( ADN , em portugues: a cido d esoxirribo n ucleico ^{[ nota 1 ]} ; ou DNA , em ingles: d eoxyribo n ucleic a cid ) e um polimero composto por duas cadeias polinucleotidicas que se enrolam umas sobre as outras para formar uma dupla helice . O polimero carrega instrucoes geneticas para o desenvolvimento, funcionamento, crescimento e reproducao de todos os organismos conhecidos e muitos virus . O ADN e o acido ribonucleico (RNA) sao acidos nucleicos . Ao lado de proteinas , lipidios e carboidratos complexos ( polissacarideos ), os acidos nucleicos sao um dos quatro principais tipos de macromoleculas essenciais para todas as formas de vida conhecidas.

E um composto organico cujas moleculas contem as instrucoes geneticas que coordenam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres vivos e alguns virus , e que transmitem as caracteristicas hereditarias de cada ser vivo. A sua principal funcao e armazenar as informacoes necessarias para a construcao das proteinas de ARNs . Os segmentos de ADN que contem a informacao genetica sao denominados genes . O restante da sequencia de ADN tem importancia estrutural ou esta envolvido na regulacao do uso da informacao genetica.

A estrutura da molecula de ADN foi originalmente descoberta por Rosalind Franklin . No entanto, o Premio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1962 foi entregue ao norte-americano James Watson e ao britanico Francis Crick , que se inspiraram em Franklin e demonstraram o funcionamento e a estrutura em dupla helice do ADN em 7 de Marco de 1953, juntamente com Maurice Wilkins .

Do ponto de vista quimico, o ADN e um longo polimero de unidades simples ( monomeros ) de nucleotideos , cuja cadeia principal e formada por moleculas de acucares e fosfato intercalados unidos por ligacoes fosfodiester . Ligada a molecula de acucar esta uma de quatro bases nitrogenadas mantidas juntas por forcas hidrofobicas . ^{[ 2 ]} A sequencia de bases ao longo da molecula de ADN constitui a informacao genetica. A leitura destas sequencias e feita por intermedio do codigo genetico , que especifica a sequencia linear dos aminoacidos das proteinas. A traducao e feita por um ARN mensageiro que copia parte da cadeia de ADN por um processo chamado transcricao e posteriormente a informacao contida neste e "traduzida" em proteinas pela traducao . Embora a maioria do ARN produzido seja usado na sintese de proteinas, algum ARN tem funcao estrutural, como por exemplo o ARN ribossomico , que faz parte da constituicao dos ribossomos .

Dentro da celula , o ADN pode ser observado numa estrutura chamada cromossoma durante a metafase . O conjunto de cromossomas de uma celula forma o cariotipo . Antes da divisao celular os cromossomas sao duplicados por meio de um processo chamado replicacao . Eucariontes como animais , plantas , fungos e protozoarios tem o seu ADN dentro do nucleo enquanto procariontes como as bacterias o tem disperso no citoplasma . Dentro dos cromossomas, proteinas da cromatina como as histonas compactam e organizam o ADN. Estas estruturas compactas guiam as interaccoes entre o ADN e outras proteinas, ajudando a controlar que partes do ADN sao transcritas.

Propriedades fisicas e quimicas [ editar | editar codigo-fonte ]

O ADN e um longo polimero formado por unidades repetidas chamadas nucleotideos . ^{[ 3 ] [ 4 ]} A cadeia de ADN tem 2,2 a 2,4 nanometros de largura, e um nucleotideo possui aproximadamente 0,33 nanometros de comprimento. ^{[ 5 ]} Embora os monomeros (nucleotideos) que constituem o ADN sejam muito pequenos, os polimeros de ADN podem ser moleculas enormes, com milhoes de nucleotideos. Por exemplo, o maior cromossomo humano ( cromossomo 1 ), possui 220 milhoes de pares de bases de comprimento. ^{[ 6 ]} Uma molecula de ADN do ser humano possui aproximadamente dois metros de comprimento, encapsulada em um nucleo celular de 6 μm, o equivalente a acomodar uma linha de 40 km de comprimento em uma bola de tenis. ^{[ 3 ]}

Em organismos vivos, o ADN nao existe como uma molecula unica (cadeia simples), mas sim como um par de moleculas firmemente associadas. ^{[ 7 ] [ 8 ]} As duas longas cadeias de ADN enrolam-se como uma trepadeira formando uma dupla helice . Os nucleotideos estao presentes em ambas as cadeias da dupla helice, unidos com nucleotidos da mesma cadeia por ligacoes fosfodiester e a cadeia complementar por meio de pontes de hidrogenio formadas pelas suas bases. Em geral, uma base ligada a um acucar e chamada nucleosideo e uma base ligada a um acucar e um ou mais fosfatos e chamada nucleotideo. Portanto, o ADN pode ser referido como um polinucleotideo . ^{[ 9 ]}

A cadeia principal do ADN e formada por fosfato e residuos de acucar , dispostos alternadamente. O acucar no ADN e 2-desoxirribose, uma pentose (acucar com cinco carbonos ). Os acucares sao unidos por grupos fosfato que formam ligacoes fosfodiester entre o terceiro e quinto atomos de carbono dos aneis de acucar adjacentes. Estas ligacoes assimetricas significam que uma cadeia de ADN tem uma direcao. Numa dupla helice, a direcao dos nucleotideos de uma cadeia e oposta a direcao dos nucleotideos da outra cadeia. O formato das cadeia do ADN e designado antiparalelo. As terminacoes assimetricas das cadeias de ADN sao designadas terminais 5' (cinco linha) e 3' (tres linha). Uma das diferencas principais entre o ADN e o ARN encontra-se no acucar, com a substituicao da 2-desoxirribose no ADN pela ribose no ARN. ^{[ 3 ]}

A dupla helice do ADN e estabilizada por pontes de hidrogenio entre as bases presas as duas cadeias. As quatro bases encontradas no ADN sao a adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Estas quatro bases ligam-se ao acucar/fosfato para formar o nucleotideo completo. ^{[ 3 ]}

Estas bases sao classificadas em dois tipos; a adenina e guanina sao compostos heterociclicos chamados purinas , enquanto a citosina e timina sao 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 nao esta presente no ADN, so ocorrendo como um produto da decomposicao da citosina. ^{[ 3 ]} Excecoes para esta regra sao os fagos AR9, 3NT, I10, bem como o PBS1 (muito utilizado em pesquisas), que contem uracila no seu ADN, em vez de timina. ^{[ 10 ]}

No topo, pareamento GC com tres pontes de hidrogenio. Em baixo, AT com duas pontes de hidrogenio.

Emparelhamento de bases [ editar | editar codigo-fonte ]

Cada tipo de base numa cadeia forma uma ligacao com apenas um tipo de base na outra cadeia. Este comportamento e designado de complementariedade de bases . Assim, as purinas formam pontes de hidrogenio com pirimidinas, i.e. A liga-se com T e C com G. Este arranjo de dois nucleotideos complementares na dupla helice e chamado par de bases . Alem das pontes de hidrogenio entre as bases, as duas cadeias sao mantidas juntas devido a forcas geradas por interacoes hidrofobicas entre as bases empilhadas , a qual nao e influenciada pela sequencia do ADN. ^{[ 11 ]} Como as pontes de hidrogenio nao sao ligacoes covalentes , podem ser quebradas e reunidas com relativa facilidade. Desta forma, as duas fitas da dupla helice de ADN podem ser separadas como um ziper (fecho de correr) por forca mecanica ou altas temperaturas. ^{[ 12 ]} Como resultado desta complementariedade, toda a informacao contida numa das cadeias de ADN esta tambem contida na outra, o que e fundamental para a replicacao do ADN. ^{[ 3 ]}

Os dois tipos de pares de base formam diferentes numeros de pontes de hidrogenio: AT forma duas pontes de hidrogenio enquanto GC formam tres pontes de hidrogenio. Desta forma a interacao entre GC e mais forte que AT. Como resultado, a percentagem de GC numa dupla fita de ADN determina a forca de interacao entre as duas cadeias. ^{[ 13 ]} Uma parte da dupla cadeia de ADN que precisa de ser separada facilmente, tal como a TATAAT Caixa de Pribnow nos promotores bacterianos, tende a ter sequencias com maior predominio de AT, para facilitar a abertura da dupla cadeia aquando da transcricao. No laboratorio, a forca desta interaccao pode ser medida encontrando a temperatura necessaria para quebrar as pontes de hidrogenio, a temperatura de desnaturacao (tambem chamado T _m ). Quando todos os pares de base numa dupla helice de ADN quebram as suas ligacoes, as duas cadeias separam-se e existem em solucao como duas moleculas completamente independentes. Estas moleculas de ADN de cadeia simples nao tem uma unica forma comum, mas algumas conformacoes sao mais estaveis do que outras. ^{[ 14 ]}

Sulcos [ editar | editar codigo-fonte ]

O ADN normalmente encontra-se em forma de uma espiral dextrogira (gira para a direita, ou no sentido horario ). Portanto, as duas cadeias de nucleotideos giram uma sobre a outra e acabam por formar sulcos entre as cadeias de fosfato, deixando expostas as faces das bases nitrogenadas que nao estao unidas por pontes de hidrogenio com a base complementar. ^{[ 15 ]}

Ha dois tipos de sulcos na superficie da dupla helice: um com 22 A denominado sulco maior e um com 12 A designado de sulco menor. ^{[ 16 ]}

A principal funcao dos sulcos do ADN e fornecer a informacao acerca das bases que se encontram ligadas numa determinada regiao da dupla cadeia sem necessidade de abertura. O sulco maior oferece maior acessibilidade para ligacao com proteinas do que o sulco menor. Um exemplo disto e a TBP ( TATA-binding protein ) uma importante proteina para a transcricao em eucariotas. ^{[ 17 ]}

Senso e antissenso [ editar | editar codigo-fonte ]

Uma sequencia de ADN e chamada de senso se possui a mesma sequencia do ARNm . A cadeia oposta (complementar) a cadeia "senso" e denominada sequencia antissenso . Como a ARN polimerase sintetiza um ARN que e complementar a fita molde, entao podemos dizer que ela utiliza a cadeia anti-senso como molde para produzir um ARN. As sequencias senso e anti-senso podem existir em diferentes partes da mesma cadeia de ADN, que pode ser de um lado ou do outro, dependendo de onde se encontra a sequencia codificadora.

As vezes nao e possivel dizer qual e a cadeia senso ou antissenso. Isto acontece devido a existencia de genes que se sobrepoem. Neste caso ambas as cadeias dao origem a um ARN. ^{[ 18 ]} Nas bacterias , a sobreposicao pode estar envolvida da regulacao da transcricao. ^{[ 19 ]}

Nos virus, a sobreposicao aumenta a capacidade do armazenamento de informacoes em pequenos genomas virais. ^{[ 20 ]}

Superenrolamento [ editar | editar codigo-fonte ]

O ADN pode ser torcido num processo denominado superenrolamento. No estado relaxado do ADN, uma fita normalmente da uma volta completa ao eixo da dupla helice a cada 10,4 pares de base, mas se o ADN esta torcido, as cadeias ficam mais ou menos enroladas. ^{[ 21 ]}

Se o ADN esta torcido na direcao da helice, e denominado um superenrolamento positivo e as bases estao unidas mais firmemente. Ja o superenrolamento negativo refere-se a uma torcao na direcao oposta, resultando num afrouxamento das bases. Na natureza, o ADN apresenta um ligeiro superenrolamento negativo que e causado pela acao da enzima topoisomerase . ^{[ 22 ]}

Estas enzimas tambem sao necessarias para aliviar o estresse de torcao causado no ADN durante os processos de transcricao e replicacao . ^{[ 23 ]}

Estrutura alternativa da dupla helice [ editar | editar codigo-fonte ]

O ADN pode existir em muitas formacoes diferentes. As formacoes mais comuns sao: ADN-A , ADN-B, ADN-C, ADN-D, ^{[ 24 ]} ADN-E, ^{[ 25 ]} ADN-H, ^{[ 26 ]} ADN-L, ^{[ 24 ]} ADN-P, ^{[ 27 ]} e ADN-Z. ^{[ 28 ]}

Porem, so as formacoes de ADN A, B e Z foram encontradas em sistemas biologicos naturais. A formacao que o ADN adopta depende de varios fatores da propria sequencia de ADN: a intensidade e direcao do superenrolamento, modificacoes quimicas das bases e a solucao na qual o ADN esta presente (ex.: concentracao de metais , ioes e poliaminas ). ^{[ 29 ]}

Das tres formacoes referidas, a forma “B” e a mais comum nas condicoes encontradas nas celulas. ^{[ 30 ]}

A forma “A” corresponde a espiral dextra mais larga, com um sulco menor largo e superficial e um sulco maior estreito e profundo. A forma “A” ocorre sob condicoes nao fisiologicas em amostras de ADN desidratadas, enquanto na celula pode ser produzida por pareamento hibrido de ADN e ARN ou pelo complexo enzima-ADN. ^{[ 31 ] [ 32 ]}

Em segmentos de ADN onde as bases foram quimicamente modificadas por metilacao , o ADN pode sofrer uma grande modificacao na sua formacao e adoptar a forma ADN-Z. A cadeia gira sobre o eixo da dupla helice para a esquerda, o oposto da forma mais comum ? ADN-B. ^{[ 33 ]}

Esta estrutura e rara e pode ser reconhecida por proteinas especificas de ligacao com o ADN-Z. Pode estar envolvida na regulacao da transcricao. ^{[ 34 ]}

Estruturas em quadruplex [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Quadruplex-G

Nas extremidades do cromossomas lineares estao zonas especializadas do ADN chamadas telomeros . A funcao principal destas regioes e permitir que a celula replique as extremidades do cromossoma usando a enzima telomerase , porque enzimas que permitem replicar ADN normalmente nao conseguem copiar as extremidades 3' dos cromossomas. ^{[ 36 ]} Estas tampas de cromossoma especializadas tambem ajudam a proteger as extremidades do ADN, e evitam que o sistema de reparacao de ADN elimine estas regioes como erros que precisassem de ser corrigidos. ^{[ 37 ]} Em celulas humanas, os telomeros tem normalmente varios milhares de repeticoes de uma sequencia simples (TTAGGG). ^{[ 38 ]}

Estas sequencias ricas em guanina podem estabilizar as extremidades dos cromossomas formando estruturas de unidades de quatro bases empilhadas, ao inves dos pares de base usuais encontrados em outras moleculas de ADN. Quatro bases de guanina formam uma placa chata e depois estas unidades chatas de quatro bases empilham-se no topo umas das outras, para formarem estruturas quadruplex-G estaveis. ^{[ 39 ]} Estas estruturas sao estabilizadas por pontes de hidrogenio entre as margens das bases e por quelacao de um iao metalico no centro de cada unidade de quatro bases. ^{[ 40 ]} Outras estruturas podem tambem ser formadas, com o conjunto central de quatro bases provenientes de uma cadeia simples enrolada a volta das bases ou de diversas cadeias paralelas, cada uma contribuindo com uma base para a estrutura central. ^{[ 41 ]}

Alem destas estruturas empilhadas, os telomeros tambem formam grandes estruturas em forma de laco chamados telomere loops ou T-loops . O ADN de cadeia simples enrola-se a volta de um circulo grande estabilizado por proteinas que se ligam a telomeros. ^{[ 42 ]} Mesmo no fim dos T-loops , o ADN de cadeia simples do telomero e mantido sobre uma regiao de ADN de cadeia dupla pela cadeia do telomero que desestabiliza o ADN de dupla helice e o emparelhamento de bases de uma das duas cadeias. Esta estrutura de cadeia tripla e chamada de laco de deslocamento ou D-loop . ^{[ 39 ]}

Modificacoes quimicas [ editar | editar codigo-fonte ]

citosina	5-metilcitosina	timina

Estrutura da citosina com e sem o grupo 5-metil. Depois de desaminacao, a 5-metilcitosina tem a mesma estrutura da timina

Modificacoes de bases [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Metilacao do ADN

A expressao de genes e influenciado pela maneira como o ADN esta disposto nos cromossomas, numa estrutura chamada cromatina . As modificacoes de bases podem estar envolvidas na disposicao, com as regioes quem tem expressao genica baixa ou inexistente contendo usualmente niveis elevados de metilacao de citosina . Por exemplo, a metilacao de citosina produz 5-metilcitosina , que e importante na inactivacao do cromossoma X . ^{[ 43 ]} O nivel medio de metilacao varia entre organismos - o verme Caenorhabditis elegans tem pouca metilacao da citosina, enquanto vertebrados tem niveis mais elevados, com ate 1% do seu ADN contendo 5-metilcitosina ^{[ 44 ]} Apesar da importancia da 5-metilcitosina, esta pode desaminar transformando-se em timina. Citosinas metiladas sao por isso especialmente susceptiveis de sofrer mutacoes . ^{[ 45 ]} Outras modificacoes de bases incluem metilacao de adeninas em bacterias e glicosilacao do uracilo para produzir a "base-J" em organismos da classe Kinetoplastida . ^{[ 46 ] [ 47 ]}

Danos ao ADN [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Mutacao

O ADN pode ser danificado por muitos tipos diferentes de mutagenios , que alteram a sequencia de ADN. Estes incluem agentes oxidantes , agentes alquilantes e tambem por radiacao electromagnetica de grande energia tal como luz ultravioleta e raios-X . O tipo de dano ao ADN produzido depende do tipo de mutagenio. A luz ultravioleta, por exemplo, pode danificar o ADN produzindo dimeros de timina , que sao ligacoes cruzadas entre pirimidinas. ^{[ 49 ]} Por outro lado, oxidantes como radicais livres ou peroxido de hidrogenio produzem multiplos tipos de danos, incluindo modificacoes de bases, em particular guanosina, e quebras das cadeias duplas. ^{[ 50 ]} Em cada celula humana, cerca de 500 bases podem sofrer danos por oxidacao por dia. ^{[ 51 ] [ 52 ]} As quebras da cadeia dupla sao lesoes oxidativas de dificil reparacao, que podem produzir mutacoes pontuais , insercoes e deleccoes , assim como translocacoes cromossomicas . ^{[ 53 ]}

Muitos mutagenios encaixam entre o espaco entre dois pares de bases adjacentes, na chamada intercalacao . A maioria dos intercaladores sao aromaticos e moleculas planas e incluem brometo de etidio , daunomicina , doxorrubicina e talidomida . Para que um intercalador encaixe entre pares de bases, as bases tem de se separar, abrindo a cadeia dupla. Isto inibe a transcricao e a replicacao do ADN, causando toxicidade e mutacoes. Como resultado, os intercaladores de ADN sao muitas vezes carcinogenicos . Benzopireno , acridinas , aflatoxina e brometo de etidio sao exemplos bem conhecidos. ^{[ 54 ] [ 55 ] [ 56 ]} No entanto, devido a sua capacidade de inibir a transcricao e replicacao, estas toxinas tambem sao usadas em quimioterapia para inibir o crescimento rapido de celulas tumorais. ^{[ 57 ]}

Funcoes biologicas [ editar | editar codigo-fonte ]

O ADN ocorre normalmente como cromossomas lineares em eucariotas e como cromossomas circulares em procariotas. O conjunto dos cromossomas numa celula perfazem o seu genoma ; o genoma humano tem aproximadamente 3 mil milhoes de pares de base dispostos em 46 cromossomas. ^{[ 58 ]} A informacao transportada pelo ADN esta contida nas sequencias de ADN chamados genes . A transmissao da informacao dos genes e conseguida pela complementaridade do emparelhamento das bases. Por exemplo, na transcricao, quando uma celula usa a informacao num gene, a sequencia de ADN e copiado para uma sequencia de ARN complementar por meio da atraccao entre o ADN e os nucleotideos de ARN correctos. Esta copia de ARN pode ser depois usada para compor uma sequencia proteica correspondente no processo de traducao , que depende da mesma interaccao entre nucleotideos de ARN. Alternativamente, uma celula pode simplesmente copiar a sua informacao genetica num processo chamado replicacao do ADN.

Genes e genomas [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Nucleo celular , cromatina , cromossoma , gene , ADN nao codificante

O ADN genomico esta localizado no nucleo celular dos eucariontes, assim como em pequenas quantidades em mitocondrias e em cloroplastos . Em procariontes, o ADN esta dentro de um corpo de forma irregular no citoplasma chamado nucleoide . ^{[ 60 ]} A informacao genetica num genoma esta nos genes, e o conjunto completo desta informacao num organismo e chamado o seu genotipo . Um gene e a unidade basica da hereditariedade e e uma regiao do ADN que influencia uma caracteristica particular num organismo. Genes contem uma fase aberta de leitura que pode ser transcrita, assim como sequencias reguladoras tais como promotores ou acentuassomos , que controlam a transcricao da fase aberta de leitura.

Em muitas especies , apenas uma pequena fraccao da sequencia total do genoma codifica uma proteina. Por exemplo, apenas 1,5% do genoma humano consiste de exoes (que codificam proteinas), com mais de 50% do ADN humano consistindo de sequencias repetitivas . ^{[ 61 ]} As razoes para a presenca de tanto ADN nao codificante em genomas eucarioticos e as extraordinarias diferencas no tamanho do genoma , ou valor C , entre especies representam um enigma conhecido por enigma do valor C . ^{[ 62 ]} Contudo, sequencias de ADN que nao codificam proteinas podem ainda codificar moleculas de ARN nao codificante funcional, que estao envolvidas na regulacao da expressao genica. ^{[ 63 ]}

Algumas sequencias de ADN nao codificante tem um papel estrutural nos cromossomas. Os telomeros e centromeros contem tipicamente poucos genes, mas sao importantes para a funcao e estabilidade dos cromossomas. ^{[ 37 ] [ 64 ]} Uma forma abundante de ADN nao codificante em humanos sao os pseudogenes , que sao copias de genes que foram desabilitados por mutacao. ^{[ 65 ]} Estas sequencias sao usualmente apenas fosseis moleculares, apesar de poderem servir ocasionalmente como material genetico em bruto para a criacao de novos genes por meio do processo de duplicacao de genes e divergencia . ^{[ 66 ]}

Transcricao e traducao [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Codigo genetico , transcricao (genetica) , sintese proteica

Um gene e uma sequencia de ADN que contem informacao genetica e pode influenciar o fenotipo de um organismo. Dentro de um gene, a sequencia de bases ao longo de uma cadeia de ADN definem uma cadeia de ARN mensageiro , que por sua vez define uma ou mais sequencias proteicas. A relacao entre a sequencia de nucleotidos de um gene e a sequencia de aminoacidos de uma proteina e determinada pelas regras de traducao , conhecidas colectivamente como o codigo genetico . O codigo genetico consiste de 'palavras' de tres letras chamadas codoes formadas por uma sequencia de tres nucleotidos (p.e. ACU, CAG, UUU). ^{[ 67 ]}

Na transcricao, os codoes de um gene sao copiados para um ARN mensageiro pela ARN polimerase . Esta copia de ARN e depois descodificada por um ribossoma que le a sequencia de ARN emparelhando o ARN mensageiro com o ARN de transferencia , que carrega aminoacidos. Uma vez que ha quatro bases em combinacoes de 3 letras, ha 64 codoes possiveis ( ${\displaystyle 4^{3}}$ combinacoes). Estas codificam os vinte aminoacidos, dando a maioria dos aminoacidos mais do que um codao possivel. Ha tambem tres codoes 'stop' ou 'nonsense' significando o fim da regiao codificante; estes sao os codoes UAA, UGA e UAG. ^{[ 68 ]}

Replicacao [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Replicacao do ADN

A divisao celular e essencial para que um organismo cresca, mas quando uma celula se divide tem de replicar o ADN do seu genoma para que as duas celulas-filha tenham a mesma informacao genetica que a celula parental. A estrutura em dupla-helice do ADN fornece um mecanismo simples para a sua replicacao. As duas cadeias sao separadas e sequencias de ADN complementares a cada uma das cadeias sao recriadas por uma enzima chamada ADN polimerase . Esta enzima constroi a cadeia complementar encontrando a base correcta por intermedio do emparelhamento com a base complementar, e ligando-a a cadeia original. Como as polimerases de ADN so conseguem fazer a extensao de uma cadeia de ADN na direccao 5' para 3', outros mecanismos sao usados para copiar a cadeia antiparalela da dupla helice. ^{[ 69 ]} Desta forma, a base presente na cadeia antiga determina que base vai aparecer na nova cadeia e a celula acaba com uma copia perfeita do seu ADN.

Interaccoes com proteinas [ editar | editar codigo-fonte ]

Todas as funcoes do ADN dependem de interaccoes com proteinas. Estas interaccoes com proteinas podem ser nao especificas, ou a proteina pode ligar-se especificamente a uma unica sequencia de ADN. Algumas enzimas tambem se podem ligar ao ADN. Destas, as polimerases que copiam as sequencias de ADN na transcricao e replicacao sao particularmente importantes.

Proteinas que se ligam ao ADN ( DNA-binding ) [ editar | editar codigo-fonte ]

Interaccao do ADN com histonas (mostrado em branco, em cima). Os aminoacidos basicos destas proteinas (em baixo a esquerda, em azul) liga-se aos grupos fosfato do ADN (em baixo a direita, em vermelho).

Proteinas estruturais que se ligam ao ADN sao exemplos bem estudados de interaccoes nao especificas ADN-proteinas. Nos cromossomas, o ADN esta ligado a proteinas estruturais formando complexos. Estas proteinas organizam o ADN numa estrutura compacta, a cromatina . Em eucariontes esta estrutura envolve a ligacao do ADN a um complexo de pequenas proteinas basicas chamadas histonas, enquanto em procariontes estao envolvidas varios tipos de proteinas. ^{[ 70 ] [ 71 ]} As histonas formam um complexo em forma de disco, o nucleossoma , que contem duas voltas completas de ADN de cadeia dupla a sua volta. Estas interaccoes nao especificas formam-se quando os residuos basicos das histonas fazem ligacoes ionicas ao esqueleto acucar-fosfato acidico do ADN, e por isso sao largamente independentes da sequencia de bases. ^{[ 72 ]} Modificacoes quimicas nestes residuos de amino-acidos incluem metilacao , fosforilacao e acetilacao . ^{[ 73 ]} Estas mudancas quimicas alteram a forca da interaccao entre o ADN e as histonas, tornando o ADN mais ou menos acessivel a factores de transcricao e mudando a taxa de transcricao. ^{[ 74 ]} Outras proteinas com ligacao a ADN nao especificas incluem o grupo de proteinas de alta mobilidade, que se ligam a ADN dobrado ou distorcido. ^{[ 75 ]} Estas proteinas sao importantes pois dobram conjuntos de nucleossomas e organizam-nos em estruturas maiores que constituem os cromossomas. ^{[ 76 ]}

Um grupo distinto destas proteinas sao as que se ligam especificamente a ADN de cadeia simples. Nos humanos, a proteina de replicacao A e o membro desta familia mais bem compreendido e e usado em processos onde a dupla helice e separada, incluindo durante a replicacao do ADN, recombinacao e reparo. ^{[ 77 ]} Estas proteinas parecem estabilizar ADN de cadeia dupla e protegem-no da formacao de hairpin loops e da degradacao por nucleases .

Em contraste, outras proteinas evoluiram de modo a ligar-se a sequencias de ADN especificas. Os factores de transcricao sao dos mais intensivamente estudados (proteinas que regulam a transcricao). Cada factor de transcricao liga-se a um conjunto particular de sequencias de ADN e activa ou inibe a transcricao de genes que tenham estas sequencias perto dos seus promotores. Os factores de transcricao fazem isto de duas maneiras. Primeiro, podem ligar-se a polimerase do ARN responsavel pela transcricao, quer directamente quer por meio de proteinas mediadoras; isto posiciona a polimerase no promotor e permite que comece a transcricao. ^{[ 79 ]} Em alternativa, os factores de transcricao podem ligar-se a enzimas que modificam as histonas no promotor; isto muda a acessibilidade do molde de ADN a polimerase. ^{[ 80 ]}

Como estes locais de ligacao podem ocorrer pelo genoma inteiro de um organismo, mudancas na actividade de um tipo de factor de transcricao pode afectar milhares de genes. ^{[ 81 ]} Por consequencia, estas proteinas sao muitas vezes alvo de processos de transducao de sinal que controlam respostas a mudancas ambientais ou diferenciacao e desenvolvimento celular. A especificidade da interaccao destes factores de transcricao com o ADN provem das proteinas que fazem contactos multiplos com a extremidade das bases de ADN, permitindo a leitura da sequencia de ADN. A maior parte destas interaccoes com bases faz-se no sulco maior, onde as bases estao mais acessiveis. ^{[ 82 ]}

Enzimas que modificam o ADN [ editar | editar codigo-fonte ]

Nucleases e ligases [ editar | editar codigo-fonte ]

As nucleases sao enzimas que cortam as cadeias de ADN mediante a catalise da hidrolise das ligacoes fosfodiester . As nucleases que hidrolisam nucleotidos a partir dos extremos das cadeias de ADN denominam-se exonucleases , enquanto as endonucleases cortam no interior das cadeias. As nucleases que se utilizam com maior frequencia em biologia molecular sao as enzimas de restricao , endonucleases que cortam o ADN em sequencias especificas. Por exemplo, a enzima EcoRV, mostrada a esquerda, reconhece a sequencia de 6 bases 5′-GAT|ATC-3′ e faz um corte em ambas as cadeias na linha vertical indicada, gerando duas moleculas de ADN. Outras enzimas de restricao geram, no entanto, extremidades coesivas, ja que cortam de forma diferente as duas cadeias de ADN. Na natureza, estas enzimas protegem as bacterias contra as infeccoes de fagos , ao digerir o ADN do fago quando entra atraves da parede bacteriana, actuando como um mecanismo de defesa. ^{[ 84 ]} Em biotecnologia , estas nucleases especificas utilizam-se na clonagem molecular e na tecnica de impressao de ADN ( fingerprinting , em ingles).

As enzimas denominadas ADN ligases podem reunir pedacos de ADN cortados ou quebrados. ^{[ 85 ]} As ligases sao particularmente importantes na replicacao do ADN da cadeia atrasada de ADN, ja que unem os fragmentos curtos de ADN gerados no garfo de replicacao para formar uma copia completa do molde de ADN. Tambem se utilizam no reparo de ADN e na recombinacao genetica . ^{[ 85 ]}

Topoisomerases e helicases [ editar | editar codigo-fonte ]

As topoisomerases sao enzimas que possuem actividade de nuclease e ligase. Estas proteinas mudam a quantidade de ADN superenrolado . Algumas destas enzimas funcionam cortando a helice de ADN e permitindo a uma seccao que faca rotacao, de maneira a reduzir o grau de superenrolamento; uma vez feito isto, a enzima volta a unir os fragmentos de ADN. ^{[ 22 ]} Outros tipos de enzimas sao capazes de cortar uma helice de ADN e depois passar a segunda cadeia de ADN atraves desta quebra, antes de reunir as helices. ^{[ 86 ]} As topoisomerases sao necessarias para muitos processos em que intervem o ADN, como a replicacao e a transcricao . ^{[ 23 ]}

As helicases sao proteinas que pertencem ao grupo dos motores moleculares . Utilizam energia quimica armazenada nos trifosfatos de nucleosidos, fundamentalmente ATP , para romper pontes de hidrogenio entre bases e separar a dupla helice de ADN em cadeias simples. Estas enzimas sao essenciais para a maioria dos processos em que as enzimas necessitam de aceder as bases do ADN. ^{[ 87 ]}

Polimerases [ editar | editar codigo-fonte ]

As polimerases sao enzimas que sintetizam cadeias de nucleotidos a partir de trifosfatos de nucleosidos. A sequencia de seus produtos sao copias de cadeias de polinucleotidos existentes, que se denominam moldes . Estas enzimas funcionam adicionando nucleotidos ao grupo hidroxilo em 3' do nucleotido anterior numa cadeia de ADN. Por consequencia, todas as polimerases funcionam na direccao 5′ → 3′. ^{[ 88 ]} Nos sitios activos destas enzimas, o trifosfato de nucleosido que se incorpora emparelha a sua base com a correspondente no molde: isto permite que a polimerase sintetize de forma precisa a cadeia complementar ao molde.

As polimerases classificam-se de acordo com o tipo de molde que utilizam:

• Na replicacao do ADN , uma ADN polimerase dependente de ADN realiza uma copia de ADN a partir de uma sequencia de ADN. A precisao e vital neste processo, por isso muitas destas polimerases possuem uma actividade de verificacao de leitura ( proofreading ). Mediante esta actividade, a polimerase reconhece erros ocasionais na reaccao de sintese, devido a falta de emparelhamento entre o nucleotido erroneo e o molde, o que gera um desacoplamento ( mismatch ). Se se detecta um desacoplamento, activa-se uma actividade exonuclease na direccao 3′ → 5′ e a base incorrecta e eliminada. ^{[ 89 ]} Na maioria dos organismos, as ADN polimerases funcionam num grande complexo denominado replissoma , que contem multiplas unidades acessorias, como helicases . ^{[ 90 ]}
• As ADN polimerases dependentes de ARN sao uma classe especializada de polimerases que copiam a sequencia de uma cadeia de ARN em ADN. Incluem a transcriptase reversa , que e uma enzima viral implicada na infeccao de celulas por retrovirus , e a telomerase , que e necessaria para a replicacao dos telomeros. ^{[ 36 ] [ 91 ]} A telomerase e uma polimerase inusual, porque contem o seu proprio molde de ARN como parte da sua estrutura. ^{[ 37 ]}
• A transcricao e levada a cabo por uma ARN polimerase dependente de ADN que copia a sequencia de uma das cadeias de ADN em ARN. Para comecar a transcrever um gene, a ARN polimerase une-se a uma sequencia do ADN denominada promotor , e separa as cadeias de ADN. Entao copia a sequencia do gene num transcrito de ARN mensageiro ate que alcanca uma regiao do ADN denominada terminador , onde se detem e se separa do ADN. Como ocorre com as ADN polimerases dependentes de ADN em humanos, a ARN polimerase II (a enzima que transcreve a maioria dos genes do genoma humano) funciona como um grande complexo multiproteico que contem multiplas subunidades reguladoras e acessorias. ^{[ 92 ]}

Recombinacao genetica [ editar | editar codigo-fonte ]

Estrutura de um intermediario em juncao de Holliday na recombinacao genetica . A quatro cadeias de ADN separadas estao coloridas em vermelho, azul, verde e amarelo. ^{[ 93 ]}

Ver artigo principal: Recombinacao genetica

Uma helice de ADN normalmente nao interage com outros segmentos de ADN. Nas celulas humanas os diferentes cromossomas ocupam areas separadas no nucleo celular denominadas “territorios cromossomicos”. ^{[ 94 ]} A separacao fisica dos diferentes cromossomas e importante para que o ADN mantenha a sua capacidade de funcionar como um armazem estavel de informacao. Um dos poucos momentos em que os cromossomas interagem e durante o sobrecruzamento cromossomico ( chromosomal crossover , em ingles), durante o qual se recombinam . O sobrecruzamento cromossomico ocorre quando duas helices de ADN se rompem, sofrem intercambio e se unem novamente. ^{[ 95 ]}

A recombinacao permite aos cromossomas trocar informacao genetica e produzir novas combinacoes de genes, o que aumenta a eficiencia da seleccao natural e pode ser importante na evolucao rapida de novas proteinas. ^{[ 96 ]} Durante a profase I da meiose , uma vez que os cromossomas homologos estao perfeitamente emparelhados formando estruturas que se denominam bivalentes, produz-se o fenomeno de sobrecruzamento ou entrecruzamento (crossing-over) , no qual os cromatideos homologos nao irmaos (procedentes do pai e da mae) trocam material genetico. A recombinacao genetica resultante faz aumentar em grande medida a variacao genetica entre a descendencia de progenitores que se reproduzem por via sexual. A recombinacao genetica tambem pode estar implicada na reparacao do ADN , em particular na resposta celular as roturas da dupla cadeia ( double-strand breaks ). ^{[ 97 ]}

A forma mais frequente de sobrecruzamento cromossomico e a recombinacao homologa , na qual os dois cromossomas implicados compartilham sequencias muito similares. A recombinacao nao homologa pode ser danosa para as celulas, ja que pode produzir translocacoes cromossomicas e anormalidades geneticas. A reaccao de recombinacao e catalisada por enzimas conhecidas como recombinases , tais como a RAD51 . ^{[ 98 ]} O primeiro passo no processo de recombinacao e uma rotura da dupla cadeia, causada por uma endo nuclease ou por dano no ADN. ^{[ 99 ]} Posteriormente, uma serie de passos catalisados em parte pela recombinase conduz a uniao das duas helices formando pelo menos uma juncao de Holliday , na qual um segmento de uma cadeia simples e anelada com a cadeia complementar na outra helice. A juncao de Holliday e uma estrutura de uniao tetraedrica que pode mover-se ao longo do par de cromossomas, intercambiando uma cadeia por outra. A reaccao de recombinacao detem-se pelo corte da uniao e a reuniao dos segmentos de ADN libertados. ^{[ 100 ]}

Evolucao do metabolismo de ADN [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Hipotese do mundo de ARN

O ADN contem a informacao genetica que permite a maioria dos organismos vivos funcionar, crescer e reproduzir-se. No entanto, desconhece-se o intervalo de tempo durante o qual ele exerceu esta funcao nos ~3000 milhoes de anos desde a historia da vida , ja que se propos que as formas de vida mais precoces poderiam ter utilizado ARN como material genetico. ^{[ 101 ] [ 102 ]} O ARN poderia ter funcionado como parte central de um metabolismo primordial, ja que pode transmitir informacao genetica e simultaneamente actuar como catalisador , formando parte das ribozimas . ^{[ 103 ]} Este antigo mundo de ARN onde os acidos nucleicos funcionariam como catalisadores e como armazens de informacao genetica, poderia ter influenciado na evolucao do codigo genetico actual, baseado em quatro nucleotidos . Isto se deveria a que o numero de bases unicas num organismo e determinado entre um numero pequeno de bases (o que aumentaria a precisao da replicacao) e um numero grande de bases (que por sua vez aumentaria a eficiencia catalitica das ribozimas). ^{[ 104 ]}

Infelizmente, nao dispomos de evidencia directa dos sistemas geneticos ancestrais, porque a recuperacao do ADN a partir da maior parte dos fosseis e impossivel. O ADN e capaz de sobreviver no meio ambiente durante menos de um milhao de anos, e logo comeca a degradar-se lentamente em fragmentos de menor tamanho em solucao. ^{[ 105 ]} Algumas investigacoes pretendem a obtencao de ADN mais antigo, como no caso do isolamento de uma bacteria viavel a partir de um cristal salino de 250 milhoes de anos de antiguidade, ^{[ 106 ]} mas estes dados sao controversos. ^{[ 107 ] [ 108 ]}

No entanto, podem utilizar-se ferramentas de evolucao molecular para inferir os genomas de organismos ancestrais a partir de organismos contemporaneos. ^{[ 109 ] [ 110 ]} Em muitos casos, estas inferencias sao suficientemente fiaveis, de maneira que uma biomolecula codificada num genoma ancestral pode ser ressuscitada no laboratorio para ser estudada hoje. ^{[ 111 ] [ 112 ]} Uma vez recomposta a biomolecula ancestral, suas propriedades poderiam oferecer informacoes sobre os ambientes primordial, remetendo ao campo emergente da paleogenetica experimental . ^{[ 113 ]} Apesar de tudo, o processo de trabalho retrospectivo tem limitacoes inerentes, razao pela qual outros investigadores tentam elucidar o mecanismo evolutivo trabalhando desde a origem da Terra ate adiante no tempo. Dada suficiente informacao sobre como as substancias cosmicas poderiam haver-se depositado na Terra e sobre as transformacoes que poderiam ter tido lugar na superficie terrestre, talvez poderiamos ser capazes de desenvolver modelos prospectivos de evolucao da informacao genetica.

Historia [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Historia do estudo do ADN

Descoberta [ editar | editar codigo-fonte ]

A historia do ADN comeca no final da decada de 1860 , com a chegada do bioquimico e medico suico Friedrich Miescher ( 1844 - 1895 ) a Universidade de Tubingen , uma pacata cidade no sul da Alemanha . O jovem pesquisador estava disposto a dedicar-se ao estudo da quimica da celula e escolheu essa universidade porque nela o quimico Felix Hoppe-Seyler (1825-1895) havia inaugurado um importante laboratorio de quimica fisiologica . Na epoca floresciam ideias a respeito das origens e funcoes das celulas, apos a queda da teoria da geracao espontanea . A teoria celular estabelecia-se como um dos pilares da Biologia. Por tudo isso, as celulas atraiam a atencao de estudantes entusiasmados, como Miescher. ^{[ 114 ]}

Felix Hoppe-Seyler foi quem primeiro descreveu as interacoes entre a hemoglobina , a proteina responsavel pela cor do sangue, e o gas oxigenio . Seu trabalho levou-o a interessar-se pela composicao bioquimica dos linfocitos . Mas Miescher enfrentou dificuldades para obter amostras com linfocitos em quantidade e grau de pureza adequados. Por sugestao de Hoppe-Seyler, Miescher comecou a estudar a quimica das celulas do pus; o material para a pesquisa era abundante, pois dezenas de bandagens com material purulento eram diariamente descartadas por um hospital proximo a universidade. Miescher desenvolveu tecnicas adequadas para o isolamento das celulas presentes em pus das bandagens e para a sua analise quimica. O objetivo inicial era investigar as proteinas celulares, um grupo de substancias descoberto cerca de trinta anos antes. ^{[ 114 ]}

Em um dos seus muitos experimentos com celulas do pus , Miescher obteve um precipitado que diferia quimicamente de todas as substancias proteicas conhecidas. Ele descobriu que a nova substancia concentrava-se no nucleo celular, na epoca considerado uma estrutura de pouca importancia para o funcionamento celular. Aprimorando os metodos de extracao e purificacao da nova substancia, Miescher pode realizar uma analise quimica mais precisa, que mostrou que as quantidades relativas de hidrogenio , carbono , oxigenio e nitrogenio presentes diferiam das encontradas em proteinas, alem de uma quantidade incomum de fosforo . A substancia descoberta Miescher denominou nucleina , pelo fato de ela estar concentrada no nucleo das celulas. ^{[ 114 ]}

O trabalho sobre nucleina so foi publicado em 1871 , apos certa resistencia do editor da revista cientifica, o proprio Hoppe-Seyler, que, no inicio, nao acreditou nos resultados apresentados por Miescher. Mesmo depois da publicacao do trabalho, muitos pesquisadores continuaram duvidando da existencia da nucleina; na opiniao deles, o achado de Miescher devia ser uma mistura de fosfato inorganico e proteinas. ^{[ 114 ] [ 115 ]}

Elucidacao da composicao quimica [ editar | editar codigo-fonte ]

As desconfiancas quanto a real existencia da nova substancia descrita por Miescher so foram superadas por volta de 1889, quando Richard Altmann (1852-1900) obteve preparacoes altamente purificadas de nucleina, sem nenhuma contaminacao por proteinas. Pelo fato de a substancia ter carater acido, o que ja havia sido detectado por Miescher, Altmann sugeriu que ela fosse chamada de acido nucleico em vez de nucleina. ^{[ 116 ]}

Outro pesquisador pioneiro na descoberta foi Albrecht Kossel (1853-1927). Em 1877, ele juntou-se ao grupo de pesquisa de Hoppe-Seyler, entao trabalhando na Universidade de Estrasburgo (Franca), e comecou a estudar a composicao quimica das nucleinas. Kossel detectou dois tipos de bases nitrogenadas ja conhecidas, a adenina e a guanina . Em 1893, identificou uma nova base nitrogenada, que era liberada pela degradacao de nucleina das celulas do timo ; por isso denominou-a timina . Logo em seguida, descobriu que a nucleina continha um quarto tipo de base nitrogenada, a qual denominou citosina . ^{[ 117 ]} Em 1894, o grupo liderado por Kossel descobriu que os acidos nucleicos continham tambem pentose , um acucar com cinco atomos de carbono. ^{[ 118 ]} Em reconhecimento as suas contribuicoes na area, foi agraciado em 1910 com o Nobel de Fisiologia ou Medicina . ^{[ 119 ]}

Em 1909, Phoebus Levene e Walter Abraham Jacobs (1883-1967) conseguiram determinar a organizacao das moleculas de fosfato, de pentose e base nitrogenada no acido nucleico. ^{[ 120 ]} Esses tres componentes estao unidos entre si formando uma unidade fundamental, o nucleotideo . Em 1929, Levene e colaboradores identificaram pentoses componente do acido nucleico das celulas do timo, que denominaram 2-deoxi-D-ribose, pelo fato de ela possuir, no carbono 2 de sua cadeia, um atomo de oxigenio a menos que a ribose, uma pentose ja conhecida, encontrada pelos pesquisadores em dois tipos de acidos nucleicos: o acido ribonucleico, ou ribose, e o acido desoxirribonucleico, ou ADN, cujo acucar e a desoxirribose. ^{[ 121 ] [ 122 ]}

Descoberta da transformacao [ editar | editar codigo-fonte ]

Frederick Griffith fez uma importante observacao no curso dos experimentos com a bacteria Streptococcus pneumoniae em 1928. Esta bacteria, que causa pneumonia em humanos, normalmente e letal em camundongos . Entretanto algumas linhagens desta especie de bacterias eram menos virulentas (menos capazes de causar doencas ou morte). Nos experimentos de Griffith, ele usou duas linhagens distinguiveis pelas suas colonias quando cultivadas em laboratorio. Uma linhagem era um tipo normalmente virulento e mortal para a maioria dos animais de laboratorio. As celulas desta linhagem estao envoltas em uma capsula de polissacarideo , dando as colonias em aspecto liso, sendo esta linhagem identificada com S ( smooth , em ingles). A outra linhagem de Griffith era um tipo mutante nao virulento que crescia em camundongos. Nesta linhagem, a capa de polissacarideo esta ausente, dando as colonias um aspecto rugoso. Esta linhagem e chamada R ( rough , em ingles). ^{[ 123 ]}

Griffith inativou algumas celulas virulentas a alta temperatura. Injetou entao as celulas mortas por aquecimento nos camundongos. Os camundongos sobreviveram, mostrando que os restos das celulas nao causam morte. Entretanto os camundongos injetados com uma mistura de celulas virulentas mortas por aquecimento e celulas nao virulentas vivas morreram. Alem disso, as celulas vivas podiam ser recuperadas de camundongos mortos. Estas celulas deram colonias lisas e foram virulentas em uma injecao subsequente. De algum modo, os restos das celulas S aquecidas haviam convertido celulas R vivas em celulas S vivas. ^{[ 124 ]}

A etapa seguinte era determinar que componente quimico das celulas doadoras mortas havia causado esta conversao. Esta substancia tinha mudado o genotipo da linhagem receptora e portanto podia ser uma candidata a material genetico. Este problema foi resolvido pelos experimentos feitos em 1944 por Oswald Avery e dois colegas, C M. Macleod e M. McCarty. Seu enfoque ao problema foi destruir quimicamente todas as principais categorias de substancias no extrato de celulas mortas, uma de cada vez, e descobrir se o extrato havia perdido a habilidade de conversao. As celulas virulentas possuiam uma capa lisa de polissacarideo, enquanto as celulas nao virulentas, nao. Assim os polissacarideos eram um candidato obvio a ser o agente responsavel. Entretanto, quando os polissacarideos foram destruidos, a mistura ainda era capaz de conversao. As proteinas, gorduras e acido ribonucleico ( ARN ) foram todos excluidos. A mistura so perdia a sua capacidade de conversao quando a mistura doadora era tratada com enzima desoxirribonuclease ( DNase ), que quebra o ADN. Estes resultados indicavam fortemente que o ADN era o material genetico. Hoje sabemos que os fragmentos do ADN transformante que conferem virulencia entram no cromossomo bacteriano e substituem suas contrapartes que conferem nao virulencia. ^{[ 125 ]}

Experimento de Hershey-Chase [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Experiencia de Hershey?Chase

Os experimentos feitos por Avery e seus colegas foram definitivos, mas muitos cientistas mostraram-se muito relutantes em aceitar o ADN (e nao as proteinas) como material genetico. ^{[ 116 ]} Evidencias adicionais foram publicadas em 1952 por Alfred Day Hershey e Martha Chase , cujo experimento com o fago T2, um virus que transfecta na bacteria a informacao especifica para a reproducao viral. Se eles pudessem descobrir que material o fago transmitia a bacteria hospedeira, determinariam o material genetico do fago. ^{[ 126 ]}

O fago tem uma constituicao molecular relativamente simples. A maior parte de sua estrutura e de proteina, com o ADN contido dentro da capa de proteina de sua "cabeca". Hershey e Chase decidiram marcar o ADN e a proteina usando radioisotopos, de modo que pudessem rastrear os dois materiais durante a infeccao. O fosforo nao e encontrado nas proteinas mas e uma parte integrante do ADN. Contrariamente, o enxofre esta presente nas proteinas mas nunca no ADN. Hershey e Chase incorporaram o radioisotopo de fosforo ( ³² P) no ADN do fago e o enxofre ( ³⁵ S) nas proteinas de uma cultura separada de fagos. Eles entao infectaram duas culturas de E. coli com muitas particulas de virus por celulas: uma cultura de E. coli recebeu fagos marcados com ³² P e a outra recebeu fagos marcados com ³⁵ S. Decorrido tempo suficiente para que ocorresse a infeccao, os cientistas removeram as embalagens de fago (chamadas ghosts ) das celulas bacterianas por agitacao em um liquidificador . Eles separaram as celulas bacterianas dos envoltorios dos fagos em uma centrifuga e entao mediram a radioatividade nas duas fracoes. Quando o fago marcado com ³² P foi usado para infectar E. coli , a mais alta radioatividade foi encontrada dentro das bacterias, indicando que o ADN do fago havia entrado nas celulas. Quando era usado o fago marcado com ³⁵ S, maior parte do material radioativo estava nos involucros dos fagos, indicando que a proteina do fago nunca entrava nas bacterias. A conclusao era inevitavel: o ADN era o material hereditario. As proteinas do fago eram apenas embalagens estruturais abandonadas apos o ADN viral entrar na bacteria. ^{[ 126 ]}

Aplicacoes [ editar | editar codigo-fonte ]

Engenharia genetica [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Engenharia genetica , biologia molecular

A investigacao sobre o ADN tem um impacto significativo, especialmente no ambito da medicina , mas tambem na agricultura e pecuaria, com objectivos de domesticacao, seleccao e de cruzamentos dirigidos. A moderna biologia e bioquimica fazem uso intensivo da tecnologia do ADN recombinante , introduzindo genes de interesse em organismos, com o objectivo de expressar uma proteina recombinante concreta, que pode ser:

• isolada para seu uso posterior: por exemplo, podem-se transformar microorganismos para produzir grandes quantidades de substancias uteis, como a insulina, que posteriormente se isolam e se utilizam em terapias; ^{[ 127 ] [ 128 ] [ 129 ]}
• necessaria para substituir a expressao de um gene endogeno danificado que seja causador de uma patologia, o que permitiria o restabelecimento da actividade da proteina perdida e eventualmente a recuperacao do estado fisiologico normal, nao patologico. Este e o objectivo da terapia genetica , um dos campos em que se esta a trabalhar activamente em medicina, analisando vantagens e inconvenientes de diferentes sistemas de administracao do gene (virais e nao virais) e os mecanismos de seleccao do ponto de integracao dos elementos geneticos (distintos para os virus e transposoes) no genoma alvo. ^{[ 130 ]} Neste caso, antes de apresentar-se a possibilidade de realizar uma terapia genica numa determinada patologia, e fundamental compreender o impacto do gene de interesse no desenvolvimento de dita patologia, para o qual e necessario o desenvolvimento de um modelo animal, eliminando ou modificando dito gene num animal de laboratorio, mediante a tecnica nocaute . ^{[ 131 ]} So no caso de os resultados no modelo animal serem satisfatorios podera ser analisada a possibilidade de restabelecer o gene danificado mediante terapia genica;
• utilizada para enriquecer um alimento: por exemplo, a composicao do leite (que e uma importante fonte de proteinas para o consumo humano e animal) pode modificar-se mediante transgenese, adicionando genes exogenos e inactivando genes endogenos para melhorar o seu valor nutricional, reduzir infeccoes nas glandulas mamarias, proporcionar aos consumidores proteinas antipatogenicas e preparar proteinas recombinantes para o uso farmaceutico; ^{[ 132 ] [ 133 ]}
• util para melhorar a resistencia do organismo transformado: por exemplo, em plantas podem-se introduzir genes que conferem resistencia a agentes patogenicos (virus, insectos, fungos), assim como a agentes estressantes abioticos (salinidade, seca, metais pesados). ^{[ 134 ] [ 135 ] [ 136 ]}

Medicina Forense [ editar | editar codigo-fonte ]

A Medicina Forense pode utilizar o ADN presente no sangue , no semen , na pele , na saliva ou em pelos existentes na cena de um crime para identificar o responsavel. Esta tecnica denomina-se impressao genetica ou perfil de ADN . Ao realizar a impressao genetica, compara-se o comprimento de seccoes altamente variaveis do ADN repetitivo, como os microssatelites , entre pessoas diferentes. Este metodo e muito fiavel para identificar um criminoso. ^{[ 137 ]} No entanto, a identificacao pode complicar-se se a cena do crime estiver contaminada com ADN de pessoas diferentes. ^{[ 138 ]} A tecnica da impressao genetica foi desenvolvida em 1984 pelo geneticista britanico Sir Alec Jeffreys , ^{[ 139 ]} e utilizada pela primeira vez para condenar Colin Pitchfork por causa dos assassinatos de Narborough (Reino Unido) em 1983 e 1986. ^{[ 140 ]} Pode-se requerer as pessoas acusadas de certos tipos de crimes que cedam uma amostra de ADN para ser introduzida numa base de dados. Isto tem facilitado o trabalho dos investigadores na resolucao de casos antigos, onde so se obteve uma amostra de ADN da cena do crime, em alguns casos permitindo exonerar um convicto. A impressao genetica tambem pode ser utilizado para identificar vitimas de acidentes em massa, ^{[ 141 ]} ou para realizar provas de consanguinidade. ^{[ 142 ]}

Bioinformatica [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Bioinformatica

A Bioinformatica implica a manipulacao, busca e extraccao de informacao dos dados da sequencia do ADN. O desenvolvimento das tecnicas para armazenar e procurar sequencias de ADN gerou avancos no desenvolvimento de software para computadores, com muitas aplicacoes, especialmente algoritmos de busca de frases , aprendizagem automatica e teorias de bases de dados . ^{[ 143 ]} A busca de frases ou algoritmos de coincidencias, que procuram a ocorrencia de uma sequencia de letras dentro de uma sequencia de letras maior, desenvolveu-se para buscar sequencias especificas de nucleotidos. ^{[ 144 ]} Em outras aplicacoes como editores de textos , inclusive algoritmos simples podem funcionar, mas as sequencias de ADN podem gerar que estes algoritmos apresentem um comportamento de quase o pior caso , devido ao baixo numero de caracteres. O problema relacionado do alinhamento de sequencias procura identificar sequencias homologas e localizar mutacoes especificas que as diferenciam. Estas tecnicas, fundamentalmente o alinhamento multiplo de sequencias , utilizam-se ao estudar as relacoes filogeneticas e a funcao das proteinas. ^{[ 145 ]} As coleccoes de dados que representam sequencias do ADN do tamanho de um genoma, tais como as produzidas pelo Projecto Genoma Humano , sao dificeis de utilizar sem notacoes que marcam a localizacao dos genes e dos elementos reguladores em cada cromossoma. As regioes de ADN que tem padroes associados com genes codificantes de proteinas ou ARN podem identificar-se por algoritmos de localizacao de genes , o que permite aos investigadores predizer a presenca de produtos genicos especificos num organismo mesmo antes que se tenha isolado experimentalmente. ^{[ 146 ]}

Nanotecnologia de ADN [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Nanotecnologia

A nanotecnologia de ADN utiliza as propriedades unicas de reconhecimento molecular de ADN e outros acidos nucleicos para criar complexos ramificados auto-ensamblados com propriedades uteis. Neste caso, o ADN utiliza-se como um material estrutural, mais que como um portador de informacao biologica. ^{[ 147 ]} Isto conduziu a criacao de laminas periodicas de duas dimensoes (ambas baseadas em azulejos, assim como usando o metodo de "ADN origami"), para alem de estruturas em tres dimensoes em forma de poliedros . ^{[ 148 ]}

Historia e antropologia [ editar | editar codigo-fonte ]

Ver artigo principal: Filogenia , Genealogia molecular

O ADN armazena mutacoes conservadas com o tempo e portanto contem informacao historica. Comparando sequencias de ADN, os geneticistas podem inferir a historia evolutiva dos organismos, a sua filogenia . ^{[ 149 ]} O campo da filogenia e uma ferramenta potente na biologia evolutiva . Se se compararem as sequencias de ADN dentro de uma especie, os geneticistas de populacoes podem conhecer a historia de populacoes particulares. Isto pode-se utilizar numa ampla variedade de estudos, desde ecologia ate antropologia ; por exemplo, evidencia baseada na analise de ADN esta a ser utilizada para identificar as Dez Tribos Perdidas de Israel. ^{[ 150 ] [ 151 ]}

Notas

Ver tambem [ editar | editar codigo-fonte ]

• Acido ribonucleico
• Biologia molecular
• Exao
• Gene
• Intrao
• Proteina
• Sequencia de ADN
• Transcricao

Referencias

Bibliografia [ editar | editar codigo-fonte ]

• Introducao a genetica, Riffiths, Wessler, Lewontin, Gesbart, suzuki, Miller, 8º Edicao, Guanabara Koogan , 2006.
• Biologia; Jose Mariano Amabis, Gilberto Rodriges Martho; Moderna; 2004

Ligacoes externas [ editar | editar codigo-fonte ]

O Commons possui imagens e outros ficheiros sobre Acido desoxirribonucleico

• ≪The Secret Life of DNA - DNA Music compositions≫ (em ingles)  
• ≪The Register of Francis Crick Personal Papers 1938 - 2007≫ (em ingles). na Mandeville Special Collections Library, Geisel Library, University of California, San Diego  
• ≪DNA Interactive≫ (em ingles). Sitio do Dolan DNA Learning Center que inclui dezenas de animacoes assim como entrevistas com James Watson e outros (requer Adobe Flash )  
• ≪DNA from the Beginning≫ (em ingles). Sitio da DNA Learning Center sobre DNA, genes e hereditariedade desde Mendel ate ao Projecto Genoma Humano  
• ≪Double Helix 1953?2003≫ (em ingles). National Centre for Biotechnology Education  
• ≪Double helix: 50 years of DNA≫ (em ingles). , Nature  
• ≪Contribuicao de Rosalind Franklin para o estudo do ADN≫ (em ingles)  
• ≪U.S. National DNA Day≫ (em ingles). ? Veja videos e participe em chat em tempo real com cientistas de topo  
• ≪Genetic Education Modules for Teachers≫ (em ingles). ? DNA from the Beginning Study Guide  
• ≪Oica Francis Crick e James Watson a falar para a BBC en 1962, 1972 e 1974≫ (em ingles)  
• ≪DNA sob microscopio electronico≫ (em ingles)  
• ≪Enrolamento de DNA para formar cromossomas≫ (em ingles)  
• ≪DISPLAR: Predicao de sitios de ligacao ao ADN em proteinas≫ (em ingles)  
• ≪Dolan DNA Learning Center≫ (em ingles)  
• Olby, R. (2003) "Quiet debut for the double helix" Nature 421 (Jan. 23): 402?405. (em ingles)
• ≪guia basico animado de clonagem de ADN≫ (em ingles)  
• ≪DNA the Double Helix Game≫ (em ingles). - Do sitio oficial do Premio Nobel  

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