Estrutura do DNA

História da criação do modelo espacial

O famoso modelo da estrutura espacial do DNA foi proposto em 1953 pelo biólogo americano James Watson e pelo pesquisador britânico Francis Crick. A descoberta deles não surgiu do nada: os cientistas basearam-se em um rico conjunto de dados obtidos por seus colegas. Um papel crucial foi desempenhado pelos resultados da cristalografia de raios X realizada pelo biofísico Maurice Wilkins e pela cristalógrafa Rosalind Franklin.

O conceito proposto da dupla hélice foi um verdadeiro avanço na biologia molecular. Pela primeira vez, permitiu dar uma explicação química clara às propriedades biológicas mais importantes dos ácidos nucleicos: a capacidade de codificar informações genéticas e o processo de replicação (duplicação).

Principais disposições da organização da dupla hélice

A estrutura baseia-se em duas cadeias polinucleotídicas. O modelo de Watson e Crick descreve a forma $\beta$ clássica da molécula, caracterizada pelos seguintes princípios:

• Espiralização. Ambas as cadeias estão enroladas em uma dupla hélice ao redor de um único eixo central.
• Direção das voltas. A hélice é dextrógira. Se olharmos ao longo do eixo central da molécula, as rotações das cadeias seguem estritamente no sentido horário.
• Antiparalelismo. As fitas polinucleotídicas apontam emdireções opostas. Isso significa que a extremidade 5' de uma cadeia está disposta de forma espelhada em frente à extremidade 3' da segunda cadeia.
• Orientação dos nucleotídeos. Cada nucleotídeo individual está situado em um plano estritamente perpendicular ao eixo central da hélice.
• Presença de sulcos. Na estrutura tridimensional da molécula enrolada, distinguem-se claramente duas reentrâncias: o sulco maior e o sulco menor.

Complementaridade e pontes de hidrogênio

As duas cadeias antiparalelas estão firmemente unidas entre si por pontes de hidrogênio. Essas ligações não ocorrem de forma caótica, mas estritamente entre as bases nitrogenadas pertencentes a cadeias diferentes. A interação das bases possui altíssima especificidade e obedece ao princípio da complementaridade.

Bases físico-químicas do emparelhamento:

1. Pares A=T (adenina e timina) formam exatamente duas pontes de hidrogênio entre si.
2. Pares G≡C (guanina e citosina) ligam-se de forma mais forte — por meio de três pontes de hidrogênio.

Graças à estrita complementaridade, a sequência de nucleotídeos em uma cadeia determina inequivocamente a sequência na segunda. Essa propriedade garante a função molde do DNA: ao desenrolar a hélice, cada cadeia isolada atua como um molde pronto no qual uma nova cadeia, totalmente complementar a ela, é sintetizada.

Parâmetros métricos da molécula

A dupla hélice possui características geométricas estritas e inalteradas. O estudo da estrutura permitiu deduzir os seguintes parâmetros métricos:

• Distância entre nucleotídeos adjacentes: é de 0,34 nm.
• Uma volta completa da hélice: é igual a 3,4 nm. Ao longo de uma volta, acomodam-se exatamente 10 nucleotídeos.
• Diâmetro da molécula: é estavelmente igual a 2 nm em toda a sua extensão.

Uma consequência interessante da estrutura química: regiões de DNA ricas em pares A=T são significativamente mais fáceis de ter suas cadeias separadas (processo de desnaturação). Como duas pontes de hidrogênio são mais fáceis de romper do que três, essas regiões ricas em A=T servem, na maioria dos casos, como pontos de início da replicação (origins of replication).

Resumo: perguntas e respostas sobre o tema

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Função molde e mecanismos de replicação do DNA
• Processo de desnaturação e separação das cadeias polinucleotídicas
• O papel dos sulcos maior e menor no funcionamento do DNA
• Métodos de cristalografia de raios X para ácidos nucleicos

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