Microbiologia (Português)

Objetivos

• Descrever a estrutura bioquímica do deoxyribonucleotides
• Identificar os pares de base utilizada na síntese de deoxyribonucleotides
• a Explicar por que a dupla hélice do DNA é descrito como antiparallel

Figura 1., a) cada desoxirribonucleótido é constituído por um açúcar denominado desoxirribose, um grupo fosfato e uma base azotada—neste caso, adenina. b) os cinco carbonos da desoxirribose são designados por 1ʹ, 2ʹ, 3ʹ, 4ʹ e 5..

Figura 2. Bases azotadas dentro do DNA são categorizadas em duas anéis de purinas adenina e guanina e as pirimidinas de anel único citosina e timina. A timina é única para o ADN.

Figura 3. Ligações fosfodiésteres formam-se entre o grupo fosfato ligado ao carbono 5ʹ de um nucleótido e o grupo hidroxilo do carbono 3ʹ no próximo nucleótido, trazendo polimerização de nucleótidos em cadeias de ácido nucleico. Note as extremidades 5ʹ e 3ʹ desta cadeia de ácidos nucleicos.,

pense sobre isso

• O que significa as extremidades 5ʹ e 3ʹ de uma cadeia de ácido nucleico?descobrindo a dupla hélice

  no início da década de 1950, evidências consideráveis haviam se acumulado indicando que o DNA era o material genético das células, e agora a corrida estava para descobrir sua estrutura tridimensional., Em torno deste tempo, bioquímico Austríaco Erwin Chargaff (1905-2002) analisou o conteúdo de DNA em espécies diferentes e descobriu que a adenina, timina, guanina e citosina não foram encontrados em quantidades iguais, e que é variado de espécie para espécie, mas não entre indivíduos da mesma espécie. Ele descobriu que a quantidade de adenina era muito perto de igualar a quantidade de timina, e a quantidade de citosina estava muito perto de igualar a quantidade de guanina, ou A = T e G = C. Estas relações são também conhecidas como regras de Chargaff.,

  

  Figura 4. O padrão de difração de raios-X do ADN mostra a sua natureza helicoidal. (credit: National Institutes of Health)

  outros cientistas também exploraram ativamente este campo durante meados do século XX. Em 1952, o cientista americano Linus Pauling (1901-1994) foi o principal químico estrutural e favorito do mundo para resolver a estrutura do DNA., Pauling havia descoberto anteriormente a estrutura das hélices de proteína α, usando difração de raios X, e, baseado em imagens de difração de raios X de DNA feitas em seu laboratório, ele propôs um modelo de DNA de cadeia tripla. Ao mesmo tempo, pesquisadores britânicos Rosalind Franklin (1920-1958) e seu estudante de graduação R. G. Gosling também estavam usando difração de raios X para entender a estrutura do DNA (Figura 4). Foi a experiência científica de Franklin que resultou na produção de imagens de difração de raios-X mais bem definidas do DNA que iria claramente mostrar a estrutura geral de dupla hélice do DNA.,James Watson (1928–), um cientista americano, e Francis Crick (1916-2004), um cientista britânico, estavam trabalhando juntos na década de 1950 para descobrir a estrutura do DNA. Eles usaram as regras de Chargaff e as imagens de difração de raios-X de Franklin e Wilkins de fibras de DNA para montar a combinação purina-pirimidina da molécula de DNA duplo helicoidal (Figura 5). Em abril de 1953, Watson e Crick publicaram seu modelo de dupla hélice de DNA na natureza. A mesma edição também incluiu artigos de Wilkins e colegas, cada um descrevendo diferentes aspectos da estrutura molecular do DNA., Em 1962, James Watson, Francis Crick e Maurice Wilkins foram agraciados com o Nobel de Fisiologia e medicina. Infelizmente, até então Franklin tinha morrido, e os prêmios Nobel na época não foram concedidos postumamente. No entanto, prosseguiram os trabalhos sobre a aprendizagem da estrutura do ADN. Em 1973, Alexander Rich (1924-2015) e colegas foram capazes de analisar cristais de DNA para confirmar e elucidar ainda mais a estrutura do DNA.

  

  Figura 5., Em 1953, James Watson e Francis Crick construíram este modelo da estrutura do DNA, mostrado aqui em exposição no Science Museum em Londres.Qual é o mérito dos cientistas por descreverem a estrutura molecular do ADN?

  estrutura do ADN

  Watson e Crick propuseram que o ADN é constituído por duas cadeias que são torcidas uma à outra para formar uma hélice destraada. As duas cadeias de ADN são antiparalelas, de tal forma que a extremidade 3ʹ de uma cadeia enfrenta a extremidade 5ʹ da outra (figura 6)., A extremidade 3ʹ de cada cadeia tem um grupo hidroxilo livre, enquanto a extremidade 5ʹ de cada cadeia tem um grupo fosfato livre. O açúcar e o fosfato dos nucleótidos polimerizados formam a espinha dorsal da estrutura, enquanto as bases azotadas são empilhadas no interior. Estas bases azotadas no interior da molécula interagem entre si, emparelhamento base.

  a análise dos padrões de difração do ADN determinou que existem aproximadamente 10 bases por volta do ADN., O espaçamento assimétrico das espinhas dorsais de fosfato de açúcar gera grandes ranhuras (onde a espinha dorsal está muito distante) e pequenas ranhuras (onde a espinha dorsal está próxima) (figura 6). Estas ranhuras são locais onde as proteínas se podem ligar ao ADN. A ligação destas proteínas pode alterar a estrutura do ADN, regular a replicação ou regular a transcrição do ADN em ARN.

  

  Figura 6. Watson e Crick propuseram o modelo Double helix para o DNA., a) as espinhas dorsais de fosfato de açúcar estão do lado de fora da dupla hélice e as purinas e pirimidinas formam os “degraus” da escada de hélice de ADN. b) as duas cadeias de ADN são antiparalelares uma à outra. c) a direcção de cada cadeia é identificada pela numeração dos Carbões (1 a 5) em cada molécula de açúcar. O fim 5ʹ é aquele em que o carbono #5 não está ligado a outro nucleótido; o fim 3ʹ é aquele em que o carbono #3 não está ligado a outro nucleótido.

  emparelhamento de Base ocorre entre uma purina e pirimidina., No DNA, adenina (A) e timina (T) são pares de base complementares, e citosina (C) e guanina (G) também são pares de base complementares, explicando as regras de Chargaff (Figura 7). Os pares de base são estabilizados por ligações de hidrogênio; adenina e timina formam duas ligações de hidrogênio entre eles, enquanto citosina e guanina formam três ligações de hidrogênio entre eles.

  

  Figura 7. Ligações de hidrogênio formam-se entre bases azotadas complementares no interior do DNA.,

  no laboratório, expondo as duas cadeias de ADN da dupla hélice a altas temperaturas ou a determinados produtos químicos, pode quebrar as ligações de hidrogénio entre bases complementares, separando assim as cadeias em duas cadeias de ADN separadas (ADN de cadeia simples ). Este processo é chamado de desnaturação do DNA e é análogo à desnaturação proteica, como descrito em proteínas. As cadeias de ssDNA também podem ser colocadas juntas como DNA de cadeia dupla (dsDNA), através de reanálise ou renaturação por resfriamento ou remoção dos desnaturantes químicos, permitindo que essas ligações de hidrogênio se reformem., A capacidade de manipular artificialmente o ADN desta forma é a base para várias técnicas importantes da biotecnologia (Figura 8). Devido à ligação de hidrogênio adicional entre o par de base C = G, O DNA com um alto teor de GC é mais difícil de desnaturar do que o DNA com um menor teor de GC.

  

  Figura 8. No laboratório, a dupla hélice pode ser desnaturada com DNA de cadeia única através da exposição ao calor ou produtos químicos, e depois renaturada através do resfriamento ou remoção de desnaturantes químicos para permitir que as cadeias de DNA reanalisem., (credit: modification of work by Hernández-Lemus E, Nicasio-Collazo LA, Castañeda-Priego R)

  View an animation on DNA structure from the DNA Learning Center to learn more.

  pense sobre isso

  • Quais são os dois pares de base complementares de DNA e como eles estão ligados entre si?

  função do ADN

  ADN armazena a informação necessária para construir e controlar a célula. A transmissão desta informação das células mãe-filha é chamada de transferência genética vertical e ocorre através do processo de replicação do DNA., O DNA é replicado quando uma célula faz uma cópia duplicada de seu DNA, então a célula se divide, resultando na distribuição correta de uma cópia de DNA para cada célula resultante. O DNA também pode ser enzimaticamente degradado e usado como uma fonte de nucleósidos e nucleótidos para a célula. Ao contrário de outras macromoléculas, o DNA não serve um papel estrutural nas células.como é que o ADN transmite informação genética à descendência?,historicamente, as mulheres têm sido sub-representadas nas ciências e na medicina, e muitas vezes as suas contribuições pioneiras têm passado relativamente despercebidas. Por exemplo, apesar de Rosalind Franklin ter realizado os estudos de difração de raios-X demonstrando a estrutura helicoidal dupla do DNA, foi Watson e Crick que se tornaram famosos por esta descoberta, baseando-se em seus dados., Ainda há uma grande controvérsia sobre se a aquisição de seus dados foi apropriada e se conflitos de personalidade e preconceito de gênero contribuíram para o reconhecimento tardio de suas contribuições significativas. Da mesma forma, Barbara McClintock fez um trabalho pioneiro na genética do milho da década de 1930 até a década de 1950, descobrindo transposons (genes saltitantes), mas ela não foi reconhecida até muito mais tarde, recebendo um Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1983 (Figura 9).actualmente, as mulheres continuam sub-representadas em muitos domínios da ciência e da medicina., Enquanto mais de metade dos diplomas de graduação em ciências são concedidos a mulheres, apenas 46% dos diplomas de doutoramento em ciências são atribuídos a mulheres. Na academia, o número de mulheres em cada nível de progressão na carreira, continua a diminuir, com as mulheres ocupam menos de um terço dos cargos do Ph D. nível cientistas na posse-faixa de posições, e menos de um quarto do total cátedras nas 4 anos de faculdades e universidades., Mesmo nas profissões de saúde, como quase todas as outras áreas, as mulheres são muitas vezes sub-representadas em muitas carreiras médicas e ganham significativamente menos do que seus homólogos masculinos, como mostrado em um estudo de 2013 publicado pela Revista da Associação Médica Americana.por que essas disparidades continuam a existir e como quebramos esses ciclos? A situação é complexa e provavelmente resulta da combinação de vários fatores, incluindo como a sociedade condiciona os comportamentos das meninas de tenra idade e apoia seus interesses, tanto profissionalmente quanto pessoalmente., Alguns têm sugerido que as mulheres não pertencem ao laboratório, incluindo o vencedor do Prêmio Nobel Tim Hunt, cujos comentários públicos de 2015 sugerindo que as mulheres são muito emocionais para a ciência foram recebidos com condenação generalizada.talvez as raparigas devam ser mais apoiadas desde tenra idade nas áreas da ciência e da matemática (Figura 9). Os programas de Ciência, Tecnologia, Engenharia e matemática (STEM) patrocinados pela American Association of University Women (AAUW) e National Aeronautics and Space Administration (NASA) são excelentes exemplos de programas que oferecem tal apoio., As contribuições das mulheres na ciência devem ser divulgadas mais amplamente ao público, e o marketing dirigido às jovens raparigas deve incluir mais imagens de cientistas e profissionais de saúde de sucesso histórico e profissional, incentivando todas as jovens mentes brilhantes, incluindo raparigas e mulheres, a prosseguirem carreiras na ciência e na medicina.

  

  Figura 9. (a) o trabalho de Barbara McClintock sobre a genética do milho nos anos 1930 a 1950 resultou na descoberta de transposões, mas seu significado não foi reconhecido na época., b) os esforços de orientação adequada e de Apoio Social contínuo às mulheres no domínio da ciência e da medicina podem, um dia, contribuir para atenuar algumas das questões que impedem a igualdade entre homens e mulheres a todos os níveis na ciência e na medicina. (crédito a: modification of work by Smithsonian Institution; crédito B: modification of work by Haynie SL, Hinkle AS, Jones NL, Martin CA, Olsiewski PJ, Roberts mf)