Ácidos Nucleicos: História, Química e Estrutura (DNA e RNA)

1. História da Descoberta dos Ácidos Nucleicos

Em 1871, o bioquímico Friedrich Miescher isolou uma substância do núcleo das células brancas do sangue, que ele chamou de nucleína. Ele descobriu que ela continha fosfato e tinha uma característica ácida. Em 1899, o químico alemão Richard Altmann renomeou a nucleína para ácido nucleico.

O químico alemão Robert Feulgen descobriu em 1914 que o ácido nucleico das células do timo corava com fucsina. A utilização deste corante levou à descoberta de que o "ácido nucleico do timo" é encontrado no núcleo das células vegetais e animais.

Em 1900, verificou-se que o ácido nucleico de leveduras tinha uma característica química diferente do timo, sendo chamado de "ácido nucleico de levedura".

Em 1920, os bioquímicos Albrecht Kossel e Phoebus Levene descobriram que os ácidos nucleicos contêm substâncias químicas chamadas bases nitrogenadas. O trabalho de Levene mostrou que o "ácido nucleico do timo" tinha quatro bases nitrogenadas:

• Timina (T)
• Citosina (C)
• Adenina (A)
• Guanina (G)

Além disso, continha uma pentose chamada desoxirribose e um grupo fosfato. Levene também mostrou que o "ácido nucleico de levedura" difere do "ácido nucleico do timo" em dois aspetos: primeiro, não tem Timina, mas sim Uracila (U) e, segundo, a pentose era a Ribose.

Mais tarde, o nome "ácido nucleico do timo" foi alterado para Ácido Desoxirribonucleico ou DNA, enquanto o termo "ácido nucleico de levedura" foi alterado para Ácido Ribonucleico, ou RNA.

2. O Experimento de Griffith e a Natureza do Material Genético

Em 1928, o britânico Frederick Griffith estudou a possibilidade de desenvolver vacinas contra a bactéria que causa pneumonia. Trabalhando com diferentes estirpes (cepas) da bactéria, verificou que algumas eram patogénicas e outras eram inofensivas.

Griffith investigou a possibilidade de usar bactérias patogénicas mortas pelo calor para imunizar animais. Em um dos seus experimentos, ratos injetados com bactérias patogénicas mortas pelo calor, ou com bactérias inofensivas vivas, não desenvolveram a doença.

Em seguida, outro grupo de camundongos foi injetado com uma mistura de bactérias patogénicas mortas pelo calor e bactérias inofensivas vivas. O resultado foi que os ratos desenvolveram a doença e morreram. As explicações propostas foram:

• A primeira hipótese era que as bactérias patogénicas não tinham sido completamente mortas.
• A segunda hipótese (e correta) era que algum componente das estirpes patogénicas mortas foi transmitido às bactérias inofensivas vivas, causando a sua transformação em bactérias patogénicas.

Griffith chamou a este fenómeno o Princípio da Transformação.

3. Composição Química dos Ácidos Nucleicos

Os ácidos nucleicos são polímeros formados por unidades básicas chamadas nucleotídeos, que se unem em longas cadeias.

Cada nucleotídeo é constituído por três moléculas:

1. Uma Base Nitrogenada: Moléculas em forma de anel, divididas em:
   • Purinas: Possuem dois anéis e são formadas por Adenina (A) e Guanina (G).
   • Pirimidinas: Possuem um único anel e são formadas por Citosina (C), Timina (T) e Uracila (U).

   Nota: O DNA contém A, G, C e T. O RNA contém A, G, C e U (Uracila substitui a Timina no RNA).

2. Uma Pentose: É um açúcar que contém cinco átomos de carbono. No DNA, o açúcar é a desoxirribose; no RNA, é a ribose.
3. Um Grupo Fosfato: Consiste em hidrogénio, oxigénio e fósforo.

4. A Contribuição de Franklin e Wilkins para a Estrutura do DNA

Uma vez que a informação genética foi identificada como estando armazenada na molécula de DNA, surgiu uma nova pergunta: Qual é a estrutura química e tridimensional do DNA?

Em 1953, Rosalind Franklin e Maurice Wilkins utilizaram uma técnica conhecida como Difração de Raios-X. Esta técnica é usada para propor uma estrutura tridimensional específica da molécula estudada. O padrão de difração de Raios-X obtido por Franklin e Wilkins permitiu propor que a molécula de DNA forma uma dupla hélice, semelhante a uma escada em espiral.

5. O Modelo da Dupla Hélice de Watson e Crick

James Watson e Francis Crick postularam que o DNA é composto por duas cadeias de polinucleotídeos, que são mantidas unidas por ligações de hidrogénio. Estudos posteriores revelaram que a Adenina (A) liga-se à Timina (T) através de duas ligações de hidrogénio, e a Citosina (C) liga-se à Guanina (G) através de três ligações de hidrogénio.

As cadeias de nucleotídeos que compõem o DNA são organizadas tridimensionalmente numa dupla hélice.

6. O que é o RNA e suas Características Químicas

O RNA (Ácido Ribonucleico) é geralmente uma cadeia simples de ribonucleotídeos e é encontrado no núcleo e, em maior quantidade, no citoplasma. A sua principal função é participar na síntese de proteínas.

Ao contrário do DNA, a pentose do RNA é a ribose (em vez de desoxirribose) e possui Uracila (U) em vez de Timina (T).

A Regra de Chargaff (A=T, C=G) não se aplica ao RNA, pois este é constituído por uma única cadeia de nucleotídeos, o que lhe permite assumir diferentes formas. O RNA é muito mais versátil do que o DNA em termos dos tipos de estruturas tridimensionais que pode adotar.

7. Tipos Principais de RNA

• RNA Mensageiro (mRNA): Carrega a informação genética do núcleo para o citoplasma.
• RNA Ribossómico (rRNA): Encontrado no citoplasma, onde faz parte da estrutura dos ribossomos.
• RNA de Transferência (tRNA): Encontrado no citoplasma e existe em cerca de 20 formas diferentes, sendo responsável por transportar aminoácidos.
• Pequeno RNA Nuclear (snRNA): Termo usado para se referir a várias pequenas moléculas de RNA encontradas no núcleo.