estrutura do DNA e cromossomos

ESTRUTURA DO DNA E CROMOSSOMOS

A estrutura do material genético deve ter

certas características fundamentais. O

que é essencial para que o DNA ou

qualquer molécula possa ser

considerada material genético?

- Ela precisa armazenar

informações

- Deve ser capaz de replicar essas

informações com fidelidade

- Permitir que essa informação seja

expressa — ou seja, colocada em

prática.

- Precisa ser passível de variação.

Isso pode parecer contraditório, já que

esperamos estabilidade do material

genético, mas é justamente a capacidade

de variação que permite adaptação às

mudanças ambientais — o que, no longo

prazo, é essencial para a evolução das

espécies.

Sabemos com clareza que o material

genético é o DNA. Mas até 1944, isso não

era tão óbvio. Naquela época, acreditava-

se que as proteínas eram os candidatos

mais prováveis a armazenar a informação

genética. O DNA já era conhecido como

uma substância química, mas não se

imaginava que ele pudesse ter essa

função, enquanto as proteínas, por sua

diversidade e complexidade, pareciam

mais aptas a isso.

Compreensão do DNA como Material

Genético

História de como se chegou à conclusão

de que o DNA é, de fato, o material

genético. Em 1869, logo após os estudos

de Mendel (que só foram reconhecidos

anos depois), o cientista Friedrich

Miescher identificou uma substância

química presente no núcleo das células,

que chamou de "nucleína". Essa

substância era composta de DNA e

proteínas, mas naquela época sua função

ainda era desconhecida.

Em 1910, Phoebus Levene identificou os

componentes básicos do DNA — adenina,

timina, citosina e guanina — e propôs a

"teoria do tetranucleotídeo", segundo a

qual o DNA seria composto por unidades

repetidas desses quatro nucleotídeos.

Já em 1928, o cientista Frederick Griffith

descobriu o chamado "fator

transformante". Ele estava estudando a

bactéria *Streptococcus pneumoniae*,

causadora da pneumonia, e observou que

havia uma linhagem virulenta (que

causava a doença) e outra avirulenta (que

não causava). Ao injetar camundongos

com bactérias virulentas mortas

(aquecidas) misturadas com avirulentas

vivas, os camundongos morreram — e ele

encontrou bactérias virulentas vivas

nesses animais. Ele então propôs que

alguma substância das bactérias mortas

foi transferida para as vivas,

transformando-as. Ele não sabia o que

era essa substância, mas chamou de

"princípio transformante".

1944, os

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A estrutura do material genético deve ter certas características fundamentais. O que é essencial para que o DNA ou qualquer molécula possa ser considerada material genético?

Ela precisa armazenar informações
Deve ser capaz de replicar essas informações com fidelidade
Permitir que essa informação seja expressa — ou seja, colocada em prática.
Precisa ser passível de variação. Isso pode parecer contraditório, já que esperamos estabilidade do material genético, mas é justamente a capacidade de variação que permite adaptação às mudanças ambientais — o que, no longo prazo, é essencial para a evolução das espécies. Sabemos com clareza que o material genético é o DNA. Mas até 1944 , isso não era tão óbvio. Naquela época, acreditava- se que as proteínas eram os candidatos mais prováveis a armazenar a informação genética. O DNA já era conhecido como uma substância química, mas não se imaginava que ele pudesse ter essa função, enquanto as proteínas, por sua diversidade e complexidade, pareciam mais aptas a isso. Compreensão do DNA como Material Genético História de como se chegou à conclusão de que o DNA é, de fato, o material genético. Em 1869 , logo após os estudos de Mendel (que só foram reconhecidos anos depois), o cientista Friedrich Miescher identificou uma substância química presente no núcleo das células, que chamou de "nucleína". Essa substância era composta de DNA e proteínas, mas naquela época sua função ainda era desconhecida. Em 1910, Phoebus Levene identificou os componentes básicos do DNA — adenina, timina, citosina e guanina — e propôs a "teoria do tetranucleotídeo", segundo a qual o DNA seria composto por unidades repetidas desses quatro nucleotídeos. Já em 1928 , o cientista Frederick Griffith descobriu o chamado "fator transformante". Ele estava estudando a bactéria Streptococcus pneumoniae, causadora da pneumonia, e observou que havia uma linhagem virulenta (que causava a doença) e outra avirulenta (que não causava). Ao injetar camundongos com bactérias virulentas mortas (aquecidas) misturadas com avirulentas vivas, os camundongos morreram — e ele encontrou bactérias virulentas vivas nesses animais. Ele então propôs que alguma substância das bactérias mortas foi transferida para as vivas, transformando-as. Ele não sabia o que era essa substância, mas chamou de "princípio transformante". Em 1944 , os

cientistas Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty identificaram que esse "princípio transformante" era o DNA. Eles fizeram experimentos simples, porém elegantes, com extratos celulares tratados com enzimas que degradavam proteínas, RNA ou DNA. Quando o DNA era destruído, a transformação não ocorria — demonstrando que ele era, de fato, o responsável por transmitir a informação genética. A partir desse ponto, a atenção dos cientistas se voltou para entender melhor a estrutura e função do DNA. Entre 1949 e 1953 , Erwin Chargaff analisou a composição do DNA de diversos organismos e percebeu que a quantidade de adenina era sempre igual à de timina, e a de guanina igual à de citosina. Isso levou à ideia do pareamento de bases — um conceito fundamental para a estrutura do DNA. Em 1953 , James Watson e Francis Crick , utilizando dados de difração de raios X obtidos por Rosalind Franklin , propuseram o modelo da dupla hélice. Esse modelo mostra que o DNA é formado por duas fitas antiparalelas de nucleotídeos, enroladas em espiral. As fitas são mantidas unidas pelas bases nitrogenadas: adenina pareada com timina (com duas ligações de hidrogênio) e guanina com citosina (com três ligações). O DNA é um polímero de nucleotídeos (união de vários nucleotídeos). Cada polímero de nucleotídeo é formado por um grupo fosfato, um açúcar (a desoxirribose) e uma base nitrogenada. Quando o nucleotídeo está sem o fosfato, é chamado de nucleosídeo. A ligação entre os nucleotídeos forma uma cadeia contínua, com ligações fosfodiéster entre o carbono 3’ de um açúcar e o carbono 5’ do próximo. E ssas duas fitas de DNA são antiparalelas — uma vai do sentido 5’ para 3’, e a outra do 3’ para 5’. Essa orientação é essencial para a formação das ligações de hidrogênio entre as bases nitrogenadas. O DNA pode assumir diferentes formas estruturais dependendo do grau de hidratação: as formas A, B e Z. A forma B é a mais comum em condições fisiológicas, forma convencional in vivo — é a estrutura descrita por Watson e Crick. A forma A ocorre em condições de menor hidratação e é mais compacta. Não ocorre in vivo. Já a forma Z é mais alongada e tem uma hélice que gira para a esquerda,

Essas histonas se organizam em grupos de oito, chamados octâmeros, formando uma estrutura chamada nucleossomo. O DNA se enrola ao redor desses octâmeros, formando o primeiro nível de compactação. Cada nucleossomo contém duas moléculas de H2A, H2B, H3 e H. A histona H1 ajuda na organização dos nucleossomos, conectando-os e formando uma estrutura semelhante a um “colar de contas”. Essa estrutura pode ser observada ao microscópio eletrônico, onde cada "conta" do colar representa um nucleossomo. A partir disso, o DNA continua a se compactar, enrolando-se sobre um eixo central e formando uma fibra de 30 nanômetros. Posteriormente, essa fibra forma alças e se dobra ainda mais, alcançando até 300 nanômetros. Durante a interfase (quando a célula não está se dividindo), o DNA permanece compactado até esse nível. Já durante a divisão celular , essa compactação aumenta ainda mais, chegando a 700 nanômetros por cromátide, totalizando aproximadamente 1.4 micrômetro por cromossomo duplicado. Nessa fase, os cromossomos são claramente visíveis ao microscópio durante a metáfase na divisão celular. Cromossomo eucariótico Cada cromossomo é composto por uma única molécula de DNA. Quando o cromossomo está duplicado, possui duas moléculas de DNA idênticas, chamadas cromátides irmãs , unidas por uma região chamada centrômero. As extremidades de cada molécula de DNA do cromossomo são chamadas telômeros , no caso do cromossomo duplicado tem 4 telômeros e sua função é proteger o DNA contra a degradação,são sequências repetitivas (não codificantes) O centrômero é uma região estreita do cromossomo (região de constrição), onde ocorre a ligação com as fibras do fuso (cinetócoro) durante a divisão celular. Essa região é composta por sequências repetitivas de DNA (não codificantes) e possui conjunto de proteínas específicas que formam o cinetócoro. Os cromossomos eucarióticos podem ter 4 diferentes formas, classificadas conforme a posição do centrômero. Se o centrômero está na região mediana, o cromossomo é metacêntrico. Se estiver entre o meio e a extremidade, é submetacêntrico. Quando está próximo a uma extremidade, é acrocêntrico. Se estiver na extremidade, é telocêntrico. Em humanos, não existem cromossomos telocêntricos.

Os cromossomos também possuem braços: o braço curto é chamado de "p" e o braço longo de "q", independentemente do tamanho real. No cariótipo humano , os cromossomos são organizados do maior para o menor, com os autossomos (cromossomos não sexuais) organizados em ordem decrescente de tamanho, e os cromossomos sexuais (X e Y) colocados à parte. Os humanos são diploides e tem 23 pares de cromossomos. Cada espécie possui um número característico de cromossomos, e os indivíduos podem ser classificados como haploides e diploides. Uma célula haploide possui uma única cópia de cada cromossomo (n) , enquanto uma célula diploide possui dois pares (2n). Por exemplo, se uma célula diploide possui 2n = 4, isso significa que há dois pares de cromossomos, totalizando quatro. Já uma célula haploide com n = 2 possui dois cromossomos, um de cada tipo. Também podemos encontrar células com alterações no número de cromossomos, chamadas aneuploides. A aneuploidia ocorre quando há perda ou ganho de cromossomos. Se faltar um cromossomo, dizemos que a célula é 2n - 1; se houver um cromossomo a mais, será 2n + 1, e assim por diante. Essas alterações numéricas podem ter impactos importantes no funcionamento celular e no desenvolvimento do organismo.

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