Experimentos, Estrutura e Replicação do DNA

Experimentos que Comprovaram o DNA como Molécula Hereditária

Experimento de Avery

Procedimento e Resultados

• Bactérias não capsuladas + Fragmentos de bactérias capsuladas + Proteases (enzimas que digerem proteínas) → Bactérias se transformaram em capsuladas.
• Bactérias não capsuladas + Fragmentos de bactérias capsuladas + RNases (enzimas que digerem o RNA) → Bactérias se transformaram em capsuladas.
• Bactérias não capsuladas + Fragmentos de bactérias capsuladas + DNases (enzimas que digerem DNA) → Bactérias não se transformaram em capsuladas.

O experimento demonstrou que o DNA é a molécula hereditária porque, quando o DNA foi destruído, a bactéria se tornou incapaz de formar a cápsula, provando que a informação para a formação da cápsula está contida no DNA.

Experimento de Hershey e Chase

Os pesquisadores produziram dois conjuntos de vírus (bacteriófagos): um com proteína radioativa e outro com DNA radioativo.

O objetivo era verificar qual componente o vírus injetava na bactéria: suas proteínas ou seu DNA.

Após as bactérias serem infectadas pelo vírus, a solução foi centrifugada. Como as bactérias são mais pesadas, elas se depositam no fundo do frasco (pellet).

• Quando os vírus possuíam DNA radioativo, a radiação apareceu no fundo do frasco, dentro das bactérias, indicando que o DNA foi injetado.
• Quando os vírus possuíam proteína radioativa, a radiação permaneceu na superfície (sobrenadante), indicando que as proteínas não entraram na bactéria.

Conclusão

Se é o DNA que o vírus injeta nas bactérias para se reproduzir, isso significa que o DNA é a molécula hereditária viral.

Estrutura do DNA

Conhecimento Prévio à Descoberta de Watson e Crick

• Regras de Chargaff: Chargaff descobriu que, no DNA, a quantidade de Adenina (A) é igual à de Timina (T), e a quantidade de Citosina (C) é igual à de Guanina (G).
• A Alfa-Hélice de Linus Pauling: Pauling descreveu uma proteína em formato de hélice. Assim, Watson e Crick já sabiam o que esperar da estrutura de uma molécula helicoidal.
• Cristalografia de Raio X de Rosalind Franklin: Ao observar a famosa “Foto 51” de Rosalind Franklin, Watson e Crick perceberam que o DNA deveria ser uma dupla hélice.

Composição e Ligações

O DNA é um polímero de nucleotídeos, feito de um nucleotídeo ligado ao outro.

• Os nucleotídeos em uma mesma fita são unidos por ligações covalentes (fosfodiéster).
• Os nucleotídeos de fitas diferentes são unidos por ligações de hidrogênio:
  • Duas ligações entre Adenina (A) e Timina (T).
  • Três ligações entre Citosina (C) e Guanina (G).

Propriedades e Replicação do DNA

Propriedades Essenciais do DNA

• Capacidade de ser Replicado: A célula replica o DNA apenas se for se dividir, garantindo que cada célula filha receba uma cópia idêntica.
• Capacidade de Carregar Informações: O DNA é uma molécula informacional. A informação genética reside na sequência específica de bases nitrogenadas.

Replicação Semi-Conservativa

O pareamento específico de bases (A-T, C-G) permite que a célula use uma fita antiga como molde para sintetizar uma fita nova. Este mecanismo resulta em duas moléculas de DNA, cada uma contendo uma fita nova e uma fita velha, sendo por isso chamada de replicação semi-conservativa.

Mecanismo de Replicação do DNA

A replicação está intimamente ligada à divisão celular. Principais enzimas envolvidas:

• Helicase: Abre a dupla hélice em vários pontos simultaneamente (formando múltiplas forquilhas de replicação), rompendo as ligações de hidrogênio. Isso torna a replicação mais rápida.
• Primase: Sintetiza o primer (iniciador) de RNA.
• DNA Polimerase: Sintetiza a nova fita de DNA.

Uma vez que a dupla hélice está aberta, a DNA Polimerase percorre o DNA, sintetizando uma fita nova cuja sequência de bases é determinada pela fita molde (antiga).

Correção de Erros e Direcionalidade

Para diminuir sua taxa de erro, a DNA Polimerase possui uma atividade corretora (proofreading). Ela só adiciona um novo nucleotídeo após conferir se o par anterior está correto.

Devido à sua atividade corretora, a DNA Polimerase não consegue iniciar a síntese do zero. Para resolver este problema, a enzima Primase pareia um pequeno trecho de RNA, chamado primer (ou RNA iniciador), a partir do qual a DNA Polimerase inicia seu trabalho.

Direcionalidade: Novos nucleotídeos só podem ser adicionados na extremidade 3' (três linha).

A fonte de energia para a síntese da nova fita está presente no próprio nucleotídeo. Ele chega na forma de nucleotídeo trifosfato (com 3 fosfatos). A DNA Polimerase remove dois fosfatos para obter a energia necessária para unir o fosfato restante ao carbono 3' da pentose vizinha. Por isso, a adição de novos nucleotídeos ocorre sempre no sentido 5' → 3'.