{"id":12848,"date":"2021-01-31T13:19:49","date_gmt":"2021-01-31T18:19:49","guid":{"rendered":"https:\/\/nebula.org\/blog\/acido-dna-desoxirribonucleico\/"},"modified":"2021-02-20T20:31:02","modified_gmt":"2021-02-21T01:31:02","slug":"acido-dna-desoxirribonucleico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/nebula.org\/blog\/pt-br\/acido-dna-desoxirribonucleico\/","title":{"rendered":"DNA (\u00e1cido desoxirribonucl\u00e9ico) – O projeto universal da vida"},"content":{"rendered":"\n

Introdu\u00e7\u00e3o ao DNA<\/h2>\n\n

O \u00e1cido desoxirribonucleico \u00e9 um \u00e1cido nucleico que \u00e9 um polinucleot\u00eddeo composto por uma cadeia de muitos nucleot\u00eddeos. A biomol\u00e9cula localizada nos cromossomos \u00e9 a portadora da informa\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica em todos os organismos vivos e em muitos v\u00edrus (v\u00edrus de DNA, pararetrov\u00edrus), ou seja, a base material dos genes. <\/p>\n\n

No estado normal, o DNA \u00e9 constru\u00eddo na forma de uma dupla h\u00e9lice. Seus blocos de constru\u00e7\u00e3o s\u00e3o quatro nucleot\u00eddeos diferentes, cada um consistindo de um res\u00edduo de fosfato, a desoxirribose de a\u00e7\u00facar e uma de quatro bases org\u00e2nicas (adenina, timina, guanina e citosina, freq\u00fcentemente abreviados como A, T, G e C).<\/p>\n\n

Os genes do DNA cont\u00eam as informa\u00e7\u00f5es para a produ\u00e7\u00e3o de \u00e1cidos ribonucl\u00e9icos. Em genes que codificam prote\u00ednas, este \u00e9 um importante grupo de RNA, mRNA. Por sua vez, cont\u00e9m as informa\u00e7\u00f5es para a constru\u00e7\u00e3o das prote\u00ednas, necess\u00e1rias ao desenvolvimento biol\u00f3gico de um ser vivo e ao metabolismo na c\u00e9lula. A sequ\u00eancia de bases aqui determina a sequ\u00eancia de amino\u00e1cidos da respectiva prote\u00edna: O c\u00f3digo gen\u00e9tico codifica um amino\u00e1cido espec\u00edfico com tr\u00eas bases adjacentes cada.<\/p>\n\n

Nas c\u00e9lulas dos eucariotos, que tamb\u00e9m incluem plantas, animais e fungos, a maior parte do DNA do n\u00facleo da c\u00e9lula (n\u00facleo latino, portanto DNA nuclear ou nDNA) \u00e9 organizado como cromossomos. Uma pequena parte est\u00e1 localizada nas mitoc\u00f4ndrias, as “esta\u00e7\u00f5es de energia” das c\u00e9lulas, e \u00e9 chamada de DNA mitocondrial (mtDNA). Plantas e algas tamb\u00e9m possuem DNA em organelas fotossint\u00e9ticas, os cloroplastos ou plast\u00eddios (cpDNA). Em bact\u00e9rias e arqueas – os procariontes que n\u00e3o possuem n\u00facleo celular – o DNA est\u00e1 localizado no citoplasma. Alguns v\u00edrus, os chamados v\u00edrus de RNA, armazenam sua informa\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica no RNA em vez de no DNA.<\/p>\n\n

\"Estrutura
Estrutura do DNA. A estrutura 3D do DNA \u00e9 a de uma escada torcida.<\/figcaption><\/figure>\n\n
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Editado por Christina Swords, Ph.D.<\/em><\/p>\n\n

Estrutura e Organiza\u00e7\u00e3o do DNA<\/h2>\n\n

Blocos de constru\u00e7\u00e3o<\/h3>\n\n

O \u00e1cido desoxirribonucleico \u00e9 uma mol\u00e9cula de cadeia longa (pol\u00edmero) composta de muitos blocos de constru\u00e7\u00e3o chamados desoxirribonucleot\u00eddeos ou, para abreviar, nucleot\u00eddeos. Cada nucleot\u00eddeo tem tr\u00eas componentes: \u00e1cido fosf\u00f3rico ou fosfato, o a\u00e7\u00facar desoxirribose e uma nucleobase ou base heteroc\u00edclica. As subunidades de desoxirribose e \u00e1cido fosf\u00f3rico s\u00e3o iguais para cada nucleot\u00eddeo. Eles formam a espinha dorsal da mol\u00e9cula. As unidades de base e a\u00e7\u00facar (sem fosfato) s\u00e3o chamadas de nucleos\u00eddeos.<\/p>\n\n

Os res\u00edduos de fosfato s\u00e3o hidrof\u00edlicos devido \u00e0 sua carga negativa; eles d\u00e3o ao DNA em solu\u00e7\u00e3o aquosa uma carga geral negativa. Uma vez que esse DNA com carga negativa dissolvido em \u00e1gua n\u00e3o pode liberar mais pr\u00f3tons, ele n\u00e3o \u00e9 (n\u00e3o mais) um \u00e1cido estritamente falando. O termo \u00e1cido desoxirribonucl\u00e9ico refere-se a um estado sem carga no qual os pr\u00f3tons est\u00e3o ligados aos res\u00edduos de fosfato.<\/p>\n\n

A base pode ser uma purina, nomeadamente adenina (A) ou guanina (G), ou uma pirimidina, nomeadamente timina (T) ou citosina (C). Uma vez que os quatro nucleot\u00eddeos diferentes diferem apenas em sua base, as abrevia\u00e7\u00f5es A, G, T e C tamb\u00e9m s\u00e3o usadas para os nucleot\u00eddeos correspondentes.<\/p>\n\n

Os cinco \u00e1tomos de carbono de uma desoxirribose s\u00e3o numerados de 1 ‘a 5’. A base est\u00e1 ligada \u00e0 extremidade 1 ‘deste a\u00e7\u00facar. O res\u00edduo de fosfato \u00e9 ligado \u00e0 extremidade 5 ‘. Estritamente falando, a desoxirribose \u00e9 2-desoxirribose; o nome vem do fato de que, em compara\u00e7\u00e3o com uma mol\u00e9cula de ribose, um grupo hidroxila alco\u00f3lica (grupo OH) est\u00e1 faltando na posi\u00e7\u00e3o 2 ‘(ou seja, foi substitu\u00eddo por um \u00e1tomo de hidrog\u00eanio).<\/p>\n\n

Na posi\u00e7\u00e3o 3 ‘h\u00e1 um grupo OH que liga a desoxirribose ao \u00e1tomo de carbono 5’ do a\u00e7\u00facar do pr\u00f3ximo nucleot\u00eddeo por meio de uma chamada liga\u00e7\u00e3o fosfodi\u00e9ster. Assim, cada uma das chamadas fitas simples tem duas extremidades diferentes: uma extremidade 5 ‘e uma extremidade 3’. As polimerases de DNA que sintetizam fitas de DNA no mundo vivo s\u00f3 podem anexar novos nucleot\u00eddeos ao grupo OH na extremidade 3 ‘, mas n\u00e3o na extremidade 5’. A fita simples, portanto, sempre cresce de 5 ‘para 3’. Um trifosfato de nucleos\u00eddeo (com tr\u00eas res\u00edduos de fosfato) \u00e9 fornecido como um novo bloco de constru\u00e7\u00e3o, a partir do qual dois fosfatos s\u00e3o separados na forma de pirofosfato. O res\u00edduo de fosfato restante de cada nucleot\u00eddeo rec\u00e9m-adicionado \u00e9 conectado ao grupo OH na extremidade 3 ‘do \u00faltimo nucleot\u00eddeo presente na fita por separa\u00e7\u00e3o da \u00e1gua. A sequ\u00eancia de bases na fita codifica a informa\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica.<\/p>\n\n

A dupla h\u00e9lice<\/h3>\n\n

O DNA normalmente ocorre como uma dupla h\u00e9lice helicoidal em uma conforma\u00e7\u00e3o chamada B-DNA. Duas das fitas simples descritas acima est\u00e3o ligadas uma \u00e0 outra em dire\u00e7\u00f5es opostas: em cada extremidade da dupla h\u00e9lice, uma das duas fitas simples tem sua extremidade 3 ‘, a outra, sua extremidade 5’. Por causa da justaposi\u00e7\u00e3o, duas bases espec\u00edficas est\u00e3o sempre opostas uma \u00e0 outra no meio da dupla h\u00e9lice, elas s\u00e3o “emparelhadas”. A dupla h\u00e9lice \u00e9 principalmente estabilizada por empilhamento de intera\u00e7\u00f5es entre bases sucessivas da mesma fita (e n\u00e3o, como frequentemente afirmado, por liga\u00e7\u00f5es de hidrog\u00eanio entre as fitas).<\/p>\n\n

Adenina e timina est\u00e3o sempre emparelhadas, formando duas liga\u00e7\u00f5es de hidrog\u00eanio, ou citosina com guanina, que s\u00e3o conectadas por tr\u00eas pontes de hidrog\u00eanio. Uma ponte \u00e9 formada entre as posi\u00e7\u00f5es moleculares 1\u25501 e 6\u25506 e, no caso de emparelhamentos guanina-citosina, adicionalmente entre 2\u25502. Uma vez que as mesmas bases est\u00e3o sempre emparelhadas, a sequ\u00eancia das bases em uma fita pode ser usada para derivar as da outra fita, as sequ\u00eancias s\u00e3o complementares. As liga\u00e7\u00f5es de hidrog\u00eanio s\u00e3o quase exclusivamente respons\u00e1veis pela especificidade do emparelhamento, mas n\u00e3o pela estabilidade da dupla h\u00e9lice.<\/p>\n\n

Como uma purina est\u00e1 sempre combinada com uma pirimidina, a dist\u00e2ncia entre os fios \u00e9 a mesma em todos os lugares, forma-se uma estrutura regular. A h\u00e9lice inteira tem um di\u00e2metro de cerca de 2 nm e enrola-se mais 0,34 nm com cada mol\u00e9cula de a\u00e7\u00facar.<\/p>\n\n

Os planos das mol\u00e9culas de a\u00e7\u00facar formam um \u00e2ngulo de 36 \u00b0 entre si e, portanto, a rota\u00e7\u00e3o completa \u00e9 alcan\u00e7ada ap\u00f3s 10 bases (360 \u00b0) e 3,4 nm. As mol\u00e9culas de DNA podem se tornar muito grandes. Por exemplo, o maior cromossomo humano cont\u00e9m 247 milh\u00f5es de pares de bases.<\/p>\n\n

Quando os dois fios individuais s\u00e3o torcidos juntos, permanecem lacunas laterais, de modo que as bases aqui est\u00e3o diretamente na superf\u00edcie. Existem duas dessas ranhuras que envolvem a dupla h\u00e9lice (veja as ilustra\u00e7\u00f5es e anima\u00e7\u00e3o no in\u00edcio do artigo). O “sulco grande” tem 2,2 nm de largura, o “sulco pequeno” apenas 1,2 nm.<\/p>\n\n

Conseq\u00fcentemente, as bases no grande sulco s\u00e3o mais acess\u00edveis. As prote\u00ednas que se ligam ao DNA de uma maneira espec\u00edfica para a sequ\u00eancia, como os fatores de transcri\u00e7\u00e3o, geralmente se ligam ao sulco grande.<\/p>\n\n

Alguns corantes de DNA, por exemplo DAPI, tamb\u00e9m se ligam a um sulco.<\/p>\n\n

A energia de liga\u00e7\u00e3o cumulativa entre as duas fitas simples os mant\u00e9m juntos. As liga\u00e7\u00f5es covalentes n\u00e3o est\u00e3o presentes aqui, o que significa que a dupla h\u00e9lice do DNA n\u00e3o consiste em uma mol\u00e9cula, mas em duas. Isso permite que as duas fitas sejam temporariamente separadas em processos biol\u00f3gicos.<\/p>\n\n

Al\u00e9m do B-DNA que acabamos de descrever, h\u00e1 tamb\u00e9m um A-DNA e um canhoto, chamado Z-DNA, que foi estudado pela primeira vez em 1979 por Alexander Rich e seus colegas no MIT. Isso ocorre especialmente em se\u00e7\u00f5es ricas em GC. N\u00e3o foi at\u00e9 2005 que uma estrutura de cristal foi relatada que mostra Z-DNA diretamente em um composto com B-DNA e, portanto, fornece evid\u00eancias para a atividade biol\u00f3gica de Z-DNA. A tabela a seguir e a figura ao lado mostram as diferen\u00e7as entre as tr\u00eas formas em compara\u00e7\u00e3o direta.<\/p>\n\n

Os empilhamento de base n\u00e3o s\u00e3o exatamente paralelos entre si como livros, mas formam cunhas que inclinam a h\u00e9lice em uma dire\u00e7\u00e3o ou outra. A maior cunha \u00e9 formada por adenosinas emparelhadas com timidinas da outra fita. Conseq\u00fcentemente, uma s\u00e9rie de pares AT forma um arco na h\u00e9lice. Quando essas s\u00e9ries se sucedem em intervalos curtos, a mol\u00e9cula de DNA assume uma estrutura curva ou dobrada, que \u00e9 est\u00e1vel. Isso tamb\u00e9m \u00e9 chamado de difra\u00e7\u00e3o induzida por sequ\u00eancia, uma vez que a difra\u00e7\u00e3o tamb\u00e9m pode ser induzida por prote\u00ednas (a chamada difra\u00e7\u00e3o induzida por prote\u00edna). A difra\u00e7\u00e3o induzida por sequ\u00eancia \u00e9 frequentemente encontrada em locais importantes do genoma.<\/p>\n\n

Cromatina e cromossomos<\/h3>\n\n

Cromossomos humanos na met\u00e1fase tardia da divis\u00e3o do n\u00facleo da c\u00e9lula mit\u00f3tica: Cada cromossomo mostra duas crom\u00e1tides, que s\u00e3o separadas na an\u00e1fase e divididas em dois n\u00facleos celulares.<\/p>\n\n

Na c\u00e9lula eucari\u00f3tica, o DNA \u00e9 organizado na forma de fios de cromatina, chamados cromossomos, que est\u00e3o localizados no n\u00facleo da c\u00e9lula. Um \u00fanico cromossomo cont\u00e9m uma fita dupla de DNA longa e cont\u00ednua (em uma crom\u00e1tide) da an\u00e1fase ao in\u00edcio da fase S. No final da fase S, o cromossomo consiste em duas fitas de DNA id\u00eanticas (em duas crom\u00e1tides).<\/p>\n\n

Uma vez que tal filamento de DNA pode ter v\u00e1rios cent\u00edmetros de comprimento, mas um n\u00facleo celular tem apenas alguns micr\u00f4metros de di\u00e2metro, o DNA deve ser adicionalmente comprimido ou “compactado”. Em eucariotos, isso \u00e9 feito com as chamadas prote\u00ednas da cromatina, das quais as histonas b\u00e1sicas s\u00e3o particularmente not\u00e1veis. Eles formam os nucleossomos em torno dos quais o DNA \u00e9 envolvido no n\u00edvel de embalagem mais baixo. Durante a divis\u00e3o nuclear (mitose), cada cromossomo \u00e9 condensado em sua forma compacta m\u00e1xima. Isso permite que eles sejam identificados particularmente bem sob o microsc\u00f3pio de luz durante a met\u00e1fase.<\/p>\n\n

\"\"\/
Localiza\u00e7\u00e3o do DNA na c\u00e9lula.<\/figcaption><\/figure>\n\n

DNA bacteriano e viral<\/h3>\n\n

Em c\u00e9lulas procari\u00f3ticas, a maioria do DNA de fita dupla nos casos documentados at\u00e9 agora n\u00e3o est\u00e1 presente como fitas lineares com um in\u00edcio e um fim cada, mas como mol\u00e9culas circulares – cada mol\u00e9cula (ou seja, cada fita de DNA) fecha um c\u00edrculo com seus 3 final ‘e 5’. Essas duas mol\u00e9culas de DNA circulares fechadas s\u00e3o chamadas de cromossomo bacteriano ou plasm\u00eddeo, dependendo do comprimento da sequ\u00eancia. Nas bact\u00e9rias, eles tamb\u00e9m n\u00e3o est\u00e3o localizados no n\u00facleo da c\u00e9lula, mas est\u00e3o livremente presentes no plasma. O DNA procari\u00f3tico \u00e9 enrolado em “supercoils” simples com a ajuda de enzimas (por exemplo topoisomerases e girases), que se assemelham a um fio telef\u00f4nico com anel. Ao ainda girar as h\u00e9lices em torno de si mesmas, o espa\u00e7o necess\u00e1rio para a informa\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica \u00e9 reduzido. Nas bact\u00e9rias, as topoisomerases garantem que a fita dupla torcida seja capturada no local desejado, cortando e reunindo o DNA constantemente (pr\u00e9-requisito para a transcri\u00e7\u00e3o e replica\u00e7\u00e3o do DNA). Dependendo do tipo, os v\u00edrus cont\u00eam DNA ou RNA como informa\u00e7\u00e3o gen\u00e9tica. Em ambos os v\u00edrus DNA e RNA, o \u00e1cido nucleico \u00e9 protegido por um envelope de prote\u00edna.<\/p>\n\n

Propriedades qu\u00edmicas e f\u00edsicas da estrutura de dupla h\u00e9lice do DNA<\/h3>\n\n

Em pH neutro, o DNA \u00e9 uma mol\u00e9cula carregada negativamente, com as cargas negativas localizadas nos grupos fosfato na espinha dorsal das fitas. Embora dois dos tr\u00eas grupos OH \u00e1cidos dos fosfatos estejam esterificados com as respectivas desoxirriboses vizinhas, o terceiro ainda est\u00e1 presente e libera um pr\u00f3ton em pH neutro, que causa a carga negativa. Esta propriedade \u00e9 usada na eletroforese em gel de agarose para separar diferentes fitas de DNA de acordo com seu comprimento. Algumas propriedades f\u00edsicas, como a energia livre e o ponto de fus\u00e3o do DNA, est\u00e3o diretamente relacionadas ao conte\u00fado de GC, ou seja, s\u00e3o dependentes da sequ\u00eancia.<\/p>\n\n

Intera\u00e7\u00f5es de pilha de DNA<\/h4>\n\n

Dois fatores principais s\u00e3o respons\u00e1veis pela estabilidade da dupla h\u00e9lice: pareamento de bases entre bases complementares e intera\u00e7\u00f5es de empilhamento entre bases consecutivas.<\/p>\n\n

Ao contr\u00e1rio da suposi\u00e7\u00e3o inicial, o ganho de energia por meio das liga\u00e7\u00f5es de hidrog\u00eanio \u00e9 insignificante, uma vez que as bases podem formar liga\u00e7\u00f5es de hidrog\u00eanio igualmente boas com a \u00e1gua circundante. As liga\u00e7\u00f5es de hidrog\u00eanio de um par de bases GC contribuem apenas minimamente para a estabilidade da dupla h\u00e9lice, enquanto as de um par de bases AT t\u00eam at\u00e9 um efeito desestabilizador. As intera\u00e7\u00f5es de pilha, por outro lado, s\u00f3 t\u00eam efeito na dupla h\u00e9lice entre pares de bases sucessivos: Entre os sistemas de an\u00e9is arom\u00e1ticos das bases heteroc\u00edclicas, forma-se uma intera\u00e7\u00e3o dipolo induzida por dipolo, que \u00e9 energeticamente favor\u00e1vel. Assim, a forma\u00e7\u00e3o do primeiro par de bases \u00e9 bastante desfavor\u00e1vel devido ao baixo ganho e perda de energia, mas o alongamento (alongamento) da h\u00e9lice \u00e9 energeticamente favor\u00e1vel, uma vez que o empilhamento do par de bases ocorre sob ganho de energia.<\/p>\n\n

No entanto, as intera\u00e7\u00f5es de empilhamento s\u00e3o dependentes da sequ\u00eancia e energeticamente mais favor\u00e1veis para GC-GC empilhado, menos favor\u00e1veis para AT-AT empilhado. As diferen\u00e7as nas intera\u00e7\u00f5es de empilhamento explicam principalmente porque as se\u00e7\u00f5es de DNA ricas em GC s\u00e3o termodinamicamente mais est\u00e1veis do que as se\u00e7\u00f5es ricas em AT, enquanto as liga\u00e7\u00f5es de hidrog\u00eanio desempenham um papel menor.<\/p>\n\n

Ponto de fus\u00e3o do DNA<\/h4>\n\n

O ponto de fus\u00e3o do DNA \u00e9 a temperatura na qual as for\u00e7as de liga\u00e7\u00e3o entre as duas fitas individuais s\u00e3o superadas e elas se separam. Isso tamb\u00e9m \u00e9 chamado de desnatura\u00e7\u00e3o.<\/p>\n\n

Enquanto o DNA \u00e9 desnaturado em uma transi\u00e7\u00e3o cooperativa (que ocorre em uma faixa estreita de temperatura), o ponto de fus\u00e3o \u00e9 a temperatura na qual metade das fitas duplas s\u00e3o desnaturadas em fitas simples. Desta defini\u00e7\u00e3o, os termos corretos “ponto m\u00e9dio da temperatura de transi\u00e7\u00e3o” Tm s\u00e3o derivados.<\/p>\n\n

O ponto de fus\u00e3o depende da respectiva sequ\u00eancia de bases na h\u00e9lice. Ele aumenta se houver mais pares de bases GC na h\u00e9lice, uma vez que estes s\u00e3o entropicamente mais favor\u00e1veis do que pares de bases AT. Isso n\u00e3o se deve tanto ao n\u00famero diferente de liga\u00e7\u00f5es de hidrog\u00eanio formadas pelos dois pares, mas sim \u00e0s diferentes intera\u00e7\u00f5es de empilhamento. A energia de empilhamento de dois pares de bases \u00e9 muito menor se um dos dois pares for um par de bases AT. As pilhas de GC, por outro lado, s\u00e3o energeticamente mais favor\u00e1veis e estabilizam a dupla h\u00e9lice com mais for\u00e7a. A propor\u00e7\u00e3o dos pares de bases GC para o n\u00famero total de todos os pares de bases \u00e9 dada pelo conte\u00fado GC.<\/p>\n\n

Como o DNA de fita simples absorve luz ultravioleta cerca de 40% mais fortemente do que o DNA de fita dupla, a temperatura de transi\u00e7\u00e3o pode ser facilmente determinada em um fot\u00f4metro.<\/p>\n\n

Se a temperatura da solu\u00e7\u00e3o cair abaixo de Tm, os fios simples podem se juntar novamente. Este processo \u00e9 denominado renatura\u00e7\u00e3o ou hibridiza\u00e7\u00e3o. A intera\u00e7\u00e3o entre desnatura\u00e7\u00e3o e renatura\u00e7\u00e3o \u00e9 explorada em muitos processos biotecnol\u00f3gicos, por exemplo, na rea\u00e7\u00e3o em cadeia da polimerase (PCR), Southern blots e hibridiza\u00e7\u00e3o in situ.<\/p>\n\n

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