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Conteúdo principal

Revisão sobre estrutura e replicação de DNA

Termos-chave

TermoSignificado
DNA (ácido desoxirribonucleico)Ácido nucleico que transmite informações genéticas de pais para filhos e codifica a produção de proteínas
NucleotídeoBloco de construção dos ácidos nucleicos
Dupla héliceEstrutura composta por duas fitas entrelaçadas em torno de um eixo, como uma escada retorcida
Replicação de DNAProcesso durante o qual uma molécula de DNA de fita dupla é copiada para produzir duas moléculas de DNA idênticas
Pareamento de basesPrincípio no qual as bases nitrogenadas das moléculas de DNA se ligam umas às outras

Estrutura do DNA

O DNA é um ácido nucleico, um dos quatro principais grupos de macromoléculas biológicas.

Nucleotídeos

Todos os ácidos nucleicos são formados por nucleotídeos. No DNA, cada nucleotídeo é composto por três partes: um açúcar de cinco carbonos chamado desoxirribose, um grupo fosfato e uma base nitrogenada.
O DNA usa quatro tipos de bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T).
Os nucleotídeos do RNA também podem conter bases de adenina, guanina e citosina, mas, em vez de timina, têm outra base chamada uracila (U).

Regras de Chargaff

Na década de 1950, um bioquímico chamado Erwin Chargaff descobriu que as bases nitrogenadas (A, T, C e G) não eram encontradas em quantidades iguais. No entanto, a quantidade de A era sempre igual à quantidade de T, e a quantidade de C era sempre igual à quantidade de G.
Esses achados acabaram sendo cruciais para a descoberta do modelo de dupla hélice do DNA.

Dupla hélice

A descoberta da estrutura de dupla hélice do DNA se deve a vários cientistas na década de 1950.
Imagem de uma dupla hélice de DNA ilustrando sua estrutura dextrógira. O sulco maior é a lacuna mais ampla que as espirais fazem no comprimento da molécula, enquanto o sulco menor é o sulco que acompanha em paralelo o sulco maior. Os pares de bases encontram-se no centro da hélice, enquanto a estrutura de açúcar fosfato situa-se no exterior.
Dupla hélice de DNA. Figura modificada de OpenStax, CC BY 3.0.
As moléculas de DNA têm uma estrutura antiparalela - ou seja, as duas fitas da hélice se deslocam em direções opostas uma da outra. Cada fita tem uma extremidade 5' e uma extremidade 3'.
Decifrar a estrutura do DNA foi uma das grandes conquistas científicas do século.
Conhecer a estrutura do DNA abriu as portas para a compreensão de muitos aspectos da função do DNA, por exemplo, como ele é copiado e como as informações que ele carrega podem ser usadas para produzir proteínas.

Replicação de DNA

A replicação semiconservativa produz duas hélices que contêm uma fita de DNA antiga e uma fita de DNA nova.
Replicação semiconservativa. Figura modificada de OpenStax, CC BY 3.0.
A replicação de DNA é semiconservativa. Isso significa que cada uma das duas fitas do DNA de fita dupla atua como um molde na produção de duas novas fitas.
A replicação depende do pareamento de bases complementares, que é o princípio explicado pelas regras de Chargaff: a adenina (A) sempre se liga à timina (T), e a citosina (C) sempre se liga à guanina (G).

O processo de replicação

Modelo esquemático básico da replicação do DNA de Watson e Crick.
  1. Dupla hélice do DNA.
  2. As ligações de hidrogênio se rompem e a hélice abre.
  3. Cada fita de DNA atua como modelo para a síntese de uma nova fita complementar.
  4. A replicação produz dois DNA dupla hélices idênticos, cada um com uma fita nova e uma velha.
A replicação de DNA ocorre com a ajuda de várias enzimas. Essas enzimas "descompactam" as moléculas de DNA quebrando as ligações de hidrogênio que mantêm as duas fitas unidas.
Cada fita serve, então, como um molde para uma nova fita complementar a ser criada. Bases complementares ligam-se umas às outras (A-T e C-G).
Fita molde de DNA e a criação de sua fita complementar
A principal enzima envolvida neste processo é a DNA polimerase, que une os nucleotídeos para sintetizar a nova fita complementar. A DNA polimerase também revisa cada nova fita de DNA para garantir que não contenha erros.

Fita líder e fita tardia

Em uma forquilha de replicação, o DNA é feito de formas diferentes nas duas fitas.
Uma das novas fitas, a fita líder, desloca-se de 5' para 3' em direção à forquilha e é feita de forma contínua.
A outra, a fita tardia, desloca-se de 5' para 3' na direção oposta à da forquilha e é composta de pequenos fragmentos chamados fragmentos de Okazaki.
Diagrama de fitas de replicação líder e tardia

Exemplo: como determinar uma fita complementar

O DNA só é sintetizado na direção de 5' para 3'. Você poderá determinar a sequência de uma fita complementar se souber a sequência da fita molde.
Por exemplo, se você sabe que a sequência de uma fita é 5' -AATTGGCC-3’, a fita complementar deve ter a sequência 3’-TTAACCGG-5’. Isso permite que cada base se combine com sua parceira:
5'-AATTGGCC-3' 3'-TTAACCGG -5'
Estas duas fitas são complementares, uma ligada na outra pelas bases pareadas. Os pares A-T estão ligados por duas ligações de hidrogênio, enquanto os pares G-C são conectados por três ligações de hidrogênio.

Erros comuns e conceitos equivocados

  • Replicação de DNA não é a mesma coisa que divisão celular. A replicação ocorre antes da divisão celular, durante a fase S do ciclo da célula. No entanto, a replicação refere-se apenas à produção de novas fitas de DNA, e não de novas células.
  • Algumas pessoas acham que o DNA é sintetizado na direção de 5' para 3' na fita líder, enquanto, na fita tardia, o DNA é sintetizado na direção de 3' para 5'. Isso não é verdade. A DNA polimerase somente sintetiza DNA na direção de 5' para 3'. A diferença entre as fitas líder e tardia é que a fita líder é formada em direção à forquilha de replicação, enquanto a fita tardia é formada na direção oposta à da forquilha de replicação.

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