Conteúdo - Tópicos Comentados - Bioquímica - Estrutura do DNA


INTRODUÇÃO

Entre todas as propriedades dos organismos vivos, a capacidade de auto-replicação é fundamental. Desde a descoberta do DNA por Friedrich Miescher, em 1869, muito tempo se passou até que suas funções primordiais de conterem e transmitirem a informação genética fossem sugeridas, em 1944, por Avery, Macleod e MaCarty e definitivamente comprovadas, em 1953, por Hershey. Sua estrutura em dupla-hélice foi proposta em 1953 por Watson e Crick e lançou as bases de como essa molécula poderia ser duplicada. Consideremos então aspectos da estrutura do DNA com o intuito de esclarecer um dos mais exigentes e marcantes de todos os processos biológicos, a replicação do DNA.

Embora não se soubesse como era a estrutura do DNA, seus blocos de construção já eram conhecidos há muitos anos. O DNA é um polímero.Suas unidades são os nucleotídeos, e o polímero é conhecido como um polinucleotídeo. Cada nucleotídeo consiste de um açúcar, uma base nitrogenada ligada ao açucar, e um grupo fosfato. Existem quatro tipos de nucleotídeos diferentes que diferem na sua base nitrogenada. Os quatros nucleotídeos são denominados por uma letra:

A para adenina

G para guanina

C para citosina

T para timina

A deoxiribose contém 5 carbonos e 3 oxigênios. Os átomos de carbono são numerados 1', 2', 3', 4', e 5' para distinguir dos átomos do anel das pirimidinas e purinas.

Todos os nucleotídeos na cadeia de DNA têm a mesma orientação relativa. Na extremidade 5' da cadeia um grupo fosfato está presente e, na extremidade 3', um grupo OH. As cadeias polinucleotídicas são por convenção, representadas na orientação 5' ® 3' e apenas as letras indicativas das bases nitrogenadas são representadas.

Em 1953, James Watson e Francis Crick propuseram um modelo de estrutura tridimensional do DNA, baseado, principalmente, nos estudos de difração de raios X de Rosalind Frandlin e Maurice Wilkins e em estudos químicos da molécula.

Características Essenciais da Dupla Hélice de Watson e CricK

 

Duas cadeiras polinucleotídicas que correm em sentido opostos e helicoidizam ao redor de um eixo comum para formar uma dupla hélice com giro para a direita (dextrorsa)

 

As bases purínicas e pirimidínicas estão no interior da hélice, enquanto as unidades fosfato e desoxirribose estão na parte externa

A adenina (A) pareia-se com a timina (T), e a guanina (G) com a citosina (C). Os pares de bases A .T são mantidos por duas pontes de hidrogênio com orientação precisa, e os pares G .C por três destas pontes. A dupla hélice também é estabilizada por interações entre bases empilhadas no mesmo filamento

 

OS SULCOS MAIOR E MENOR

O empilhamento dos pares de bases na dupla hélice resulta em dois sulcos no esqueleto ose-fosfato. Eles surgem porque as ligações glicosídicas de um par de bases não são diametralmente opostas umas às outras. O sulco menor contém O-2 da pirimidina e o N-3 da purina do par de bases, e o sulco maior está do lado oposto do par. O maior tamanho do sulco maior o torna mais acessível a interações com proteínas que reconhecem seqüências específicas do DNA.

 

EMPACOTAMENTO DO DNA

O DNA celular, como nos vemos, é extremamente compacto, sugerindo um alto grau de organização estrutural. O mecanismo de enovelamento não consiste somente em empacotar o DNA, mas também permite o acesso a informação do DNA. Antes de considerar como isso e alcançado juntamente com os processos de replicação e transcrição nós precisamos examinar uma importante propriedade da estrutura do DNA conhecida como “supercoiling” (super-helicoidização). Supercoiling significa dar voltas em um fio enrolado. Por exemplo, o fio que liga o fone de um aparelho de telefone a base é enrolado, as voltas que ocorrem freqüentemente nesse fio já enrolado são supercoils.

 

O DNA é enrolado em forma de uma dupla hélice, com ambos as fitas de DNA enroladas em volta do axis. O posterior enrolamento do axis sobre ele próprio produz o supercoiling do DNA.

 

 

SUPERELICOIDIZAÇÃO & NÚMERO DE LIGAÇÕES

Além da estrutura secundária da dupla hélice, o DNA assume uma conformação tridimensional denominada supertorcida, superenrolada ou super hélice. Essa estrutura é definida como o enrolamento da dupla hélice sobre si mesma. A superelicoidização altera acentuadamente a forma geral do DNA. Uma molécula de DNA superelicoidizada é mais compacta que uma molécula de DNA relaxada do mesmo comprimento. As estruturas de DNA superenroladas são estudadas em um ramo da Matemática denominado topologia. Uma propriedade topológica importante da molécula circular é o seu número de ligação que é igual ao número de vezes que um filamento de DNA gira para a direita ao redor do eixo da hélice quando o eixo é mantido em um plano. As moléculas que diferem apenas no número de ligação são isômeros topológicos (topoisômeros) uma da outra.

Enzimas Envolvidas com Propriedades Estruturais

 

ENZIMAS DE RESTRIÇÃO

As enzimas de restrição, também chamadas de endonucleases de restrição, reconhecem uma seqüência de bases específica na dupla-hélice de DNA e cortam ambas as fitas da hélice, em lugares determinados. Elas são indispensáveis na análise da estrutura dos cromossomos, sequenciamento de DNA, isolamento de genes e na criação de moléculas novas de DNA que podem ser clonadas. Uma característica marcante de muitos desses sítios de clivagem é que eles possuem uma dupla simetria rotacional, isto é, a seqüência de reconhecimento é palindrômica e os sítios de clivagem são simetricamente posicionados.

 

DNA LIGASE

Esta enzima catalisa a formação de um a ligação fosfodiéster entre a hidroxila 3' na ponta de uma cadeia de DNA e o fosfato 5'da ponta da outra, sendo essa reação endergônica. A ligase repara quebras nas moléculas bifilamentares do DNA. A DNA ligase é essencial para a síntese normal de DNA, o reparo de DNA danificado, e o enxerto das cadeias de DNA na recombinação genética.

James Wang e Martin Gellert foram quem descobriram as enzimas que catalizam a interconversão de topoisômeros do DNA, as Topoisomerases. Estas enzimas alternam o número de ligação do DNA catalisando um processo de três etapas: 1) clivagem de um ou ambos os filamentos de DNA, 2)passagem de um segmento de DNA por esta quebra, e 3) ressoldagem da quebra no DNA. As topoisomerases tipo I clivam apenas um filamento do DNA, enquanto as enzimas tipo II clivam ambos os filamentos.

 

DNA GIRASE

Esta enzima catalisa a superelicoidização do DNA.A introdução de superélices tem um custo de energia,desta maneira, DNA girase é uma trasdutora de energia; ela converte a energia livre do ATP em energia torcional de superelicoidização.

Propriedadades 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 porque ocorre ruptura das pontes de hidrogênio entre os pares de bases. Esta desnaturação faz com que diminua a viscosidade da solução de DNA; Durante a desnaturação nenhuma ligação covalente é desfeita, ficando portanto as duas fitas de DNA separadas; Quando o pH e a temperatura voltam ao normal, as duas fitas de DNA espontâneamente se enrolam formando novamente o DNA dupla fita. Este processo envolve duas etapas: * A primeira é mais lenta pois envolve o encontro casual das fitas complementares de DNA, formando um curto segmento de dupla hélice. * A segunda etapa é mais rápida e envolve a formação das pontes de hidrogênio entre as bases complementares reconstruindo a conformação tridimensional.