O DNA é uma hélice de fita dupla que armazena informação genética. Sua estrutura e topologia são fundamentais para sua função na replicação, transcrição e reparo, e a molécula pode adotar diferentes conformações dependendo da sequência e condições ambientais.
Blocos de Construção de Nucleotídeos
O DNA é um polímero de desoxirribonucleotídeos, cada um consistindo em três componentes. Uma base nitrogenada, purina (adenina ou guanina) ou pirimidina (citosina ou timina), está ligada ao carbono 1’ da desoxirribose. Um grupo fosfato é esterificado ao carbono 5’. Os nucleotídeos são ligados por ligações fosfodiéster entre o fosfato 5’ de um nucleotídeo e a hidroxila 3’ do seguinte, criando um esqueleto açúcar-fosfato com direcionalidade.
A Dupla Hélice
A estrutura clássica do DNA B, descrita por Watson e Crick em 1953, é uma dupla hélice dextrógira com várias características-chave. Duas fitas polinucleotídicas correm antiparalelas, uma orientada 5’ para 3’ e a outra 3’ para 5’. Os esqueletos açúcar-fosfato estão na parte externa, enquanto as bases paream no interior através de pontes de hidrogênio. A adenina pareia com timina através de duas pontes de hidrogênio, e a guanina pareia com citosina através de três pontes de hidrogênio, tornando as sequências ricas em GC mais estáveis. A hélice tem um diâmetro de cerca de 2 nm, uma elevação de 0,34 nm por par de bases e completa uma volta a cada 10,5 pares de bases.
Conformações Alternativas do DNA
O DNA B é a forma mais comum sob condições fisiológicas, mas o DNA pode adotar outras conformações. O DNA A é uma hélice dextrógira mais curta e larga que se forma sob condições desidratantes e é relevante para híbridos DNA-RNA. O DNA Z é uma hélice sinistrógira com um esqueleto zig-zag que se forma em sequências alternadas de purina-pirimidina, particularmente repetições CG. A formação de DNA Z é favorecida por superenrolamento negativo e pode ter papéis regulatórios na transcrição.
Superenrolamento do DNA
O DNA nas células deve ser compactado para caber dentro do núcleo ou célula. Moléculas de DNA circular, como cromossomos bacterianos e plasmídeos, tornam-se superenroladas quando excessivamente enroladas ou subenroladas. O superenrolamento negativo, onde o DNA é subenrolado, é o estado natural da maioria do DNA celular e facilita a separação das fitas necessária para replicação e transcrição. O superenrolamento positivo ocorre à frente das forquilhas de replicação e deve ser aliviado.
As topoisomerases são enzimas que gerenciam a topologia do DNA. A topoisomerase I cria uma quebra transitória de fita simples para aliviar o estresse torsional, alterando o número de ligação por um. A topoisomerase II cria uma quebra de fita dupla e passa outro segmento de DNA através dela, alterando o número de ligação por dois. Estas enzimas são alvos de medicamentos anticancerígenos como etoposídeo e camptotecina.
Estrutura da Cromatina
O DNA eucariótico é empacotado em cromatina através da associação com proteínas histonas. A unidade básica é o nucleossomo, consistindo em 147 pares de base de DNA enrolados em torno de um octâmero de histonas centrais duas de cada H2A, H2B, H3 e H4. A histona ligante H1 liga-se entre nucleossomos, promovendo o dobramento de ordem superior. Este empacotamento compacta o DNA em aproximadamente 10.000 vezes e regula o acesso à informação genética.
Desnaturação e Renaturação do DNA
As duas fitas do DNA podem ser separadas por aquecimento ou condições alcalinas que rompem as pontes de hidrogênio. A eletroforese em gel de agarose usa estas propriedades para separar fragmentos de DNA por tamanho. A temperatura de fusão depende do conteúdo GC, com DNA rico em GC requerendo temperaturas mais altas para desnaturação. A renaturação do DNA, também chamada de anelamento, ocorre quando o resfriamento permite que fitas complementares reformem a dupla hélice. Este processo é a base para técnicas de hibridização, incluindo Southern blot e microarranjos de DNA.
O Código Genético
A informação genética é codificada na sequência linear de bases do DNA. Três nucleotídeos consecutivos formam um códon, especificando um dos vinte aminoácidos. O código genético é degenerado, significando que a maioria dos aminoácidos é especificada por múltiplos códons, com as duas primeiras posições tipicamente sendo as mais importantes. O código é quase universal entre todos os organismos conhecidos, apoiando fortemente uma origem evolutiva comum.
