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Curso: Biblioteca de Biologia > Unidade 17
Lição 2: Descoberta do DNAExperimentos Clássicos: DNA como material genético
Experimentos por Frederick Griffith, Oswald Avery e seus colegas, e Alfred Hershey e Martha Chase.
Introdução
Nosso entendimento do papel do DNA na hereditariedade nos leva a uma variedade de aplicações práticas, incluindo análises forenses, testes de paternidade e mapeamento genético. Graças a essas várias utilidades, atualmente muitas pessoas conhecem o conceito de DNA.
Pode até parecer surpreendente, mas menos de um século atrás, nem mesmo os membros da comunidade científica mais bem educados sabiam que o DNA era nosso material genético.
Neste artigo examinaremos alguns experimentos clássicos que levaram à identificação do DNA como o portador da informação genética.
Proteína x DNA
O trabalho de Gregor Mendel mostrou que características (como a coloração da flor em plantas de ervilha) não eram herdadas diretamente, mas ao invés, eram especificadas por genes que passam dos pais para a prole. O trabalho de outros cientistas por volta do século 20, incluindo Theodor Boveri, Walter Sutton e Thomas Hunt Morgan, estabeleceram que os fatores hereditários de Mendel eram, provavelmente, transmitidos pelos cromossomos.
Cientistas inicialmente pensaram que as proteínas, que são encontradas em cromossomos ao longo do DNA, seriam as componentes do tão procurado material genético. Proteínas eram conhecidas por suas sequências diversas de aminoácidos, enquanto se pensava que o DNA era um polímero entediante e repetitivo, devido, em parte, a um modelo incorreto (mas popular) de sua estrutura e composição
Hoje, sabemos que o DNA na verdade não é repetitivo e pode carregar grandes quantidades de informação, como discutido mais profundamente no artigo sobre a descoberta da estrutura do DNA. Mas como os cientistas inicialmente perceberam que o "entediante" DNA talvez pudesse ser o material genético?
Frederick Griffith: transformação bacteriana
Em 1928, o bacteriologista britânico Frederick Griffith conduziu uma série de experimentos usando a bactéria Streptococcus pneumoniae e ratos. Griffith não estava tentando identificar o material genético, mas, sim, criar uma vacina contra a pneumonia. Em seus experimentos, Griffith usou duas cepas relacionadas de bactéria, conhecidas como R e S.
- Cepa R. Quando cultivadas em placa de Petri, a bactéria R forma colônias ou aglomerados de bactérias relacionadas, que têm bordas bem definidas e aparência rugosa (daí a sigla "R"). As bactérias R são avirulentas, significando que não causam doenças quando injetadas em ratos.
- Cepa S A bactéria S formou colônias arredondadas e suaves (daí a sigla "S"). A aparência suave se dá por conta de um polissacarídeo ou uma capa a base de açúcar produzida pela bactéria. Essa capa protegeu a bactéria S do sistema imune do rato, fazendo-as virulentos (capazes de causar doenças). Ratos em que foram injetadas bactérias S vivas desenvolveram pneumonia e morreram.
Como parte de seus experimentos, Griffith tentou injetar ratos com bactérias S mortas por calor (isso é, bactérias que haviam sido aquecidas a altas temperaturas, causando a morte das células). Sem surpresas, a bactéria S morta pelo calor não causou doença nos ratos.
Os experimentos tiveram um resultado inesperado, contudo, quando bactérias R inofensivas foram combinadas com bactérias S mortas por calor e injetadas em um rato. Não só o rato contraiu pneumonia e morreu, mas quando Griffith retirou uma amostra de sangue do rato morto, ele encontrou bactérias S vivas!
Griffith concluiu que as bactérias da cepa R teriam adquirido o que ele chamou de "princípio transformante" da bactéria S morta por calor, permitindo que elas se "transformassem" em bactérias S, tornando-se virulentas.
Avery, MacLeod e McCarty: Identificando o princípio transformante
Em 1944, três pesquisadores, canadenses e americanos, Oswald Avery, Maclyn McCarty, e Colin MacLeod, dispuseram-se a identificar o "princípio transformante" de Griffith.
Para tanto, eles começaram com grandes culturas de células S inativadas por calor e, através de uma longa série de etapas bioquímicas (determinadas por experimentação cuidadosa), purificaram progressivamente o princípio transformante através de lavagens, separação, ou destruição enzimática dos outros componentes celulares. Por este método, eles foram capazes de obter pequenas quantidades de princípio transformante altamente purificado, que eles puderam então analisar através de outros testes para determinar sua identidade
Várias linhas de evidência sugeriram a Avery e seus colegas que o princípio transformante poderia ser DNA
- A substância purificada apresentou resultados negativos em testes químicos conhecidos para detectar proteínas, mas um resultado fortemente positivo em um teste químico conhecido para detectar DNA.
- A composição dos elementos do princípio transformante purificado assemelhava-se muito a DNA em suas proporções de nitrogênio e fósforo.
- Enzimas que degradam proteínas e RNA tinha pouco efeito sobre o princípio transformante, mas enzimas capazes de degradar DNA eliminavam a atividade transformante.
Todos estes resultados apontavam para DNA como o provável princípio transformante. Contudo, Avery foi cauteloso na interpretação de seus resultados. Ele percebeu que era possível que alguma substância contaminante presente em pequenas quantidades, não DNA, fosse o verdadeiro princípio transformante
Por causa desta possibilidade, o debate acerca da função do DNA continuou até 1952, quando Alfred Hershey e Martha Chase usaram uma abordagem diferente para conclusivamente identificar o DNA como o material genético.
Os Experimentos de Hershey-Chase
Em seus agora lendários experimentos, Hershey e Chase estudaram bacteriófagos, ou vírus que atacam bactérias. Os fagos que usaram era simples partículas compostas de proteína e DNA, com as estruturas externas feitas de proteína e o núcleo interno consistindo de DNA.
Hershey e Chase sabiam que os fagos prendiam-se à superfície de uma célula bacteriana hospedeira e injetavam alguma substância (DNA ou proteína) no hospedeiro. Esta substância dava "instruções" que faziam a bactéria hospedeira iniciar a produção de muitos e muitos fagos - em outras palavras, era o material genético do fago. Antes do experimento, Hershey pensou que o material genético se provaria ser proteína
Para estabelecer se o fago injetava DNA ou proteína no interior da bactéria hospedeira, Hershey e Chase prepararam dois diferentes lotes de fagos. Em cada lote, os fagos eram produzidos na presença de elemento radiativo específico, que era incorporado nas macromoléculas (DNA e proteínas) sintetizadas pelos fagos.
- Uma amostra foi produzida na presença de
- A outra amostra foi produzida na presença de
Cada lote de fagos era usado para infectar uma cultura diferente de bactérias. Após a infecção, cada cultura era turbilhonada em um liquidificador, removendo qualquer fago remanescente e partes de fagos externas às células bacterianas. Finalmente, as culturas eram centrifugadas a alta velocidade, para separar as bactérias dos resíduos de fagos.
A centrifugação faz o material mais pesado, tais como bactérias, moverem-se para o fundo do tubo e formarem um amontoado chamado sedimentado. O material mais leve, tais como o meio (caldo) usado para o crescimento de culturas, junto com fagos e partes de fagos, permanecem próximo à parte de cima do tubo e forma uma camada líquida chamada de sobrenadante.
Quando Hershey e Chase mediram a radioatividade no sedimentado e no sobrenadante para ambos os experimentos, eles encontraram que uma grande quantidade de
Questões remanescentes
O trabalho dos pesquisadores acima providenciaram fortes evidencias de que o DNA é o material genético. No entanto, ainda não era claro como uma molécula supostamente simples poderia codificar a informação genética necessária para a construção de um organismo complexo.
Pesquisas complementares de muitos cientistas, incluindo Erwin Chargaff, James Watson, Francis Crick e Rosalind Franklin levaram à descoberta da estrutura do DNA, esclarecendo como o DNA pode codificar uma enorme quantidade de informações.
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Quais os componentes dos nucleotideos de DNA e de RNA?(1 voto)
O nucleotideo é um grupamento formado por um grupo de fosfato, um açúcar (desoxirribose para o DNA e ribose para o RNA), e um base nitrogenada.
Uma das diferenças entre as moléculas de DNA se dá pela base nitrogenada que são: Adenosina, Timina, Citosina e Guanina. Já para as moléculas de RNA, a timina será substtuida pela Uracila tendo, entretanto, as outras bases nitrogenadas do DNA.(1 voto)