Biologia para Não-Majores I

Os blocos de construção do ADN são nucleótidos. Os componentes importantes de cada nucleótido são uma base azotada, desoxirribose (açúcar 5-carbono), e um grupo fosfato (ver figura 1). Cada nucleótido é nomeado em função da sua base azotada. A base azotada pode ser uma purina, como a adenina (A) e a guanina (G), ou uma pirimidina, como a citosina (C) e a timina (T). Uracil (U) é também uma pirimidina (como se vê na Figura 1), mas só ocorre no RNA, do qual falaremos mais tarde.

Figure 1. Cada nucleótido é constituído por um açúcar, um grupo fosfato, e uma base azotada. O açúcar é deoxirribose no ADN e ribose no RNA.

Os nucleótidos combinam-se entre si por ligações covalentes conhecidas como ligações ou ligações fosfodiéster. O resíduo de fosfato é ligado ao grupo hidroxil do carbono 5′ de um açúcar de um nucleótido e ao grupo hidroxil do carbono 3′ do açúcar do próximo nucleótido, formando assim uma ligação fosfodiéster 5′-3′.

Nos anos 50, Francis Crick e James Watson trabalharam juntos para determinar a estrutura do ADN na Universidade de Cambridge, Inglaterra. Outros cientistas como Linus Pauling e Maurice Wilkins estavam também a explorar activamente este campo. Pauling tinha descoberto a estrutura secundária das proteínas utilizando a cristalografia de raios X. No laboratório de Wilkins, a investigadora Rosalind Franklin estava a utilizar métodos de difracção de raios X para compreender a estrutura do ADN. Watson e Crick foram capazes de montar o puzzle da molécula de ADN com base nos dados de Franklin porque Crick também tinha estudado a difracção de raios X (Figura 2). Em 1962, James Watson, Francis Crick, e Maurice Wilkins receberam o Prémio Nobel da Medicina. Infelizmente, nessa altura Franklin já tinha morrido, e os prémios Nobel não são atribuídos a título póstumo.

Figure 2. O trabalho de cientistas pioneiros (a) James Watson, Francis Crick, e Maclyn McCarty levou ao nosso entendimento actual do ADN. A cientista Rosalind Franklin descobriu (b) o padrão de difracção de raios X do ADN, o que ajudou a elucidar a sua estrutura de dupla hélice. (crédito a: modificação do trabalho de Marjorie McCarty, Public Library of Science)

Watson e Crick propuseram que o ADN fosse composto por duas vertentes que se torcem uma à outra para formar uma hélice de direita. O emparelhamento de base ocorre entre um purino e uma pirimidina; nomeadamente, os pares A com pares T e G com C. Adenina e timina são pares de base complementares, e citosina e guanina são também pares de base complementares. Os pares de bases são estabilizados por ligações de hidrogénio; adenina e timina formam duas ligações de hidrogénio e citosina e guanina formam três ligações de hidrogénio. As duas vertentes são de natureza anti-paralela; ou seja, a extremidade 3′ de uma vertente enfrenta a extremidade 5′ da outra vertente. O açúcar e o fosfato dos nucleótidos formam a espinha dorsal da estrutura, enquanto que as bases azotadas são empilhadas no seu interior. Cada par de bases é separado do outro par de bases por uma distância de 0,34 nm, e cada volta da hélice mede 3,4 nm. Portanto, estão presentes dez pares de bases por volta da hélice. O diâmetro da hélice dupla do ADN é de 2 nm, e é uniforme em todo o seu comprimento. Apenas o emparelhamento entre uma purina e uma pirimidina pode explicar o diâmetro uniforme. A torção dos dois fios à volta um do outro resulta na formação de sulcos maiores e menores uniformemente espaçados (Figura 3).

Figure 3. O ADN tem (a) uma estrutura de dupla hélice e (b) ligações fosfodiéster. Os (c) sulcos maiores e menores são sítios de ligação de proteínas de ligação do ADN durante processos como a transcrição (a cópia do RNA do ADN) e replicação.

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