Você já sabe como o DNA é construído e organizado. Mas qual é exatamente a sua função, como pode passar suas informações e como podemos usar o DNA na biotecnologia?
Qual é a função 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 .
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.
O DNA é a base da vida no planeta Terra – todos os seres vivos o possuem. A função do DNA é armazenar todas as informações genéticas que um organismo precisa para o desenvolvimento, função e reprodução. Essencialmente, são as instruções biológicas de uso encontradas em cada uma de suas células.
DNA dupla hélice
As instruções do DNA estão escritas em um alfabeto simples composto de apenas quatro letras – A, T, C e G. Essas não são realmente letras, é claro. Em vez disso, são moléculas chamadas bases nitrogenadas que fazem parte de uma molécula maior chamada nucleotídeo, que é o bloco de construção básico do DNA. As letras do alfabeto são apenas as abreviações para essas bases nitrogenadas: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C).
A função do DNA está ligada à sua estrutura, então olhar para ele é útil para entender a função do DNA. Como mencionado acima, os blocos básicos de construção do DNA são os nucleotídeos. Esses nucleotídeos consistem em um açúcar de cinco carbonos, um grupo fosfato e uma base nitrogenada. Os açúcares e fosfatos se ligam aos nucleotídeos para formar cada fita de DNA. Quando duas fitas de DNA se juntam, formam-se pares de bases entre os nucleotídeos de cada fita.
As bases nitrogenadas combinam-se da seguinte forma: AT e CG. As bases se conectam por meio de ligações fracas chamadas ligações de hidrogênio, que são facilmente quebradas e reunidas. Isso é essencial para a replicação do DNA, na qual as duas fitas de DNA devem ser separadas antes que possam ser duplicadas e, portanto, é importante para a capacidade da célula de ler as instruções no DNA.
As pontes entre as bases nitrogenadas são essenciais para a estrutura de dupla hélice, que se assemelha a uma escada torcida. Os pares de bases formam os degraus da escada torcida e os fios de açúcar-fosfato formam os lados.
Cada célula minúscula contém tanto DNA que precisa ser mais condensado para caber dentro da célula. O DNA está firmemente enrolado em estruturas chamadas cromossomos. Os seres humanos normalmente têm 46 cromossomos – 23 pares de cromossomos de cada pai.
Função do DNA – biossíntese de proteínas
A biossíntese de proteínas ocorre em duas fases: transcrição (lat. “transcribere” = reescrever) e tradução (tradução inglesa = 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 amarrados juntos, finalmente, resulta na proteína.
Você pode comparar aproximadamente 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.
Como o DNA desempenha sua função?
Os nucleotídeos A, T, C e G funcionam como as quatro letras do alfabeto genético. Todo ser humano (exceto gêmeos idênticos) tem uma sequência de DNA única chamada genoma. É por isso que somos todos únicos – todos têm uma sequência ligeiramente diferente, por isso somos sempre ligeiramente diferentes como humanos. Talvez uma pessoa tenha um T em um determinado ponto de seu DNA e, portanto, tenha cabelos ruivos, enquanto a pessoa com um G no mesmo ponto é loira.
Uma célula lê essas instruções do DNA usando algo chamado RNA polimerase. Esta RNA polimerase separa as duas fitas da hélice de DNA e duplica o DNA em uma fita em uma molécula chamada RNA.
O RNA é muito semelhante ao DNA, exceto que contém uracil (U) em vez de timina (T). Assim, quando o RNA e o DNA se emparelham, G se emparelha com C e U se emparelha com A (o T do DNA ainda emparelha com o A do RNA). Enquanto algumas das instruções terminam na fase de RNA, a maioria dá um passo extra.
Para esta etapa, as letras do DNA são agrupadas em palavras de três letras, que são então reconhecidas como frases completas chamadas genes. Este processo pode ser ilustrado com o seguinte exemplo:
Letras (nucleotídeos): A, C, G, T.
Palavras de três letras: “ACT”, “CAT”, “TAG” . . .
Uma frase (gene): “CAT ACT TAG . . . “
Todas as combinações possíveis das quatro letras perfazem um total de 64 palavras de três letras, comumente chamadas de código genético. Este código é lido e traduzido em vários compostos chamados RNA e proteínas que realizam trabalhos importantes em nossos corpos. Essas proteínas realizam tarefas como transportar oxigênio para as células ou produzir o pigmento que dá cor aos nossos olhos.
Por que o DNA é importante?
O DNA é importante porque contém toda a informação genética que nos torna quem somos. Essas informações são para nosso desenvolvimento e sobrevivência e podem ser passadas para a próxima geração. Ao mesmo tempo, eles também influenciam nossos traços de personalidade, desde nossa aparência até nossas comidas favoritas e tudo mais.
Dado o quanto somos diferentes dos outros, você pode pensar que o DNA de todos é muito diferente. Surpreendentemente, não é o caso. Em média, compartilhamos cerca de 99,5% de nosso DNA com alguém com quem não temos parentesco.
Grande parte do que nos torna únicos está nesse 0,5% do nosso DNA. E embora todos tenhamos mais em comum do que diferenças, o DNA de cada pessoa conta uma história diferente sobre quem são seus parentes e de onde eles vêm. Que história o seu DNA conta?
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 único cromossomo.
No caso de uma mutação genética, a sequência de bases do ácido desoxirribonucleico pode mudar por perda, adição ou troca 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 têm DNA em seus plastídios (cpDNA) como os 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
Nas células bacterianas ou archaea, o ácido desoxirribonucleico não está presente como um fio, mas como uma molécula fechada 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 o cromossomo bacteriano . 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.