Watson e Crick Estrutura do DNA

Watson e Crick Estrutura do DNA

Estrutura do DNA (Watson e Crick)

  • BRIANE BRUNETTI GON

  • DHERIK FRAGA SANTOS

  • GUSTAVO BARATELLA COSSUOL

  • MAXSON DE PAULA SOUZA

Introdução

  • Segundo a Cronologia da Genética (2001), há 50 anos, no dia 7 de março de 1953, no laboratório Cavendish, na Inglaterra, Francis Crick e James Watson concluíram que a molécula do DNA tem a estrutura de uma dupla hélice, uma descoberta que daria novos rumos à ciência. A partir de então, a biologia molecular tornou-se, de fato, uma ciência que hoje, com meio século de avanços, traz à cena a transgênese, a genômica e a possibilidade da clonagem reprodutiva.

Introdução

  • No dia 25 de abril daquele ano, a revista Nature publicou o artigo Molecular Structure of Nucleic Acids (Estrutura Molecular dos Ácidos Nucleicos), primeiro de uma série sobre o tema. Com menos de mil palavras e um gráfico simplificado, o trabalho descrevia a estrutura da molécula.

A estrutura do DNA

  • A representação a que chegaram Crick e Watson é a de uma longa molécula, constituída por duas fitas enroladas em torno de seu próprio eixo, como se fosse uma escada do tipo caracol. A ligação entre elas é feita por pontes de hidrogênio, que são ligações fracas, isto é, que se rompem com facilidade, ficando as bases nitrogenadas com o papel de corrimão de uma escada circular.

A estrutura do DNA

Desenvolvimento

  • Desde o final da década de 30, pesquisadores tentavam obter um padrão de difração de Raios-X para tentar visualizar a molécula de DNA. Porém, somente na década de 50, com o aumento do interesse pelo DNA, os estudos estruturais da molécula se intensificaram. A estrutura tridimensional da molécula de DNA descrita por Watson e Crick, deu nova motivação à comunidade científica mas a dimensão e a importância do feito não foram reconhecidos de imediato pelos pesquisadores da época.

Desenvolvimento

  • Muitos apostavam mais nas proteínas como portadoras dos fatores genéticos, dada a sua maior complexidade. Foram os bioquímicos que perceberam o envolvimento do DNA na síntese das proteínas, que constituem o meio pelo qual os genes transferem às células a informação acerca do que elas devem ser e fazer.

Desenvolvimento

  • Mas outros modelos tentaram representar o DNA anteriormente. O químico russo Phoebus A. T. Levene, em 1909, trabalhando em seu laboratório no Instituto Rockefeller havia mostrado que o DNA continha as quatro bases nitrogenadas - Adenina (A), Guanina (G), Timina (T) e Citosina (C) - e que estas estariam arranjadas na forma de uma coluna vertebral, isto é, composta de fosfato e açúcares, com as bases nitrogenadas ligadas a elas.

Desenvolvimento

  • Levene estava convencido de que, com ácidos nucléicos e proteínas no núcleo, as moléculas de proteínas armazenavam todas as informações genéticas nos cromossomos. Mas a teoria de Levene sobre a função do DNA ser unicamente manter unidas as moléculas de proteína revelou-se incorreta, pelas revelações posteriores de Frederick Griffith.

Desenvolvimento

Desenvolvimento

  • Griffith vinha estudando a bactéria que causa a pneumonia, Diplococcus pneumoniae. Seus estudos mostraram evidências da importância do DNA na hereditariedade da bactéria. Embora a maioria da comunidade científica tenha ignorado esses resultados obtidos por ele, foi a partir de então que alguns grupos de pesquisa realizaram estudos cujos resultados aumentavam as evidências de que o DNA era o 'princípio transformante', como o material genético era mencionado.

Desenvolvimento

  • Após a realização de cálculos com as quatro bases nitrogenadas, A, G, T e C, Griffth construiu o seu modelo, no qual propôs que as mesmas estariam dispostas lado a lado, ligadas entre si por átomos de hidrogênio.

Desenvolvimento

Desenvolvimento

  • Entre os cientistas que buscavam desvendar a estrutura do DNA, estava Rosalind Franklin, especialista em Raios-X que, em 1951, divulgou o que seria a sua versão sobre o DNA. Para ela, que era colaboradora de Maurice Wilkins no laboratório de difração de Raios-X no King's College, em Londres, a difração de Raios-X parecia confirmar que a estrutura do DNA era helicoidal.

Desenvolvimento

  • Algo entre duas e quatro cadeias helicoidais entrelaçadas. Muito parecido ao modelo proposto por Levene. Como Franklin não acreditava na construção de modelos para confirmar seus resultados, continuou seus cálculos, ignorando pequenos detalhes como a localização das bases, que teria visto em um modelo tridimensional.

Desenvolvimento

  • Também em 1951, Linus Pauling, no Caltech Institute, nos Estados Unidos, trabalhando com difração de Raios-X, sugeriu que a estrutura do DNA era composta por três hélices enroscadas umas às outras, sugerindo uma estrutura espiral semelhante a um sacarolha.

Desenvolvimento

  • Para a pesquisadora Dulce Helena Ferreira de Souza, do Centro de Biotecnologia Molecular Estrutural do Instituto de Física de São Carlos, ao conhecimento da estrutura do DNA seguiram-se os estudos de suas características físico-químicas. Segundo ela, em 1961, por intermédio da preparação de duplas hélices híbridas de DNA e RNA, Bem Hall e Sol Spiegelman obtiveram a prova definitiva de que o DNA atua na síntese de proteínas.

Desenvolvimento

  • "O maior conhecimento das características do DNA e os avanços computacionais têm permitido o desenvolvimento de ferramentas de manipulação dessa molécula e contribuído para o atual cenário científico na área de biologia molecular e genética", afirma a pesquisadora.

Desenvolvimento

  • Já para João Bosco Pesquero, do Departamento de Biofísica da Universidade Federal de São Paulo (Unifesp), graças ao conhecimento da estrutura do DNA e ao posterior desenvolvimento da biologia molecular, hoje a medicina vislumbra a possibilidade da geração de novas técnicas terapêuticas e tratamentos para doenças antigamente consideradas incuráveis, a terapia gênica.

Desenvolvimento

  • "O seqüenciamento completo do genoma humano, considerado um marco na pesquisa, o qual abre inúmeras possibilidades para o melhoramento da saúde e do bem-estar dos seres humanos, não poderia ser alcançado sem o prévio conhecimento da estrutura do DNA", diz. Para Pesquero, todos esses avanços tecnológicos baseiam-se na manipulação das moléculas de DNA produzidos em laboratório (DNA recombinante) como fonte de informação e conhecimento.

A história da dupla-hélice

  • Até 1950, quando Crick e Watson iniciaram suas pesquisas sobre o DNA, a mágica da transmissão da informação genética ainda era um mistério. O físico inglês Francis Crick, aos 33 anos de idade, após assistir a uma palestra de Linus Pauling e ler o livro What is Life? The Physical Aspect of the Living Cell (O que é a vida? O Aspecto físico das Células Vivas), escrito por um dos pais da mecânica quântica, Erwin Schrödinger, decidiu ir para Cambridge trabalhar no mais famoso laboratório de física da época, o Cavendish.

A história da dupla-hélice

  • Já o zoólogo James Dewey Watson, viveu dois acontecimentos que marcaram definitivamente a sua trajetória no caminho científico: um deles foi a leitura do livro de Schrödinger, no qual descobriu o gene; o segundo foi a decisão de trabalhar com o microbiologista italiano Saldor Luria, nos Estados Unidos, com quem iria estudar os fagos (ou bacteriófagos, vírus que infectam bactérias).

A história da dupla-hélice

  • O termo bacteriófago significa, literalmente, "comedor de bactéria", uma vez que os fagos se reproduzem às expensas da bactéria hospedeira a qual, normalmente, não sobrevive ao processo.

A história da dupla-hélice

  • Foi num congresso em Nápoles, na Itália, que Watson conheceu Maurice Wilkins, que lhe mostrou uma imagem de difração de Raios-X em que vinha trabalhando no Medical Research Council do King's College de Londres. A visão dessa imagem levou Watson a perceber que era aquele o caminho para descobrir a estrutura química do DNA.

A história da dupla-hélice

  • Disposto a estudar a difração de Raios-X , Watson conseguiu transferir-se para o laboratório Cavendish em Cambridge, onde conheceu Crick. A empatia entre os dois foi imediata. Resolveram então que o ponto central de suas pesquisas seria a descoberta da estrutura do DNA.

A história da dupla-hélice

  • Enquanto Watson e Crick estudavam os resultados de Linus Pauling, em Cavendish, no King's College, Wilkins e sua colaboradora Rosalind Franklin trabalhavam no aperfeiçoamento das imagens de difração de Raios-X.

A história da dupla-hélice

  • Ao ler um novo artigo de Pauling sobre o tema, Watson descobriu um erro e tentou convencer Wilkins e Franklin de que tinha a interpretação correta, diferente da de Pauling, o que levou Wilkins a mostrar a Watson suas imagens mais recentes de difração de Raios-X do DNA.

A história da dupla-hélice

  • Tais imagens revelaram a Watson que sua idéia estava correta. De volta para Cavendish, iniciou, juntamente com Crick, a construção do novo modelo da estrutura do DNA.

A história da dupla-hélice

  • Após cinco semanas de erros e acertos, finalmente o modelo estava pronto. A notícia se espalhou: "pesquisadores de Cambridge haviam descoberto o segredo da vida". Maurice Wilkins no entanto, fiou de fora da descoberta a que teria reagido apenas com uma breve e sarcástica mensagem: "acho que vocês são uma dupla de belos patifes...".

A história da dupla-hélice

  • Em 1962, Crick, Watson e Wilkins receberam o Prêmio Nobel de Medicina. Franklin, que deveria partilhar a homenagem, havia morrido de câncer em 1958.

Estrutura do DNA

  • O DNA é um dos ácidos nucléicos, moléculas que contêm informações na célula (o ácido ribonucléico, ou RNA, é o outro ácido nucléico). O DNA é encontrado no núcleo de toda célula humana. As informações no DNA:

  • orientam a célula (junto com o RNA) na fabricação de novas proteínas que determinam todos os nossos traços biológicos

  • passam (são copiados) de uma geração para outra

  • A explicação para todas essas funções é encontrada na estrutura molecular do DNA, conforme descrito por Watson e Crick.

Estrutura do DNA

  • Embora possa parecer complicado, o DNA em uma célula é simplesmente um padrão feito de quatro partes diferentes, chamadas nucleotídeos. Imagine um conjunto de blocos que possui somente quatro formas, ou um alfabeto com apenas quatro letras.

A estrutura do DNA

  • O DNA é uma longa fileira desses blocos ou letras. Cada nucleotídeo consiste de um açúcar (desoxirribose) ligado a um lado para um grupo de fosfato e ligado ao outro lado para uma base de nitrogênio.

O DNA

Bases Nitrogenadas

  • Existem duas classes de bases de nitrogênio chamadas purinas (estruturas aneladas duplas) e pirimidinas (estruturas aneladas simples). As quatro bases no alfabeto do DNA são:

  • adenina (A) - uma purina

  • citosina (C) - uma pirimidina

  • guanina (G) - uma purina

  • timina (T) - uma pirimidina

Filamentos de DNA

Posição dos filamentos

  • Watson e Crick descobriram que o DNA tinha dois lados, ou filamentos, e que esses filamentos estavam torcidos juntos, como uma escada caracol - a dupla espiral. Os lados da escada compreendem as porções fosfato-açúcar dos nucleotídeos adjacentes ligados juntos.

A curvatura do DNA

  • O fosfato de um nucleotídeo é ligado covalentemente (uma ligação na qual um ou mais pares de elétrons é compartilhado por dois átomos) ao açúcar do próximo nucleotídeo. As ligações de hidrogênio entre os fosfatos fazem o filamento do DNA se torcer.

Nucleotídeos complementares

  • As bases de nitrogênio apontam para dentro da escada e formam pares com bases no outro lado, como degraus. Cada par de bases é formado por dois nucleotídeos complementares (purina com pirimidina) presos juntos por ligações de hidrogênio. Os pares de base no DNA são adenina com timina e citosina com guanina.

Estrutura do DNA

Ligação de Hidrogênio

  • Uma ligação de hidrogênio é uma ligação química frágil que ocorre entre os átomos de hidrogênio e os átomos mais eletronegativos, como oxigênio, nitrogênio e fluorina. Os átomos participantes podem estar localizados na mesma molécula (nucleotídeos adjacentes) ou em moléculas diferentes (nucleotídeos adjacentes em diferentes filamentos de DNA).

Ligação de Hidrogênio

  • As ligações de hidrogênio não incluem a troca ou compartilhamento de elétrons como ligações iônicas e covalentes. A atração frágil é como a que existe entre os pólos opostos de uma ímã. As ligações de hidrogênio ocorrem a curtas distâncias e podem ser facilmente formadas e quebradas. Elas também podem estabilizar uma molécula.

DNA, molécula longa

  • O DNA é uma molécula longa. Por exemplo, uma bactéria típica, como a E. coli, possui uma molécula de DNA com aproximadamente 3.000 genes (um gene é uma seqüência específica de nucleotídeos do DNA que se codifica para uma proteína. Falaremos disso posteriormente).

DNA, molécula longa

  • Se alongada, essa molécula de DNA teria cerca de 1 milímetro de comprimento. Entretanto, uma E. coli típica tem apenas 3 mícrons de comprimento (3 milésimos de um milímetro). Para encaixar-se na célula, o DNA é totalmente enrolado e torcido em um cromossomo circular.

DNA, molécula longa

Compactação do DNA

  • Os organismos complexos, como as plantas e os animais, possuem de 50 mil a 100 mil genes em muitos cromossomos diferentes (os seres humanos possuem 46 cromossomos). Nas células desses organismos, o DNA é enrolado ao redor de proteínas semelhantes a bolhas chamadas histonas.

Compactação do DNA

  • As histonas também são enroladas firmemente para formarem os cromossomos, que estão localizados no núcleo da célula. Quando uma célula se reproduz, os cromossomos (DNA) são copiados e distribuídos para cada célula descendente, ou célula-filha. As células não-sexuais possuem duas cópias de cada cromossomo copiado, e cada célula-filha recebe duas cópias (mitose).

Meiose

  • Durante a meiose, as células precursoras possuem duas cópias de cada cromossomo copiado e distribuído igualmente para quatro células sexuais. As células sexuais (espermatozóide e óvulo) têm apenas uma cópia de cada cromossomo. Quando o espermatozóide e o óvulo unem-se na fertilização, os descendentes possuem duas cópias de cada cromossomo.

Referências

  • Cronologia da Genética - 13 Fev 2001 - CienTIC, 2001.

  • HowStuffWorks. Biografia de Francis Crick e James Watson. <http://ciencia.hsw.uol.com.br/crick-watson.htm> Acesso em 02/08/2009.

  • HowStuffWorks. "Como funciona o DNA", de Craig Freudenrich. <http://elusion-pedion.blogspot.com/2009/04/como-funciona-o-dna-de-craig.html> Acesso em 05/08/2009.

  • Agência Brasil. James Watson e Francis Crick conseguiram demonstrar como é a forma da molecula DNA. <http://ecoviagem.uol.com.br/noticias/ambiente/james-watson-e-francis-crick-conseguiram-demonstrar-como-e-a-forma-da-molecula-dna-2548.asp> Acesso em 06/08/2009.

OBRIGADO! ;D

  • OBRIGADO! ;D

Comentários