Hélice Dupla

Definição

Hélice Dupla é o termo usado para descrever a forma da nossa molécula hereditária, DNA. Esta estrutura instantaneamente reconhecível consiste em duas cordas de DNA torcidas uma em torno da outra e ligadas no centro por ligação de hidrogênio. As ligações de hidrogênio se formam entre os nucleotídeos – a unidade de repetição do DNA e a linguagem do código genético.

A estrutura de dupla hélice do DNA foi descoberta em pesquisa histórica atribuída a James Watson e Francis Crick nos anos 50. Esta descoberta é considerada um dos mais importantes avanços em biologia até hoje. A história da descoberta da dupla hélice do DNA também tem algumas controvérsias associadas, com alegações de que os cientistas envolvidos não reconheceram as contribuições de outros, nomeadamente Rosalind Franklin.

Um panorama da estrutura do DNA

Cada fita de DNA é feita de uma série de unidades repetidas chamadas nucleotídeos. Assim, cada fita de DNA é referida como um polinucleotídeo. Estes nucleotídeos são formados por três componentes:

• um açúcar de cinco carbonos (deoxirribose)
• um grupo fosfato
• uma base nitrogenada

O quarto carbono do açúcar de deoxirribose de um nucleotídeo forma uma ligação fosfodiéster com o grupo fosfato da base adjacente. Isto forma a base da espinha dorsal de açúcar-fosfato do cordão do DNA.

As bases nitrogenadas são a ‘linguagem’ do DNA. Existem quatro bases nitrogenadas no DNA: guanina (G), adenina (A), timina (T) e citosina (C). Elas podem ser divididas em dois grupos com base na sua estrutura. Guanina e adenina são purinas, com um anel de nitrogênio de dois carbonos; e timina e citosina são pirimidinas, com um anel de nitrogênio de um carbono.

A combinação destas quatro letras em moléculas de DNA é o que chamamos de código genético, e este código contém todas as instruções para construir e executar um organismo inteiro!

Cada um destes fios de polinucleótidos é emparelhado com um fio complementar e envolve-se um ao outro para formar a estrutura de dupla hélice. Como foi descoberta esta estrutura complexa?

Descoberta da estrutura da dupla hélice do DNA

Descoberta da estrutura da dupla hélice do DNA é um dos mais importantes e conhecidos avanços científicos. A descoberta foi creditada a James Watson, um biólogo, e Francis Crick, um físico, na década de 1950. Eles ganharam mais tarde o Prêmio Nobel por suas pesquisas, juntamente com Maurice Wilkins, que é frequentemente negligenciado por seu importante papel nas pesquisas que levaram à descoberta. De facto, a sua autobiografia intitula-se “O Terceiro Homem da Dupla Hélice”.

Prior à publicação dos seus resultados, muita pesquisa já tinha sido feita, e alguma luz brilhava, sobre a composição do ADN. Por exemplo, já se sabia que o DNA é composto por nucleotídeos e que a proporção de purinas: pirimidinas em uma molécula de DNA é igual (conhecida como regra de Chargaff).

Watson e Crick derivaram seu modelo colocando esta evidência, assim como os dados de cristalografia de raios X coletados por Rosalind Franklin, em uma estrutura que satisfez os parâmetros de todas as evidências previamente coletadas. Eles usaram uma série de modelos de papelão, construindo-os cuidadosamente até formarem uma estrutura que fizesse sentido. Através disto, criaram um modelo, que é amplamente considerado preciso décadas depois. Você pode ler o artigo original, completo com anotações, aqui.

Após terem completado sua pesquisa, eles supostamente tiveram um momento ‘eureka’, e Crick correu para seu pub local em Cambridge para anunciar que ele e Watson haviam “descoberto o segredo da vida”.

O pub, chamado The Eagle, ergueu uma placa dentro e outra fora para comemorar a ocasião. A placa foi uma vez modificada por um membro do público, que acrescentou “+ Franklin em reconhecimento do importante papel desempenhado por Rosalind Franklin!

As características da estrutura da dupla hélice de DNA

Algumas das características importantes do modelo Watson/Crick da dupla hélice de DNA incluem:

Directionality

Uma única molécula de DNA consiste em duas cordas que se torcem uma à outra para formar uma hélice. A hélice gira aproximadamente uma vez a cada dez nucleotídeos. A direção da hélice é quase sempre à direita, ou seja, se você imaginar as duas cordas como uma escada em espiral que você está prestes a descer, você teria que virar à direita para descer. O exterior da hélice contém os fios de DNA, e o núcleo da hélice contém as bases nitrogenadas.

Parelhamento Base Complementar

Quando os nucleotídeos de cada fio são submetidos à ligação de hidrogênio, eles o fazem de uma forma particular. As adeninas são sempre emparelhadas com as timinas e citosinas e sempre emparelhadas com as guaninas. Existem três ligações de hidrogénio entre a guanina e a citosina, e duas ligações de hidrogénio entre as timinas e as guaninas. Assim, diz-se que os fios de DNA são complementares entre si.

Código Genético

A sequência dos nucleotídeos é variável entre os organismos, e é o que detém a informação genética e torna cada organismo único. A seqüência do DNA é propagada entre as gerações. Assim, a sequência de ADN é essencial para a continuação da vida.

Orientação Antiparalela

Os fios de ADN correm antiparalelos uns aos outros. Isto significa que no final de uma determinada molécula, um fio termina em um grupo fosfato (chamado de 5′ porque o grupo fosfato está ligado ao quinto carbono), e o outro fio termina em um grupo hidroxila (chamado de 3′ porque o grupo OH está no terceiro carbono). O oposto é verdadeiro para a outra extremidade da molécula.

Major e ranhuras menores

A estrutura do DNA significa que a espinha dorsal das duas cordas está mais próxima de um lado da hélice do que do outro. Onde eles estão mais próximos, a estrutura é chamada de ranhura principal. Onde eles estão mais afastados, a estrutura é chamada de ranhura menor.

Estes lados são funcionalmente importantes, pois certas proteínas se ligam preferencialmente à ranhura maior. Essas proteínas são geralmente fatores que precisam interagir com os nucleotídeos, como fatores de transcrição ou enzimas de replicação de DNA. Em contraste, outras proteínas que não requerem especificidade de seqüência irão interagir com o sulco menor.

A Enzima Desenroladora

Para que o DNA seja passado para a próxima geração, ele tem que ser copiado. Para ser fielmente replicada, a dupla hélice precisa ser desenrolada ou descompactada, para que a máquina celular tenha acesso à seqüência de nucleotídeos. Este descompactar é conseguido pela enzima helicase.

A função da helicase é remodelar a estrutura do DNA quebrando as ligações de hidrogênio entre os nucleotídeos emparelhados. A helicase de DNA também é importante durante a reparação dos danos no DNA e o processo de transcrição.

Estruturas de DNA alternativas

O modelo de Crick e Watson refere-se à estrutura mais comum do DNA, chamada de B-DNA. Mais duas conformações de DNA são muito mais raras na natureza: Z-DNA e A-DNA. O Z-DNA é uma hélice canhota sem diferenças fortes que definem os sulcos maiores e menores. O A-DNA é muito mais semelhante em estrutura ao B-DNA mas é mais comprimido e compacto.

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