DNA

Hereditariedade - DNA

Ácidos nucleicos

Os ácidos nucleicos são as moléculas responsáveis pela hereditariedade. Os seres vivos apresentam dois tipos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido ribonucleico (RNA).

Tanto o DNA como o RNA são macromoléculas constituídas por algumas centenas ou milhares de unidades ligadas entre si. As unidades são chamadas nucleotídeos. Cada nucleotídeo é constituído de 3 partes, um grupo fosfato, ligado a uma pentose (açúcar de 5 carbonos), que por sua vez está ligado a uma base orgânica nitrogenada.

Representação do nucleotídeo:

Uma molécula de ácido nucleico é portanto uma longa cadeia de nucleotídeos ligados entre si pelos seus grupos fosfatos, sendo que o fosfato, de cada nucleotídeo se liga ao açúcar do nucleotídeo vizinho.

No nucleotídeo de DNA, o açúcar presente é a desoxirribose. Já no nucleotídeo de RNA, é a ribose.

Cinco são as bases nitrogenadas mais frequentes nos ácidos nucleicos: adenina, guanina, citosina, timina e uracila. Adenina e guanina são bases púricas. Citosina, timina e uracila são bases pirimídicas.

Das cinco bases nitrogenadas, 3 delas são comuns ao DNA e ao RNA: são a adenina, a guanina e a citosina. Já a timina é exclusiva do DNA, enquanto a uracila só se encontra no RNA.

Disso decorre que uma molécula de DNA, por maior que seja terá apenas 4 tipos de nucleotídeos, todos possuindo desoxirribose, no entanto diferindo quanto ao tipo de base. Já numa molécula de RNA, os 4 tipos de nucleotídeos terão a ribose, e uma das 4 bases nitrogenadas.

Estrutura da molécula de DNA

Watson e Crick propuseram em 1953 um modelo da molécula de DNA. Este modelo foi confirmado desde então por muitos dados experimentais. Neste modelo, a molécula é constituída por duas cadeias de nucleotídeos. Cada cadeia é composta por vários nucleotídeos ligados uns aos outros pelos fosfatos. Além disso, as duas cadeias estão ligadas uma à outra, pelas suas bases nitrogenadas, através de pontes de hidrogênio. Observe no esquema:

Uma molécula de DNA se assemelha então, a uma escada de corda: nela, fosfatos e pentoses representam os corrimões, enquanto que os degraus da escada são representados pelos pares de bases. No entanto, e ainda segundo Watson e Crick, a "escada de corda" se apresentaria torcida, e em forma de dupla hélice, como você pode ver no esquema.

Papel biológico do DNA - autoduplicação

As espécies biológicas são muito estáveis quanto às suas características básicas: por exemplo, a espécie humana não mudou apreciavelmente nos últimos milhares de anos. Essa estabilização nas características fundamentais das espécies é conseguida pela transmissão de genes, de geração à geração. Os genes (segmentos da molécula de DNA) "ditam" as características dos organismos.

Faz-se necessário então um mecanismo de duplicação dos genes, de tal forma que os destinados aos descendentes sejam idênticos aos dos pais. O DNA tem a capacidade de se autoduplicar, isto é, copiar o seu código genético.

Nas divisões celulares (mitoses) mesmo não relacionadas com a reprodução, as células filhas recebem um conjunto de genes idênticos ao da célula-mãe; neste caso também, cada molécula de DNA produz uma cópia fiel, ou seja, se autoduplica.

Além de compor a cromatina (cromossomos) nuclear, o DNA aparece nos orgânulos celulares mitocôndrias, cloroplastos e centríolos codificando suas atividades, produção de proteínas e capacidade multiplicativa.

Para o DNA se duplicar, há necessidade de uma enzima especial, DNA polimerase. A enzima estando presente, ocorrem as seguintes etapas:

a) as pontes de hidrogênio que ligam as bases nitrogenadas se rompem, as duas fitas se afastam.

b) nucleotídeos livres de DNA, que já existem na célula, se encaixam nas duas fitas que se afastaram. O encaixe só ocorre se as bases forem complementares.

c) quando as duas fitas originais tiverem sido completadas por nucleotídeos novos, estaremos em presença de duas moléculas de DNA idênticas entre si. Em cada molécula, há um filamento antigo, que pertencia a molécula-mãe, e um novo, que se formou a partir do antigo (duplicação semiconservativa).

O que é um gene?

A molécula de DNA é formada por uma dupla fila de nucleotídeos, torcida como um saca-rolhas. Um gene é um pedaço dessa molécula. De fato, em uma única molécula de DNA, distinguem-se centenas ou milhares de genes. Isso é possível porque, ao longo da molécula, existem sequências de nucleotídeos que sinalizam o fim de um gene e o começo de outro, sem que isso fragmente a molécula. A molécula inteira, envolvida por proteínas, forma um cromossomo. É como um comboio, em que cada vagão representa um gene e cada engate distingue um gene do seguinte.

As proteínas ingeridas na alimentação, como as do leite, da carne ou do feijão, são digeridas no tubo digestivo, isto é, seus aminoácidos são separados, formando moléculas independentes. Portanto, nenhuma proteína é absorvida. Só seus aminoácidos entram no sangue e são distribuídos às nossas células. Desse modo, as milhares de proteínas diferentes que formam nosso corpo têm de ser sintetizadas por nossas células. Nenhuma vem de fora.

Pois bem, a série de aminoácidos de cada proteína que sintetizamos é determinada pela sequência de nucleotídeos do gene que codifica aquela proteína. Se temos milhares de proteínas no corpo, conclui-se que temos milhares de genes ativos, que determinam a síntese dessas proteínas.

Estrutura do núcleo

Geralmente as células apresentam um núcleo único aproximadamente esférico e mais ou menos central. O núcleo apresenta uma membrana nuclear ou carioteca, suco nuclear ou cariolinfa, cromatina e nucléolos.

A carioteca é dupla, sendo constituída por uma membrana interna e outra externa. Ribossomos podem estar presentes na carioteca, ao lado do hialoplasma. A carioteca é porosa, lipoproteica e a cada divisão celular ela se desorganiza e se reconstitui nas células-filhas.

Numa célula em interfase - período anterior à divisão celular - a cromatina aparece como uma massa filamentosa emaranhada, mais ou menos homogênea no interior do núcleo.

Durante a interfase cada cromossomo é constituído por um filamento de DNA extremamente fino, e enrolado em grânulos de proteínas histonas, chamado cromonema. A cromatina interfásica é então constituída pelo conjunto de cromonemas emaranhados no interior do núcleo.

O filamento de cromatina (DNA + histonas) cromossômica, na interfase, apresenta regiões mais condensadas (heterocromatina) e menos espiralizadas (eucromatina). Antes da célula dividir-se o cromossomo vai ficando mais condensado e curto, devido ao frouxo enrolamento da eucromatina; cada cromossomo apresenta-se duplicado, porém os dois filamentos (cromátides) estão unidos num único ponto: o centrômero, que é uma região heterocromática (constrição primária). Todas as outras constrições do mesmo cromossomo serão secundárias.

O número de cromossomos é fixo dentro de uma mesma espécie: o homem possui 46 cromossomos, a drosófila 8, o milho 20. Na maioria dos organismos, apresentam-se aos pares, constituindo os cromossomos homólogos (cariótipo). Assim, os 46 cromossomos são 23 pares de homólogos; cada núcleo tem dois conjuntos semelhantes de cromossomos (2 genomas), sendo por isso, diploide (2n = 46).

Lado a lado, em cromossomos homólogos, estão os genes alelos codificando cada característica hereditária.

A forma dos cromossomos depende da relação de tamanho entre seus braços, determinada pela posição dos centrômeros. Apresenta 4 tipos:

1. Metacêntricos: o centrômero ocupa a posição média do cromossomo, deixando dois braços com mesmo comprimento.

2. Submetacêntricos: tendo o centrômero um pouco deslocado para uma das extremidades, forma dois braços com diferentes tamanhos.

3. Acrocêntricos: estando o centrômero bastante deslocado para uma das extremidades. Apresentará um dos braços bem mais comprido que o outro.

4. Telocêntricos: o centrômero está numa das extremidades, deixando um só braço cromossômico.

Do núcleo das células (por exemplo, da mucosa bucal), podemos montar o cariótipo, que indica número, tamanho, forma e características dos cromossomos de uma espécie.

Veja os cromossomos homólogos numa célula diploide, ou seja, célula normal do corpo:

As células reprodutoras ou gametas dos organismos diploides, por sua vez, têm um único conjunto de cromossomos - um genoma - sendo, por isso haploides (n). Portanto, na transmissão das características hereditárias, cada descendente recebe 50% da codificação genética de seu pai - através do espermatozoide - e 50% da sua mãe - através do óvulo.

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