sábado, 27 de setembro de 2008

Replicação do DNA - Experiências de Meselson e Stahl



O processo de replicação do DNA assegura tanto a produção de células geneticamente idênticas como a passagem da informação genética ao longo das gerações, em todos os organismos.
Na segunda metade do séc.XX surgiram três modelos que tentaram explicar o mecanismo da replicação: modelo conservativo, semiconservativo e dispersivo, esquematizados na imagem abaixo.




O modelo conservativo admitia que a molécula de DNA original apenas servia de molde para a formação de moléculas novas, que seriam formadas por duas novas cadeias de nucleótidos.
O modelo semiconservativo admitia que cada molécula nova de DNA seria formada por uma cadeia da molécula original e uma nova.
O modelo dispersivo admitia que cada molécula-filha seria formada por porções da molécula original e por regiões sintetizadas de novo, a partir de nucleótidos presentes na célula.


Meselson e Stahl levaram a cabo experiências que vieram apoiar o modelo semiconservativo.
Na primeira experiência cultivaram bactérias (Escherichia coli) em meios de cultura diferentes: um contendo um isótopo pesado de azoto (15N) e outro contendo azoto normal (14N). Verificaram que as bactérias cultivadas em 15N incorporam esse azoto nos seus nucleótidos formando um DNA com maior densidade, que se deposita mais próximo do fundo do tubo.


Na segunda experiência cultivaram novamente bactérias E.coli num meio de cultura com 15N. Após várias gerações de bactérias se terem desenvolvido no meio com azoto pesado, foram transferidas para um meio de cultura com azoto normal (14N). Verificou-se que as bactérias com azoto pesado utilizaram o azoto normal para produzirem novas cadeias de DNA. Assim, na primeira geração, cada molécula de DNA apresentou uma cadeia de nucleótidos com 15N (que provinha da geração parental) e outra com 14N (formada com nucleótidos que incorporaram o azoto presente no meio). Desta forma as moléculas de DNA apresentaram uma densidade intermédia entre DNA com 15N e DNA com 14N. Numa segunda geração verificou-se que há 50% de moléculas de DNA de densidade normal e 50% de densidade maior. Numa terceira geração verificou-se que existia 75% moléculas de DNA com densidade normal, e apenas 15% de densidade maior (ver figura abaixo).


Apenas a hipótese semiconservativa do DNA prevê e justifica estes resultados. É designada de replicação semiconservativa porque no final deste processo obtém-se duas moléculas de DNA exactamente iguais, com os nucleótidos dispostos na mesma sequência em que estavam dispostos na molécula original, e cada uma das moléculas fica com uma das cadeias da molécula original que lhes serviu de mole.


Actualmente sabe-se que a replicação do DNA é um processo complexo que envolve a acção de enzimas. As etapas da replicação semiconservativa são:
  1. Inicia-se pela ligação à molécula de DNA de um complexo enzimático, a DNA-polimerase.
  2. Este complexo desfaz a dupla hélice e corta as pontes de hidrogénio, provocando a separação das duas cadeias antiparalelas.
  3. À medida que as duas cadeias se separam, a DNA-polimerase vai ligando a cada uma das cadeias os nucleótidos complementares de acordo com a complementaridade das bases azotadas.
  4. Cada cadeia nucleotídica antiga serve assim de molde à nova cadeia antiparalela que se vai formando à passagem do complexo enzimático.

O modelo da replicação semiconservativa é, até hoje, o mais aceite.

Estrutura do DNA

O DNA é um polímero constituído por unidades designadas por nucleótidos. Cada nucleótido é constituído por uma pentose (desoxirribose, açúcar simples constituído por cinco átomos de carbono), à qual se ligam um grupo fosfato e uma base azotada.
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Ao observar a imagem verifica-se que num nucleótido, o carbono 5' da pentose está ligado ao grupo fosfato e o carbono 1' à base azotada.
Existem 4 tipos de nucleótidos dependendo da base azotada que possuem: adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G).
Cada novo nucleótido liga-se pelo grupo fosfato ao carbono 3' da pentose do último nucleótido da cadeia (reacção de síntese), repetindo-se o processo na direcção 5' - 3'.
À ligação sequencial de nucleótidos chama-se cadeia polinucleotídica.
A molécula de DNA, de acordo com o modelo proposto em 1953 por Watson e Crick, é constituída por duas cadeias de nucleótidos antiparalelas, ou seja, têm sentidos de crescimento inversos, e estão dispostas helicoidalmente. Esta dupla hélice mantém-se unida devido à complementaridade das bases azotadas que estabelecem ligações químicas entre si, as pontes de hidrogénio. A adenina do nucleótido de uma cadeia emparelha com a timina de um nucleótido da outra cadeia e a citosina com a guanina. Numa molécula de DNA a zona de ligação entre as bases azotadas de cada cadeia é considerada zona hidrofóbica e a zona onde se encontram as pentoses das cadeias é a zona hidrofílica.
As moléculas de DNA diferem pelo número de nucleótidos das cadeias e pela sequência de pares de bases azotadas complementares.
A estrutura de uma molécula de DNA é exemplificada neste curto vídeo. A "fita" referida no vídeo é uma cadeia polinucleotídica do DNA.

Investigações sobre o DNA

No séc.XX realizaram-se algumas experiências com o objectivo de evidenciar a importância do DNA. Venho aqui salientar algumas.
Um dos primeiros trabalhos relativos à importância do DNA, realizado em 1928, foi o de Frederick Griffith, bacteriologista, que constituíu o primeiro passo para a descoberta da importância do DNA. Na experiência mostrou-se que bactérias do tipo pneumococcus (causadoras de pneumonia) patogénicas, portadoras de cápsulas, quando mortas pelo calor e colocadas em contacto com bactérias não patogénicas, eram capazes de transformar as bactérias não patogénicas em bactérias patogénicas. Esta experiência levou Griffith a propôr um "Princípio Transformante". Ratos que recebiam a mistura de bactérias patogénicas mortas com não patogénicas vivas contraíam pneumonia, verificando-se a presença de bactérias patogénicas no seu sangue. (figura abaixo)


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Alguns anos mais tarde, em 1942, Avery e colaboradores, baseados na experiência de Griffith, separaram o extracto celular em várias fracções (proteínas, DNA, glícidos, lípidos) e repetiram a experiência com os Pneumococcus. Apenas a fracção contendo DNA recuperou a capacidade das bactérias formarem novamente a cápsula. A fracção de DNA não perdia a sua capacidade transformante quando tratada com proteases ou quando era aquecido, todavia, o mesmo não acontecia para o tratamento com DNAse.

Outra experiência que ajudou a confirmar que o DNA era o suporte da informação genética, foi a experiência de Alfred Hershey e Martha Chase em 1952. Para essa experiência marcaram-se duas culturas de fagos (vírus que infectam bactérias) , uma com fosfato radioactivo (32P) e outra com enxofre radioactivo (35S), sendo que o fósforo se encontrava no DNA e o enxofre nas proteínas. Verificou-se que os fagos ao fixarem-se na parede da bactéria introduziram nela o seu DNA mas as proteínas ficaram no exterior. Uma vez no interior da bactéria, o DNA do vírus multiplicou-se e, por outro lado, a bactéria passa a produzir protéinas virais, que vão constituir a cápsula dos novos vírus, a bactéria passa então a "obedecer às ordens do vírus" (ver imagem abaixo). Photobucket

Foi após as experiências de Hershey e Chase que se aceitou ser o DNA o suporte físico da informação genética.

A descoberta do DNA - Artigo

Em 1953, a ciência descobriu a estrutura do material genético, a molécula de ADN (ácidodesoxirribonucleico): a revista «Nature» publicava um artigo mostrando a estrutura em forma de dupla hélice - semelhante a uma escada espiral - da autoria de James Watson e Francis Crick.
Os dois já deixavam claro a revolução que isso significaria. A forma da molécula permitia entender como era possível haver duplicação e como poderia servir de código para a fabricação da proteínas - resumidamente, a forma como a vida se reproduz. Depois de decifrada a estrutura básica, a ciência foi desvendando as letras que constituem o código, ou, outro tipo de analogia, os degraus da escada espiral. Cada degrau da escada é formado por um par de bases químicas, seja timina ligada a adenina, seja citosina com guanina. Essa sequência de apenas quatro bases basta para todos os processos biológicos - seja a fabricação de células nervosas, sangue ou ossos, seja a produção de enzimas e hormonas que regulam o metabolismo de um ser vivo. Em 1988 foi aprovado pelo Governo dos EUA a adopção de um plano de pesquisas, o Projecto Genona Humano, com a duração de 15 anos, com o objectivo de decifrar todos os genes do corpo humano. Os genes são pedaços de ADN com funções específicas; são a unidade do código hereditário ou «genético». Todos os cerca de 30 000 genes de um ser humano constituem o seu genoma.


Artigo retirado da revista Nova Gente, 1997

domingo, 21 de setembro de 2008

Extracção de moléculas de DNA




Com esta experiência conclui que o ADN:

- É pouco solúvel (pois não se dissolve facilmente)

- É muito pouco denso (dirigiu-se em direcção ao álcool, que já por si é muito pouco denso)

- Possui ligações muito fracas, pois partem-se com muita facilidade, isto porque estas são feitas através de pontes de hidrogénio (as ligações através do hidrogénio são pouco intensas do ponto de vista energético).

terça-feira, 16 de setembro de 2008

A Origem da vida na Terra






Tentei procurar vídeos relacionados com o próximo tema em estudo e encontrei este que fala da origem da vida e das teorias que alguns cientistas propôem para essa origem.

Eu acredito que a vida tenha aparecido aqui na Terra e não tenha sido originada por microorganismos primitivos que vieram do espaço e encontraram aqui na Terra um meio adequado para se desenvolverem e formarem os seres vivos.
No futuro e com os avanços tecnológicos haverá com certeza uma resposta a esta pergunta!