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DNA: o que é, estrutura e função

DNA é a sigla para ácido desoxirribonucleico, um aglomerado de moléculas que contém o material genético dos seres vivos. Toda a informação genética de um organismo está armazenada no DNA e estas informações são transmitidas aos seus descendentes.

Responsável por orientar as células na produção de proteínas, o DNA tem importância para toda a formação e funcionamento dos seres vivos.

A molécula de DNA é composta por uma fita dupla de nucleotídeos formado por 4 letras – A, T, C e G, que representam as quatro bases nitrogenadas: adenina, timina, citosina e guanina.

Imagem de um filamento de DNA

O DNA tem importância para toda a formação e funcionamento dos seres vivos (Foto: depositphotos)

As várias e diferentes combinações desses compostos (que podem alcançar mais de 3 bilhões em cada célula) produzem a variabilidade dos seres vivos.

DNA e RNA: estrutura dos ácidos nucleicos

O nome ácido nucleico indica que as moléculas de DNA e RNA (ácido ribonucleico) são ácidas e foram identificadas, a princípio, no núcleo das células.

Hoje sabemos que o DNA é encontrado no núcleo, formando os cromossomos e parte dos nucléolos, e também em pequena quantidade, na mitocôndria e no cloroplasto. O RNA é encontrado no nucléolo, nos ribossomos, no citosol, nas mitocôndrias e nos cloroplastos.

Tanto o DNA quanto o RNA são formados pelo encadeamento de grande número de moléculas menores, os nucleotídeos, formados por três tipos de substâncias químicas:

  • Uma base nitrogenada (uma cadeia de carbonos que contém nitrogênio);
  • Uma pentose (um açúcar simples com cinco átomos de carbono);
  • Um fosfato, íon do ácido fosfórico (pela retirada de três íons hidrogênio).

Fosfato

O fosfato e a base nitrogenada ligam-se ao açúcar para formar um nucleotídeo.

Base nitrogenada

A união da base nitrogenada com o açúcar forma um nucleosídeo. Existem cinco principais bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina, timina e uracila.

A duas primeiras possuem um duplo anel de átomos de carbono e derivam de uma substância chamada purina, sendo, por isso, denominadas bases purínicas ou púricas. As outras três derivam de outro composto com apenas um anel de carbono, chamado pirimidina, e são denominadas bases pirimidínicas ou pirimídicas.

Na molécula de DNA aparecem quatro tipos de bases (A, T, C e G). A uracila (U) é encontrada apenas no RNA, e a timina é exclusiva do DNA.

Pentose

As pentoses são de dois tipos: ribose e desoxirribose. O DNA recebe esse nome por ter apenas desoxirribose na cadeia. O RNA contém apenas ribose.

Nos ácidos nucleicos, os nucleotídios estão sempre unidos entre si, formando longos filamentos, os polinucleotídios. A ligação é entre o fosfato de uma unidade e a pentose da unidade vizinha. Desse modo, a longa cadeia apresenta uma sequência de pentoses e fosfatos alternados, com as bases nitrogenadas ligadas às pentoses.

Descoberta do DNA

O histórico de descobrimento do DNA tem início em 1869, com o bioquímico suíço Johann Friedrich Miescher. Com o objetivo de identificar os componentes químicos do núcleo celular, o cientista descobriu uma substância até então desconhecida dos químicos, que era rica em átomos de fósforo e de nitrogênio.

Esta substância foi denominada nucleína e, posteriormente, ácido nucleico. No ano de 1920, aproximadamente, os estudiosos já sabiam que os ácidos nucleicos eram constituídos por três tipos de substâncias químicas: os açúcares, o ácido fosfórico e as bases nitrogenadas. Nessa mesma época, o RNA (ácido ribonucleico) também foi descoberto.

Estrutura do DNA

Dupla hélice do DNA

As duas fitas de polinucleotídeos estão torcidas, formando uma hélice dupla, e emparelhadas em sentidos opostos (Foto: depositphotos)

Em 1952, na Inglaterra, os pesquisadores Maurice Wilkins (1916-2004) e Rosalind Franklin (1920-1958) examinavam o DNA com uma técnica conhecida como difração de raios X.

Utilizando essas observações, o inglês Francis Crick (1916-2004) e o estadunidense James Watson (1928-) começaram a construir um modelo para a molécula que explicasse a imagem obtida pelos raios X e também os dados obtidos da química, como o fato do número de adeninas ser igual ao número de timinas e o de citosinas ser igual ao de guaninas.

O modelo da molécula de DNA elaborado pelos cientistas James Watson e Francis Crick ficou conhecido como modelo de dupla hélice.

Dupla hélice

Segundo esse modelo, a molécula de DNA possui duas cadeias ou fitas de polinucleotídeos, ligadas uma à outra pelas bases nitrogenadas. Elas estão torcidas – formando uma hélice dupla – e emparelhadas em sentidos opostos. Se em uma extremidade de uma fita há uma pentose, na fita oposta há um fosfato.

Comparando a molécula de DNA com uma escada torcida no espaço, cada lateral da escada seria formada por uma sequência de pentoses alternadas com fosfatos, e cada degrau corresponderia a uma par de bases. A ligação entre as bases das duas fitas é feita por ligações de hidrogênio.

Observando o modelo da molécula de DNA, notamos que a base timina (T) se liga sempre à base adenina (A) por meio de duas ligações de hidrogênio, e a base citosina (C) liga-se à guanina (G) por meio de três ligações de hidrogênio.

Como decorrência desse emparelhamento específico, a sequência de bases de uma fita determina a sequência de bases da outra. Portanto, se em uma fita houver a sequência AATCCATGT, na outra a sequência será TTAGGTACA. Assim, as duas fitas não são iguais, mas complementares.

Duplicação do DNA

A duplicação do DNA é controlada por várias enzimas que promovem o afastamento das fitas, unem os nucleotídeos novos e corrigem erros de duplicação por um mecanismo de verificação de erros. Antes da duplicação, as enzimas desenrolam as duas hélices e quebram as ligações de hidrogênio. Em seguida, proteínas específicas mantêm as duas cadeias afastadas.

Em cada fita exposta, novos nucleotídeos dissolvidos no nucleoplasma começam a se encaixar, obedecendo ao emparelhamento A-T e C-G. A união entre os nucleotídeos novos é feita com a ajuda das enzimas DNA polimerases ou polimerases do DNA, que também verificam se o nucleotídeo encaixou na base certa, removendo os encaixes errados.

Cada fio orienta a formação de outro que lhe é complementar. Portanto, a fita nova fica igual à antiga que ocupava aquela posição e, consequentemente, as duas moléculas resultantes serão exatamente iguais à original.

Como cada molécula filha de DNA é formada por uma fita antiga, que veio do DNA original, e uma nova, a duplicação é semiconservativa.

Cromossomos

Cromossomos

Cada organismo humano possui 46 cromossomos, sendo metade vindo da mãe e a outra metade do pai (Foto: depositphotos)

Os cromossomos são formados por sequências de DNA e cada organismo possui um número diferente deles. O ser humano possui 46 cromossomos, sendo 23 recebidos da mãe e os outros 23, do pai.

Gene

Parte funcional do DNA, os genes são sequências especiais de centenas ou milhares de pares (como A-T ou C-G) que oferecem as informações básicas para produzir todas as proteínas que o organismo necessita produzir.

Genoma

O conjunto de genes de uma molécula que influencia o desenvolvimento das características de um ser vivo é chamado genoma e varia de um organismo para outro.

Genoma é toda a informação hereditária de um organismo que está codificada em seu DNA (ou no RNA, como no caso de alguns vírus), incluindo aí tanto os genes como as sequências não-codificadoras importantes para a regulação gênica, além de outras funções.

No ser humano, o genoma corresponde à sequência de nucleotídeos do DNA contido em 22 autossomos e nos dois cromossomos sexuais (X e Y).

Apenas 3% do Genoma Humano é formado por genes, sendo o restante formado por agrupamentos de proteínas sem informação. O conjunto de proteínas expressas pelo genoma é chamado proteoma.

Síntese de proteínas

As características morfológicas e fisiológicas de um ser vivo dependem dos tipos de proteína produzidos em seu organismo. A síntese dessas proteínas depende do DNA em interação com o RNA, enzimas, ribossomos e outras estruturas da célula.

Apesar de terem a mesma coleção de genes, as células de um indivíduo podem ser diferentes porque, em determinado momento, alguns de seus genes estão em atividade comandando a síntese de proteínas, enquanto outros estão inativos. Os genes ativos não são exatamente os mesmos nos diferentes tecidos.

Assim, diferentes células produzem diferentes conjuntos de proteínas. Por exemplo, os melanócitos produzem melanina, pigmento que escurece a pele; certas células do pâncreas produzem o hormônio insulina. Desse modo, surgem diferenças morfológicas e fisiológicas entre as células. Além disso, certas proteínas não são sintetizadas continuamente pelas células.

O RNA

Existe outro ácido nucleico: o RNA. Embora a diferença entre o DNA e o RNA seja pequena, faz uma enorme diferença: enquanto o DNA tem dois filamentos de nucleotídeos, o RNA tem apenas um. Outra diferença é que o açúcar do DNA é a desoxirribose e do RNA é a ribose. O RNA possui a base nitrogenada uracila, que substitui a timina no DNA.

Resumo do Conteúdo
Nesse texto você aprendeu que:

  • DNA é a sigla para ácido desoxirribonucleico.
  • Toda a informação genética de um organismo está armazenada no DNA.
  • A molécula de DNA é composta por uma fita dupla de nucleotídeos.
  • A fita dupla de nucleotídeos possui quatro bases nitrogenadas.
  • O DNA é encontrado no núcleo da célula, nas mitocôndrias e cloroplastos.

Exercícios resolvidos

1- Qual a função do DNA?
R: Transmite a informação genética de um organismo para seus descendentes.
2- Como é chamado o modelo da molécula de DNA?
R: Modelo de dupla hélice.
3- Como se chamam as quatro bases nitrogenadas do DNA?
R: Adenina, timina, citosina e guanina.
4- O DNA é formado por quais substâncias químicas?
R: Base nitrogenada, pentose e fosfato.
5- O que é o genoma?
R: É toda a informação hereditária de um organismo que está codificada em seu DNA.

Referências

» FERREIRA, Poliana Flávia Maia; JUSTI, Rosária da Silva. A abordagem do DNA nos livros de biologia e química do ensino médio: Uma análise crítica. Ensaio Pesquisa em Educação em Ciências (Belo Horizonte), v. 6, n. 1, p. 38-50, 2004.

» LODISH, Harvey. Biología celular y molecular. Ed. Médica Panamericana, 2005.