Ácido desoxirribonucleico ou DNA é uma molécula que é o portador de informação genética em quase todos os organismos vivos. Contém as instruções biológicas para o desenvolvimento, sobrevivência e reprodução dos organismos. O DNA é encontrado no núcleo de uma célula onde é embalado numa forma compacta chamada cromossoma com a ajuda de várias proteínas conhecidas como histonas. Também é encontrado em estruturas celulares chamadas mitocôndrias. No entanto, no caso de procariotas, o DNA não está encerrado num núcleo ou numa membrana, mas está presente no citoplasma. O ADN em procariotas em geral é circular e super-coilado sem quaisquer histones. O DNA armazena informação genética como uma sequência de nucleotídeos em regiões especiais conhecidas como genes que são usados para fazer proteínas. A expressão da informação genética em proteínas é um processo em duas fases em que a seqüência de nucleotídeos no DNA é convertida em uma molécula chamada ácido ribonucleico ou RNA por um processo chamado transcrição. O RNA é usado para fazer proteínas através de outro processo chamado tradução. O genoma humano contém quase 3 – 109 bases com cerca de 20.000 genes em 23 cromossomas.

DNA foi descoberto pelo bioquímico alemão Frederich Miescher no ano de 1869. Baseado nos trabalhos de Erwin Chargaff, James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins e Rosalind Franklin, a estrutura do DNA foi descoberta no ano de 1953. A estrutura do DNA é uma : duas fitas complementares de polinucleotídeos que correm em direções opostas e são mantidas juntas por ligações de hidrogênio entre elas. Esta estrutura ajuda o DNA a se replicar durante a divisão celular e também para que uma única fita sirva como modelo durante a transcrição.

• 1 Características de uma molécula de ADN
  • 1.1 Hélice dupla
  • 1.2 Bases Complementares
  • 1.3 Desnaturação e renaturação de DNA
  • 1.4 Ranhuras
• 2 Funções Biológicas
  • 2.1 Replicação
  • 2.2 Transcrição e Tradução
• 3 Formas de DNA
• 4 História da Estrutura do DNA
• 5 Modelos de DNA

Características de uma molécula de DNA

Dupla Hélice

consiste em duas cadeias de polinucleotídeos, . O em ADN é composto por uma ligação de 5′, que está ligada por uma ligação beta glicosídica a uma purina ou pirimidina . A de ribose é um determinante principal de qual das Formas de DNA está presente. Nesta cena, que mostra o ADN B, o carbono 2′ está fora do plano dos outros membros do anel de cinco membros. Os quatro tipos de bases são as duas bases purínicas de dois anéis duplos e as duas bases pirimidinas de um anéis e os átomos de hidrogênio em alguns átomos de nitrogênio e oxigênio podem sofrer mudanças tautoméricas. Os átomos de nitrogênio que estão envolvidos na formação do tautômero aparecem como grupos amino ou imino e os átomos de oxigênio estão em formas keto ou enol. Há uma preferência pelas formas de amino e keto, que é muito crucial para o funcionamento biológico do DNA, uma vez que proporciona uma deoxirribose e leva à especificidade da ligação de hidrogênio no emparelhamento de bases e, portanto, complementaridade das cadeias. O imino nitrogênio só pode servir como um átomo doador na ligação do hidrogênio, mas o amino nitrogênio também pode servir como um átomo receptor. Cada nucleotídeo de uma cadeia de DNA é ligado a outro através de . Existem quatro nucleotídeos no DNA. A espinha dorsal do DNA é muito regular devido à ligação fosfodiéster, enquanto a ordenação das bases é altamente irregular.

A C G T

Purinas Pirimidinas

Bases Complementares

As duas cadeias num DNA são unidas por ligações de hidrogénio entre bases específicas. A adenina forma pares de bases com a timina e a guanina com a citosina. Este par de bases específicas entre e é conhecido como o par de bases Watson-Crick. A especificidade da ligação de hidrogênio entre bases leva à complementaridade na seqüência de nucleotídeos nas duas cadeias. Assim, num filamento de DNA o conteúdo de adenina é igual ao de timina e o conteúdo de guanina é igual ao de citosina. Em geral, o DNA com maior conteúdo de GC é mais estável do que aquele com maior conteúdo de AT devido à estabilização devido a interações de empilhamento de bases.

Desnaturação e renaturação de DNA

Uma cadeia dupla de DNA pode ser separada em duas cadeias simples, quebrando as ligações de hidrogênio entre elas. Isto é conhecido como desnaturação de ADN. A energia térmica fornecida pelo aquecimento pode ser usada para derreter ou desnaturar o ADN. As moléculas com conteúdo rico em GC são mais estáveis e, portanto, desnaturam a temperaturas mais altas em comparação com as que têm maior conteúdo de AT. A temperatura de fusão é definida como a temperatura em que metade dos fios de ADN estão em estado de dupla hélice e metade está em estado de bobina aleatória. Os fios simples de DNA desnaturados têm a capacidade de renaturalizar e formar novamente DNA com fio duplo.

Ranhuras

Em uma das bases que estão pareadas entre si, mas posicionadas em um ângulo. Isto resulta em espessuras dorsais desigualmente espaçadas e dá origem a duas ranhuras: a e a de largura e profundidade diferentes. As estão na superfície da ranhura menor, e a ranhura maior está no lado oposto. O chão ou superfície da ranhura maior é preenchido com o . O tamanho maior da ranhura maior permite a ligação de proteínas específicas do DNA.

Funções Biológicas

Sources:

Replicação

DNA sofre o que é conhecido como modo de replicação semi-conservador onde o DNA filha contém um fio de DNA do pai. A replicação prossegue através do desenrolamento da dupla hélice seguida por iniciadores de síntese a partir de onde a replicação começa. Uma enzima DNA polimerase sintetiza filamentos complementares a cada filamento de DNA pai a partir de 5′-3′ direcção.

Transcrição e Tradução

A expressão de genes em proteínas e é um processo que envolve dois estágios chamados transcrição e tradução. Na fase de transcrição uma fita de molécula de DNA serve como modelo para a síntese de uma molécula de RNA chamada RNA mensageiro. Este RNA mensageiro é então traduzido em proteínas em ribossomos.

Formas de DNA

Para uma comparação das diferentes formas de DNA, veja as formas de DNA.

História da Estrutura do DNA

O seguinte resumo é copiado de um Atlas de Macromoléculas com permissão:

Foi mostrado que os genes residiam no DNA em 1944 (Avery et al.) e isto se tornou amplamente aceito após as experiências de 1952 de Hershey e Chase. A estrutura helicoidal dupla do DNA foi prevista por James Watson e Francis Crick em 1953 (Prêmio Nobel, 1962). Sua predição foi baseada em parte em estudos de difração de raios X por Rosalind Franklin, a quem Watson e Maurice Wilkins deram crédito inadequado. A dupla hélice prevista da forma B não foi confirmada com estruturas de cristal de resolução atômica até 1973, primeiro usando dinucleotídeos de RNA (Rosenberg et al.). A primeira estrutura cristalina contendo mais que uma volta completa da dupla hélice não foi resolvida até 1980 (1bna, 1981, 12 pares de bases). O atraso de mais de um quarto de século entre a previsão e a confirmação empírica envolveu o desenvolvimento da cristalografia de raios X para macromoléculas, e a necessidade de produzir uma sequência curta e definida de DNA para cristalização. Este breve relato é baseado em uma revisão de Berman, Gelbin, e Westbrook , onde as referências serão encontradas.

Modelos de DNA

O modelo de DNA usado nas cenas do presente artigo é um modelo teórico (Image:B-DNA.pdb), não disponível no Banco de Dados de Proteínas. O arquivo PDB não segue certas convenções de formato PDB:

• As bases são designadas ADE, CYT, GUA, e THY ao invés dos padrões DA, DC, DG e DT.
• As cadeias não são nomeadas. Normalmente elas seriam nomeadas A e B.

Uma cadeia contém resíduos numerados de 1-12 na seqüência CGCG AATT CGCG. A outra cadeia contém resíduos numerados 13-24 com uma sequência idêntica (antiparalela).

Modelos teóricos normalmente representam a conformação idealizada do DNA, enquanto o DNA real pode ter várias irregularidades incluindo dobras e dobras (ver exemplos ligados ao repressor Lac). Existem muitos modelos empíricos para ADN, tendo os primeiros ficado disponíveis nos anos 70 e 80 (ver acima). Em Maio de 2012, o Banco de Dados de Proteínas contém cerca de 4.000 entradas contendo ADN. Mais de 1.300 contêm apenas ADN, enquanto mais de 2.000 contêm complexos proteína-ADN. Mais de 100 entradas contêm proteínas, DNA e RNA, e mais de 100 contêm moléculas híbridas de DNA/RNA.

Para visualizações mais interativas de DNA, veja DNA.MolviZ.Org, um tutorial que está disponível em nove idiomas.