Todas as informações, como sexo, cabelo ou cor dos olhos, são armazenadas no DNA (ácido desoxirribonucleico) . Mas como o DNA é estruturado e qual é sua função exata? Você vai aprender tudo isso aqui.
O que é DNA (ácido desoxirribonucleico)?
Você pode chamar o portador de nossa informação genética de DNA ( alemão para ” Deoxyribo Nucleic Acid “ ) ou DNA (inglês para ” Deoxyribo Nucleic Acid ” ) . No entanto, ambos os termos representam a mesma molécula, embora o termo DNA seja mais comum.
Ocorre em todos os seres vivos e em muitos vírus. Com base nesta informação genética , podem ser produzidas proteínas (por exemplo, enzimas), que são de enorme importância para o nosso desenvolvimento (tamanho do corpo, cor do cabelo) e metabolismo celular.
Você pode pensar no ácido desoxirribonucleico como uma fita dupla espiral (dupla hélice de DNA ) , que é comparável à construção de uma escada de corda. Consiste em blocos de construção especiais – os nucleotídeos – que estão ligados entre si (= cadeia polinucleotídica ). Um nucleotídeo de DNA é, por sua vez, composto por uma molécula de açúcar , um grupo fosfato e uma base orgânica .
Um total de 4 bases diferentes podem aparecer no DNA, cuja sequência determina a informação genética. É uma espécie de linguagem secreta ( código genético ) que deve ser decodificada ao longo de muitas etapas ( biossíntese de proteínas ).
Em organismos eucarióticos ( animais , plantas , fungos), o DNA está localizado no núcleo de cada célula.
Em procariontes ( bactérias e archaea ), ou seja, seres vivos sem núcleo celular, o DNA é encontrado no citoplasma . Definição
O ácido desoxirribonucleico (DNA) é o material genético básico de todos os organismos vivos e consiste em uma cadeia de muitos nucleotídeos (desoxirribose, grupo fosfato e base orgânica), que resulta em uma dupla hélice helicoidal.
Construção de DNA
O DNA consiste em vários componentes que estão conectados uns aos outros por ligações químicas. Abaixo explicamos os componentes mais importantes do DNA.
Dê uma olhada no nosso artigo Estrutura do DNA se você quiser saber mais sobre como ela é estruturada.
componentes de DNA
O DNA (ácido desoxirribonucleico) é um chamado ácido nucleico . São moléculas químicas compostas por apenas três blocos básicos de construção : bases orgânicas , moléculas de açúcar e grupos fosfato .
Vamos começar com o primeiro componente do DNA: a molécula de açúcar. Você também pode se referir a ele como desoxirribose . Esta é uma pentose, ou seja, um açúcar que consiste em cinco átomos de carbono .
Aliás, os átomos de carbono na molécula de açúcar são numerados no sentido horário com os números 1-5. Isso é importante para que saibamos imediatamente em que ponto da molécula uma ligação é feita.
Agora precisamos do próximo bloco de construção: 4 bases orgânicas nitrogenadas.
- Adenina (A)
- Timina (T)
- Guanina (G)
- Citosina (C)
Você pode se lembrar aqui que a base timina só ocorre no DNA.
Uma das quatro bases orgânicas agora se conecta à desoxirribose – sempre através do 1º átomo de carbono (1′) da molécula de açúcar. Agora você também sabe por que a numeração dos átomos de C faz sentido aqui.
Você pode chamar o composto resultante de nucleosídeo (base + açúcar).
Agora entra em jogo o último bloco de construção: o grupo fosfato . Este está ligado ao 5º átomo de carbono (5′) do açúcar. Agora obtemos o nucleotídeo , ou seja, um composto que consiste em um açúcar, uma base e um (s) grupo(s) fosfato(s).
Isso foi um pouco rápido demais para você? Você pode encontrar uma explicação passo a passo da estrutura do DNA em nosso artigo DNA simplesmente explicado !
Estrutura do DNA como fita dupla
Agora você aprendeu sobre a unidade menor do DNA: o nucleotídeo. Um nucleotídeo está ligado através de seu resíduo fosfato ao átomo C3 (3′) do açúcar de outro nucleotídeo. Isso cria uma longa cadeia na qual as moléculas de açúcar e fosfato se alternam (= fita de DNA ). Você também pode chamar essa cadeia de polinucleotídeo (“poli” = muitos).
Os pesquisadores Watson e Crick usaram raios-X para determinar a estrutura molecular precisa do DNA e receberam o Prêmio Nobel em 1962 por seu modelo de DNA (“ modelo Watson Crick ”).
Como você já aprendeu, o ácido desoxirribonucleico é construído como uma fita dupla , que você pode comparar a uma escada de corda. Os lados direito e esquerdo da escada representam dois fios moleculares paralelos, feitos alternadamente de açúcar e fosfato, ligados pelas respectivas bases por meio de forças intermoleculares ( pontes de hidrogênio ). Esta conexão cruzada corresponde aos degraus da escada de corda.
Importante: Apenas pares de adenina com timina e citosina com guanina . Você também pode se referir a isso como pareamento de bases complementares .
Devido a essas condições de ligação, as duas fitas da hélice estão dispostas em direções opostas ( antiparalelas ). Uma cadeia de açúcar-fosfato vai de 5′ -> 3′, enquanto a outra corre de 3′ -> 5′ . Você também pode imaginar a escada de corda de DNA como uma fita dupla helicoidal ( Dupla hélice de DNA ), que se enrola em torno do eixo do parafuso a cada 10 pares de bases.
Empacotamento de DNA como cromossomos
Como você já aprendeu, o DNA reside no núcleo dos eucariotos e no citoplasma dos procariontes. Se você alinhar todos os fios de DNA de um núcleo de célula em eucariotos, eles teriam cerca de 2 m de comprimento. Para ainda poder colocar o DNA no núcleo da célula, ele é extremamente comprimido na forma dos chamados cromossomos .
Os blocos de construção básicos de cada cromossomo são uma única fita longa de DNA e proteínas especiais (incluindo histonas
). Você também pode se referir à totalidade do ácido desoxirribonucleico e proteínas como cromatina .
O longo fio de DNA agora sempre se enrola duas vezes em torno de oito histonas, pelo que o ácido desoxirribonucleico pode economizar algum espaço. Você pode pensar nisso como meu rolo de cabelo, onde o cabelo representa o ácido desoxirribonucleico. 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).
Função do DNA
Mostraremos as funções do DNA em nosso próximo vídeo – sinta-se à vontade para parar para obter uma visão geral completa do DNA.
O DNA carrega o modelo para a produção de proteínas ou enzimas. Você pode se referir a todo o processo de produção de proteínas como biossíntese de proteínas .
Ocorre em duas fases: transcrição (latim: “transcribere” = reescrever) e tradução (inglês: tradução = tradução).
A transcrição pode ser entendida como um processo mediado por enzimas que é usado para reescrever a informação contida no DNA. São feitas cópias quase transportáveis ( mRNAs ) das fitas de DNA.
A tradução então garante que a informação armazenada no RNA mensageiro seja traduzida em uma sequência de aminoácidos . Uma cadeia de aminoácidos dispostos em uma fileira, finalmente, resulta na proteína.
A seção sobre o ácido desoxirribonucleico que codifica uma proteína (por exemplo, enzima) pode ser chamada de gene . Este é um tipo de codificação ( código genético ) em que três bases consecutivas do DNA (tríplice de bases) sempre resultam em um aminoácido .
A proteína, composta por vários aminoácidos, geralmente atua como uma enzima e produz um produto final (por exemplo, corante ou hormônio do crescimento) a partir de certos substratos, o que afeta o fenótipo, ou seja, a aparência externa. Essas enzimas podem então, por exemplo, produzir corantes que determinam a cor dos nossos olhos.
Você pode comparar o processo de biossíntese de proteínas com o nosso alfabeto, no qual uma certa combinação de letras resulta em uma determinada palavra. A combinação de três bases (“letras”) corresponde a uma trinca de bases (“palavra”) . Um gene (“frase”) é formado por vários trigêmeos (“palavras”) alinhados um após o outro. O gene, por sua vez, contém as instruções de construção de uma determinada proteína (por exemplo, enzima), que você pode comparar com a afirmação/significado de uma frase.
Sequenciamento de DNA
Sob o sequenciamento de DNA , você pode entender que o arranjo dos respectivos nucleotídeos no DNA é determinado. Desta forma, a sequência de base contendo a informação genética pode ser determinada.
Vários métodos são adequados para isso, como o chamado sequenciamento de Sanger . O sequenciamento de DNA abre muitas novas possibilidades para a engenharia genética, como identificar certas doenças hereditárias ou clonar material genético.
duplicação de DNA
As cópias do DNA podem ser feitas tanto em nossas células ( replicação do DNA ) quanto no laboratório ( método PCR ).
Replicação do DNA
O ácido desoxirribonucleico pode se duplicar tanto em eucariotos quanto em procariontes, permitindo que as enzimas (incluindo a DNA polimerase ) façam uma cópia idêntica de si mesmo. Você pode chamar isso de replicação do DNA , que é necessário antes de cada divisão nuclear ( mitose ).
Para fazer isso, uma enzima especial (helicase) primeiro separa as ligações de hidrogênio entre os respectivos pares de bases. Pense nisso como abrir um zíper. As duas fitas individuais expostas representam um molde (modelo) para a produção de uma nova fita.
Duas fitas duplas idênticas são formadas, metade das quais originadas do ácido desoxirribonucleico original e metade das quais são recém-produzidas. Portanto, você também pode falar de uma replicação semiconservativa (“meia incluída”) .
PCR (reação em cadeia da polimerase)
No entanto, cópias do ácido desoxirribonucleico também podem ser criadas artificialmente em laboratório. Você também pode se referir a esse processo genético molecular como PCR (reação em cadeia da polimerase).
Isso torna possível amplificar seções de DNA selecionadas e gerar um número ilimitado de cópias de uma sequência de DNA existente. O método de PCR é semelhante à replicação natural em muitas etapas.
Na PCR, 3 passos são sempre repetidos: Primeiro, os pares de bases são separados uns dos outros pelo calor (= desnaturação). Os chamados iniciadores (primers) são então ligados aos fios individuais. Agora, a enzima DNA polimerase pode cuidar da produção de uma fita dupla de DNA complementar.
Essa duplicação é importante porque geralmente há apenas uma pequena quantidade de ácido desoxirribonucleico disponível para trabalhos ou pesquisas posteriores. O método é frequentemente usado em medicina para detectar infecções virais ou bacterianas (por exemplo, HIV) ou em criminalística . Na ciência forense, pequenos vestígios (por exemplo, sangue, cabelo) deixados pelo criminoso na cena do crime podem ser usados para determinar sua impressão digital genética usando o método PCR.
Danos ao DNA causados por mutações
Danos ou alterações no ácido desoxirribonucleico e, portanto, em nosso genoma podem definitivamente ocorrer. Estas são as chamadas mutações . Alguns deles podem ser mortais para o respectivo organismo.
As mutações podem ocorrer espontaneamente, ou seja, em condições naturais ( mutações espontâneas ) ou ser causadas experimentalmente ( mutações induzidas ). A radiação de alta energia (ionizante), incluindo o componente UV na luz solar, pode ser a causa de uma mutação.
Você pode distinguir entre mutações genômicas , mutações cromossômicas e mutações genéticas . A mutação do genoma leva a um número alterado de cromossomos. Isso pode afetar todo o conjunto de cromossomos ( poliploidia ) ou cromossomos individuais ( aneuploidia ), como é o caso da trissomia 21 (síndrome de Down).
Uma mutação cromossômica é uma mudança importante na estrutura de um ou mais cromossomos.
Com uma mutação genética, a sequência de bases do ácido desoxirribonucleico pode mudar através da perda, adição ou substituição de nucleotídeos .
formas de DNA
Além do DNA no núcleo celular de organismos eucarióticos, existem outras formas de DNA: DNA mitocondrial (mtDNA), DNA bacteriano e viral .
DNA mitocondrial (mtDNA)
O DNA mitocondrial (mtDNA) é encontrado em células eucarióticas nas mitocôndrias – as “usinas de energia de nossas células”. As células vegetais também possuem DNA em seus plastídios (cpDNA) e cloroplastos ( ctDNA).
Você pode explicar a presença de ácido desoxirribonucleico usando a teoria endossimbionte , que assume que as mitocôndrias e os plastídeos eram originalmente organismos progenitores procarióticos independentes com sua própria informação genética.
DNA bacteriano
Em células bacterianas ou archaea, o ácido desoxirribonucleico não está presente como um fio, mas sim como uma molécula fechada principalmente em forma de anel no plasma celular. A extremidade 5′ está, portanto, sempre ligada à extremidade 3′ da fita de DNA. Você também pode se referir a este anel como um nucleoide . Além disso, outros anéis de DNA menores – os plasmídeos – também podem ocorrer no plasma celular .
DNA viral
Os vírus, por outro lado, podem conter ácido desoxirribonucleico ou ácido ribonucleico (RNA) como informação genética, que geralmente são protegidos por um invólucro de proteína (capsídeo).
Nos vírus de DNA , o ácido desoxirribonucleico pode estar presente como fita dupla (ds) ou fita simples (ss). Além disso, este cordão pode ser segmentado em diferentes pedaços, ocorrer como um anel fechado ou como um cordão linear.
O genoma dos vírus de DNA é menos suscetível a mutações do que o dos vírus de RNA devido à maior estabilidade do ácido desoxirribonucleico.
Diferença DNA RNA
O DNA e o RNA são muito semelhantes em estrutura. Ainda assim, existem algumas diferenças importantes a serem lembradas.
A mais óbvia é que, em contraste com a fita dupla do DNA , o RNA geralmente está presente como uma fita simples muito mais curta .
Você já pode ver outra diferença nos respectivos nomes: Como você já aprendeu, a molécula de açúcar envolvida no ácido desoxirribonucleico é a desoxirribose, enquanto no RNA é a ribose . A desoxirribose é uma ribose com um átomo de oxigênio ausente .
Se você quiser saber mais sobre as semelhanças e diferenças entre RNA e DNA, sinta-se à vontade para conferir nosso post separado .
resumo
- O DNA é o portador da informação genética e das características de cada ser vivo
- Nos eucariotos , o DNA está disposto no núcleo da célula na forma de cromossomos , nos procariontes , porém, está livre no plasma celular.
- Uma molécula de ácido desoxirribonucleico consiste em duas fitas polinucleotídicas enroladas antiparalelas complementares que são reticuladas por meio de ligações de hidrogênio (= dupla hélice )
- O menor bloco de construção do ácido desoxirribonucleico é o nucleotídeo (açúcar + grupo fosfato + bases orgânicas)
- Na replicação do DNA, as moléculas de DNA são duplicadas de forma idêntica antes da mitose.
- Um gene é uma seção de ácido desoxirribonucleico que codifica uma proteína (por exemplo, enzima).
- Na biossíntese de proteínas ( transcrição e tradução ), a informação genética no DNA é traduzida em proteínas, que podem então influenciar o fenótipo.