O que é DNA e como ele é estruturado? Aqui explicamos tudo sobre a estrutura do DNA, estrutura e organização do ácido desoxirribonucleico.
O fio de DNA é construído como uma escada de corda. A espinha dorsal da escada consiste em um açúcar, desoxirribose, alternadamente combinado com fosfato. Os degraus dessa escada são compostos de quatro bases orgânicas: adenina (A) e timina (T), citosina (C) e guanina (G). A se liga a T, C se liga a G. Nenhuma outra combinação é possível.
A escada de corda é torcida helicoidalmente em torno de seu próprio eixo – isso aumenta a estabilidade. A palavra técnica para este parafuso é hélice. No caso do DNA, há uma dupla hélice. O diâmetro de uma hélice é de cerca de dois nanômetros, ou seja, dois trilionésimos de metro!
Estrutura do DNA simplesmente explicada
Você também pode se referir ao DNA (ácido desoxirribonucleico) como o “ portador de nossa informação genética ”. Ele influencia nossa aparência (= fenótipo ) e metabolismo porque contém o modelo para nós, seres vivos.
O DNA é estruturado como uma macromolécula, o que significa que consiste em um grande número de blocos de construção individuais – os chamados nucleotídeos (açúcar + grupos fosfato + base orgânica). Isso resulta na estrutura exata do DNA: está presente como uma molécula de fita dupla que se enrola em torno de seu próprio eixo como um parafuso (= dupla hélice ).
O DNA é encontrado em todas as células do seu corpo e é a marca registrada de todas as coisas vivas. Em eucariotos ( animais , plantas , fungos) é encontrado principalmente nos cromossomos no núcleo da célula . Nos procariontes , por outro lado, ele “nada” livremente no citoplasma .Definição da estrutura do DNA
O DNA (ácido desoxirribonucleico) está presente como uma hélice helicoidal de fita dupla ( dupla hélice ). Sua menor unidade molecular é o nucleotídeo (açúcar + grupo fosfato + base orgânica).
O DNA é formado pelos chamados nucleotídeos . Lembre-se deste termo, pois será importante na construção de uma fita de DNA.
Cada nucleotídeo consiste em 3 partes :
- um grupo fosfato (P),
- o açúcar desoxirribose
- e uma das quatro bases orgânicas (adenina, timina, guanina e citosina).
O que são grupos fosfato (também chamados de resíduos de fosfato)?
resíduos de fosfato
No DNA, o grupo fosfato sempre se encaixa no 5º átomo de carbono da desoxirribose. Esta é também a razão pela qual o P está ligado ao 5 no esboço do nucleotídeo acima. Descobriremos mais tarde por que o importante número 3 também aparece lá e pode ser deixado de fora ao considerar um único nucleotídeo por enquanto.
A cadeia principal do DNA consiste na pentose e no grupo fosfato. A melhor maneira de explicar por que a combinação dos dois componentes é assim chamada é graficamente:
Como você pode ver nos gráficos, a espinha dorsal do DNA, ou seja, o grupo fosfato e a desoxirribose, formam as fitas da “escada do DNA”. Quais são os degraus entre os fios, veremos mais de perto na próxima seção.
Visão geral da estrutura do DNA
Neste artigo, a estrutura e a estrutura do DNA dos eucariotos devem estar em primeiro plano. Antes de entrarmos em detalhes, você terá uma visão geral da estrutura do DNA e sua organização no núcleo da célula.
Quando “ampliamos” o núcleo de nossa célula, podemos primeiro descobrir os 46 cromossomos humanos . Eles geralmente têm uma aparência de X e um longo fio de DNA é disposto neles como uma espécie de novelo de lã.
Para acomodar o DNA comprimido no núcleo da célula, ele é enrolado nos cromossomos em torno de certas proteínas – as histonas – como uma espécie de enrolador. A totalidade do DNA e das proteínas também pode ser chamada de cromatina .
O filamento de DNA, por sua vez, é formado por duas fitas duplas , nas quais as respectivas fitas simples são conectadas por meio de forças intermoleculares – as ligações de hidrogênio . A dupla fita de DNA assume a forma de uma hélice que gira helicoidalmente em torno de seu próprio eixo.
Mas vamos dar uma olhada no DNA ou estrutura do DNA novamente passo a passo:
Nucleotídeo como o menor bloco de construção do DNA
O bloco de construção molecular básico do DNA é o chamado nucleotídeo . Em uma molécula de DNA, muitos desses nucleotídeos são encadeados. Mas primeiro, vamos ver os ingredientes que precisamos para um nucleotídeo:
açúcar
Vamos começar com a molécula de açúcar – a chamada desoxirribose . É uma pentose, ou seja, uma molécula de açúcar composta por cinco átomos de carbono . “Deoxy” significa sem oxigênio, porque como você pode ver na imagem, está faltando no 2º átomo de carbono.
No caso da ribose, por outro lado – o bloco de construção básico do RNA – o oxigênio está presente ali.
Os átomos de carbono na molécula de açúcar são numerados de 1 a 5 no sentido horário. Isso é importante para a orientação, para que sempre saibamos em qual átomo de carbono uma ligação é feita.
Fosfato
O próximo ingrediente na construção do DNA é um grupo fosfato. Açúcar e fosfato sempre ocorrem na mesma proporção (1:1). Cada molécula de açúcar está ligada a um resíduo de fosfato.
O grupo fosfato tem a composição química (PO 4 3- ). Ele é formado quando o ácido fosfórico (H 3 PO 4 ) libera íons de hidrogênio (H + ) em um ambiente aquoso como o encontrado em nossas células .
Conjunto de DNA
Além disso, agora precisamos de 4 bases orgânicas nitrogenadas:
- Adenina (A)
- Timina (T)
- Guanina (G)
- Citosina (C)
Dependendo de sua estrutura química, eles podem ser divididos em grupos de substâncias de purinas (adenina e guanina) e pirimidinas (timina e citosina). A base timina aqui é exclusiva do DNA.
Estrutura de nucleotídeos
Agora vamos ver como as peças individuais do quebra-cabeça (“base, açúcar e grupo fosfato”) estão ligadas em um nucleotídeo. Isso nos aproxima um pouco mais da estrutura exata do DNA.
A numeração dos átomos de carbono na molécula de açúcar – a desoxirribose – é importante para isso. O açúcar combina com seu átomo de carbono C1 (1′) com uma das 4 bases nitrogenadas. Você pode chamar essa ligação de uma chamada ligação N-glicosídica . Com isso você pode significar que o referido átomo de carbono do açúcar está ligado ao grupo amino (-NH-) da base.
Você também pode se referir à combinação de um açúcar e uma base como um nucleosídeo .
O nucleosídeo resultante agora se conecta a um grupo fosfato através do 5º átomo de carbono (5′) . Isso cria uma ligação éster entre o referido átomo de carbono (C) da desoxirribose e o átomo de oxigênio (O) do resíduo de fosfato.
Você também pode chamar a molécula resultante composta de açúcar, base e grupo fosfato de nucleotídeo . Como você já aprendeu, este é o menor bloco de construção do DNA.
Um nucleotídeo muito conhecido também é a molécula de ATP – o transportador de energia de nossas células.
Estrutura da fita de DNA
Vamos continuar para o próximo nível da estrutura do DNA: no DNA, muitos nucleotídeos alinhados juntos formam uma fita, que você também pode chamar de polinucleotídeo (“poli” = muitos).
Mas qual é a estrutura exata da fita de DNA?
É importante que você se lembre de que a fita de DNA só pode crescer na extremidade 3′ . Ele tem um grupo hidroxi (-OH) que pode se combinar com outro grupo fosfato em um novo nucleotídeo.
Como você já aprendeu, o ácido desoxirribonucleico é estruturado como uma fita dupla , que você pode comparar com a construção de uma escada de corda. As longarinas aqui representam dois fios moleculares paralelos, feitos alternadamente de açúcar e fosfato, que estão ligados através de suas respectivas bases por meio de pontes de hidrogênio. Esta conexão cruzada corresponde aos degraus da escada de corda.
Bases de DNA complementares
No entanto, há sempre apenas um pareamento de bases entre uma base purina e uma base pirimidina. Mais precisamente, apenas as bases adenina-timina (2 ligações de hidrogênio) e citosina-guanina (3 ligações de hidrogênio) se conectam.
Você também pode chamar isso de bases complementares ou emparelhamento de bases . Então, se você conhece uma fita de DNA, pode adicionar à outra. O pareamento de bases também significa que adenina e timina, bem como citosina e guanina, ocorrem sempre nas mesmas proporções ( regra de Chargaff) .
Devido a estas condições de ligação, resulta o chamado anti -paralelismo das duas fitas individuais. Com isso você pode entender que as duas fitas de DNA estão dispostas em direções opostas (antiparalelas). Uma cadeia de açúcar-fosfato vai da extremidade 5′ à extremidade 3′ (5′ -> 3′) enquanto a outra corre “de cabeça para baixo” da extremidade 3′ à extremidade 5′ (3′ -> 5′) .
Gene
Um gene pode ser entendido como uma seção de DNA que possui código para a síntese de uma proteína (por exemplo, enzima). Este é um tipo de codificação ( código genético ) em que três bases consecutivas do DNA (= tripleto de bases ) sempre resultam em um aminoácido. Um humano tem até 50.000 genes. Impressionante né?
Você pode entender a biossíntese de proteínas com suas subetapas de transcrição e tradução como o mecanismo para decodificar o código genético até a produção de uma proteína.
dupla hélice
Outra descoberta importante sobre a estrutura espacial do DNA pode ser obtida por meio de raios-X. Não vem na forma de uma escada de corda linear, mas sim como um fio duplo torcido helicoidal . Segundo seus descobridores, é o ” modelo Watson Crick “.
A fita de DNA se enrola em torno do eixo (imaginário) do parafuso a cada dez pares de bases. Você também pode se referir ao “parafuso de DNA” como uma dupla hélice de DNA ou hélice de DNA , já que a palavra “hélice” significa “torcida ou dobrada” em grego.
Geralmente é uma hélice de DNA destra . Você pode visualizar isso estendendo a mão direita com o polegar apontando para cima. Seus dedos representam a volta da hélice, enrolando de baixo para cima.
Aliás, o DNA humano tem um diâmetro total de 2 nm e consiste em cerca de 3,2 bilhões de pares de nucleobases.
Sulco grande e pequeno
Um olhar mais atento à hélice do DNA revela que, quando as fitas são torcidas uma em torno da outra, há distâncias diferentes. Aqui você pode distinguir entre o sulco maior (distância: 2,2 nm) e o sulco menor (distância: 1,2 nm).
Como resultado, as principais bases do sulco são mais acessíveis às proteínas. Isso desempenha um papel importante na duplicação do DNA (replicação do DNA ), por exemplo, uma vez que muitas proteínas estão envolvidas.
Embalagem de DNA (cromossomos)
Como o DNA é uma cadeia muito longa de moléculas e nosso núcleo celular tem apenas alguns micrômetros de tamanho, existem várias estratégias para levar o DNA até lá.
Como você já aprendeu, o DNA no núcleo da célula é organizado em 46 cromossomos (23 pares de cromossomos). O material genético completo, ou seja, todos os 46 cromossomos, também pode ser chamado de genoma .
Cada cromossomo consiste em uma longa fita dupla de DNA e várias proteínas, como histonas . Essas proteínas carregadas positivamente se ligam aos grupos fosfato negativos do DNA, com o longo fio de DNA sendo enrolado duas vezes em torno de oito histonas cada. Você pode pensar nisso como um rolo de cabelo, onde o cabelo é o fio do DNA.
Forma-se agora uma espécie de colar de pérolas, composto por fios de DNA e complexos de histonas. Aliás, você também pode chamar um único complexo de histonas com DNA de nucleossomo (conta = nucleossomo).
Este “colar de pérolas” também é enrolado em uma espiral que é torcida em uma espiral ainda maior. No final, forma-se uma espécie de novelo de lã – o cromossomo. Esse enrolamento torna o DNA cerca de 40.000 vezes mais compacto do que o ácido desoxirribonucleico não embalado.
resumo
- O DNA (ácido desoxirribonucleico) ocorre como uma hélice helicoidal de fita dupla ( dupla hélice ).
- A menor unidade molecular do DNA é o nucleotídeo (açúcar + grupo fosfato + base orgânica)
- A fita dupla é conectada através de ligações de hidrogênio das bases de DNA individuais ( adenina + timina e guanina + citosina = pareamento de bases complementares)
- No núcleo da célula de eucariotos, o DNA é empacotado com proteínas como cromossomos .