Estrutura do DNA - Replicação do DNA

Estrutura e composição do DNA

     O DNA é um polímero constituído por unidades designadas por nucleótidos. Cada nucleótido é constituído por uma pentose (desoxirribose, açúcar simples constituído por cinco átomos de carbono), à qual se ligam um grupo fosfato e uma base azotada.

Ao observar a imagem verifica-se que num nucleótido, o carbono 5' da pentose está ligado ao grupo fosfato e o carbono 1' à base azotada.Existem 4 tipos de nucleótidos dependendo da base azotada que possuem: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G). Cada novo nucleótido liga-se pelo grupo fosfato ao carbono 3' da pentose do último nucleótido da cadeia (reacção de síntese), repetindo-se o processo na direcção 5' - 3'.À ligação sequencial de nucleótidos chama-se cadeia polinucleotídica.A molécula de DNA, de acordo com o modelo proposto em 1953 por Watson e Crick, é constituída por duas cadeias de nucleótidos antiparalelas, ou seja, têm sentidos de crescimento inversos, e estão dispostas helicoidalmente. Esta dupla hélice mantém-se unida devido à complementaridade das bases azotadas que estabelecem ligações químicas entre si, as pontes de hidrogénio. A adenina do nucleótido de uma cadeia emparelha com a timina de um nucleótido da outra cadeia e a citosina com a guanina. Numa molécula de DNA a zona de ligação entre as bases azotadas de cada cadeia é considerada zona hidrofóbica e a zona onde se encontram as pentoses das cadeias é a zona hidrofílica.As moléculas de DNA diferem pelo número de nucleótidos das cadeias e pela sequência de pares de bases azotadas complementares.

 

Replicação do DNA 

Experiências de Meselson e Stahl

     O processo de replicação do DNA assegura tanto a produção de células geneticamente idênticas como a passagem da informação genética ao longo das gerações, em todos os organismos.
Na segunda metade do séc.XX surgiram três modelos que tentaram explicar o mecanismo da replicação: modelo conservativo, semiconservativo e dispersivo, esquematizados na imagem abaixo.

O modelo conservativo admitia que a molécula de DNA original apenas servia de molde para a formação de moléculas novas, que seriam formadas por duas novas cadeias de nucleótidos.
O modelo semiconservativo admitia que cada molécula nova de DNA seria formada por uma cadeia da molécula original e uma nova.
O modelo dispersivo admitia que cada molécula-filha seria formada por porções da molécula original e por regiões sintetizadas de novo, a partir de nucleótidos presentes na célula.

Meselson e Stahl levaram a cabo experiências que vieram apoiar o modelo semiconservativo. Na primeira experiência cultivaram bactérias (Escherichia coli) em meios de cultura diferentes: um contendo um isótopo pesado de azoto (15N) e outro contendo azoto normal (14N). Verificaram que as bactérias cultivadas em 15N incorporam esse azoto nos seus nucleótidos formando um DNA com maior densidade, que se deposita mais próximo do fundo do tubo.

Na segunda experiência cultivaram novamente bactérias E.coli num meio de cultura com 15N. Após várias gerações de bactérias se terem desenvolvido no meio com azoto pesado, foram transferidas para um meio de cultura com azoto normal (14N). Verificou-se que as bactérias com azoto pesado utilizaram o azoto normal para produzirem novas cadeias de DNA. Assim, na primeira geração, cada molécula de DNA apresentou uma cadeia de nucleótidos com 15N (que provinha da geração parental) e outra com 14N (formada com nucleótidos que incorporaram o azoto presente no meio). Desta forma as moléculas de DNA apresentaram uma densidade intermédia entre DNA com 15N e DNA com 14N. Numa segunda geração verificou-se que há 50% de moléculas de DNA de densidade normal e 50% de densidade maior. Numa terceira geração verificou-se que existia 75% moléculas de DNA com densidade normal, e apenas 15% de densidade maior (ver figura abaixo).

Apenas a hipótese semiconservativa do DNA prevê e justifica estes resultados. É designada de replicação semiconservativa porque no final deste processo obtém-se duas moléculas de DNA exactamente iguais, com os nucleótidos dispostos na mesma sequência em que estavam dispostos na molécula original, e cada uma das moléculas fica com uma das cadeias da molécula original que lhes serviu de mole.

Actualmente sabe-se que a replicação do DNA é um processo complexo que envolve a acção de enzimas. As etapas da replicação semiconservativa são:

1. Inicia-se pela ligação à molécula de DNA de uma enzima, a DNA helicase.
2. Este complexo desfaz a dupla hélice e corta as pontes de hidrogénio, provocando a separação das duas cadeias antiparalelas.
3. À medida que a  DNA helicase vai abrindo a molécula de DNA, outra enzima chamada DNA-polimerase vai ligando a cada uma das cadeias os nucleótidos complementares de acordo com a complementaridade das bases azotadas.
4. Cada cadeia nucleotídica antiga serve assim de molde à nova cadeia antiparalela que se vai formando à passagem do complexo enzimático.

O modelo da replicação semiconservativa é, até hoje, o mais aceite.