Biologia celular e molecular resumo

Historia do DNA

Em 1865 Mendel realizou os primeiros estudos a cerca do genes, porem mesmo sabendo que os genes que continham as informações fundamentais a todos os seres vivos, não era conhecido pela comunidade cientifica qual molécula continha os genes. A descoberta do DNA ocorreu em 1869 e foi feita pelo bioquímico alemão Johann Friedrich Miescher que mesmo descobrindo tal molécula não tinha ideia de sua estrutura tão pouco de sua função na célula.

Em 1928 um experimento muito interessante feito por Griffith, conhecido como principio transformante, foi fundamental para descoberta de que era o DNA que continha os genes.   Esse experimento foi realizado com o pneumococo Streptococcus pneumoniae, que apresentam duas formas, a forma virulenta que causa a morte em camundongos por pneumonia e a forma não virulenta, que não causa pneumonia em camundongos. Sobre a infecção de camundongos por essas bactérias, sabia-se que bactérias do tipo S (virulentas) mortas pelo calor, ao serem injetadas em camundongos, não lhes causavam pneumonia, assim como a injeção de bactérias R (não virulentas). Griffith  injetou então em camundongos uma mistura de bactérias S mortas e bactérias R, e observou que os camundongos desenvolviam pneumonia. Além disso, foi observado também que células S apareciam vivas nos animais mortos e que essas células S eram do mesmo tipo que as células S mortas injetadas. Desse fato a única explicação plausível é a de que as bactérias R haviam sido transformadas em bactérias S por algum tipo de substância liberada pelas bactérias mortas.

No entanto, a elucidação de qual era a substancia responsável pelo principio transformante só aconteceu em 1944, após anos de estudos de Oswald Avery e seus colaboradores.  isolaram, a partir de 75 litros de Streptococcus, 25 miligramas de um extrato com altíssimo poder transformante. Eles trataram esse extrato com diferentes substãncias; amilase (enzima que degrada polissacarídeos); protease (enzima que degrada proteínas);  ribonuclease (enzima que degrada RNA); dnase (enzima que degrada DNA). O único tratamento que fez o extrato perder completamente o seu “poder transformante” foi o tratamento com dnase. Assim, em 1944, Avery e seu colaboradores, chegaram à conclusão de que a substância transformante era o DNA.

A partir de então, os pesquisadores começaram a levantar algumas hipóteses. Alguns achavam que se o DNA era capaz de transformar as características hereditárias das bactérias, então que ele mesmo era o próprio material hereditário. Outros, no entanto, acreditavam que mesmo após a purificação, poderiam restar quantidades mínimas de proteínas e que essas eram as responsáveis pela transformação. Por volta de 1952, conseguiu-se obter extratos que continham apenas 0,02% de proteínas, o que eliminava a possibilidade das proteínas serem as responsáveis pela transformação das bactérias.

Depois de se descobrir que o DNA era o portador da informação genética se iniciou uma corrida para se conhecer mais a cerca dessa molécula. E no ano de 1953 Watson e Crick apresentaram a primeira estrutura do DNA aceitável, sendo ela a simples molécula que nós conhecemos tão bem atualmente. A estratégia empregada por Watson e Crick foi construir um modelo molecular que levasse em conta o tamanho e a configuração espacial dos nucleotídeos. Assim, através de estudos de difração de raios X, Watson e Crick revelaram que a molécula de DNA é um composto formado por duas longas cadeias paralelas, constituídas por nucleotídeos dispostos em sequência. Os nucleotídeos são moléculas compostas por uma pentose (desoxirribose), uma molécula de ácido fosfórico e uma base nitrogenada sendo que essas duas cadeias polinucleotídicas são rigorosamente complementares: se houver uma base nitrogenada do tipo adenina (A) em uma das cadeias, haverá, na outra cadeia, na mesma posição, uma timina (T). Da mesma forma, se houver uma citosina (C) em uma das cadeias, haverá uma guanina(G) na posição correspondente da cadeia complementar. Os nucleotídeos de uma das cadeias da molécula de DNA mantêm-se unidos aos nucleotídeos da outra cadeia por ligações de hidrogênio, estabelecidas entre as bases: a adenina liga-se especificamente à timina, e a citosina liga-se especificamente à guanina. Portanto, segundo o modelo proposto por Watson e Crick, a molécula de DNA é constituída por duas cadeias polinucleotídicas dispostas em hélice ao redor de um eixo imaginário, girando para a direita (uma hélice dupla). Os estudos de difração de raios X revelaram também que o diâmetro externo da dupla hélice é de cerca de 2 nm, enquanto que a distância entre os pares de bases vizinhos é de 0,34 nm. A hélice dá uma volta completa a cada 3,4 nm, que corresponde a cerca de 10 pares de bases. Em 25 de abril de 1953, Watson e Crick publicaram seus resultados em uma edição da revista científica Nature - e em 1962 receberam o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia, tornando-se dois dos cientistas mais importantes da história moderna.

Um experimento muito importante na historia do DNA foi o de Meselson e Sthal, que em 1958 com o objetivo de descobrir qual era o mecanismo de replicação do DNA, cultivaram células de E. coli em um meio contendo apenas isótopo pesado de nitrogênio(15N) e após 14 gerações todas as moléculas sintetizadas naquela população de bactérias, teriam incorporado 15N , essa população portanto tinha um DNA mais denso do que a E. coli cultivada no meio comum com isótopo leve de nitrogênio 14N, de acordo com o experimento com a ultracentrifugação realizado antes que mostrava que a E. Coli com 15N era sedimentada mais ao fundo do que a E. coli 14N. Para concluírem por fim qual era o mecanismo de replicação do DNA, eles transferiram células com 15N para um meio contendo apenas 14N e permitiram a duplicação de duas gerações, todavia no intervalo de tempo da primeira geração extraíram DNA e fizeram o mesmo na segunda geração. As amostras de DNA isoladas nos diferentes tempos foram ultracentrifulgados até que encontrasse sua posição no tubo de centrifuga, ou seja, onde sua densidade era correspondente a da solução de cloreto de césio. Na primeira geração se a duplicação fosse conservativa haveria duas bandas uma pesada e outra leve, se fosse semiconservativa ou dispersiva haveria uma única banda ao meio. Na segunda geração no modo conservativo continuaria igual, no semiconservativo surgiriam duas bandas uma na posição do meio e a outra mais leve e no modo dispersivo continuaria como na primeira geração. Os resultados obtidos mostraram que após a primeira geração era visto apenas uma banda ao meio excluindo assim o modo conservativo, já na segunda geração era observado, uma banda mais leve e outra intermediaria, concluindo assim que o mecanismo de duplicação do DNA era semiconservativo.

...