Estrutura do DNA e o Gene

A identificação do DNA como o portador da hereditariedade e a descoberta de sua estrutura antiparalela em dupla hélice revelaram como uma única molécula pode tanto codificar informação genética quanto ser fielmente copiada.

Definition

Um gene é um segmento de DNA que carrega a informação para um produto funcional, armazenada como uma sequência de bases nucleotídicas dentro de uma dupla hélice antiparalela mantida unida por pareamento de bases complementar.

Scope

Este tópico aborda a evidência experimental de que o DNA, e não a proteína, é o material genético, os componentes químicos dos nucleotídeos, as proporções de bases de Chargaff, a dupla hélice de Watson-Crick com fitas antiparalelas complementares, os sulcos maior e menor, e a definição molecular moderna de um gene como um segmento de DNA que codifica um produto funcional. Ele estabelece o substrato físico da hereditariedade; a replicação e a expressão são tratadas em tópicos adjacentes.

Core questions

• Quais experimentos estabeleceram que o DNA, e não a proteína, é o material hereditário?
• Como as regras de composição de bases e a dupla hélice antiparalela explicam as propriedades do DNA?
• Por que o pareamento de bases complementar torna o DNA adequado para o armazenamento e cópia de informações?
• Como a definição de um gene evoluiu de um fator mendeliano para uma sequência molecular?

Key concepts

• DNA como material genético (experimentos de transformação e bacteriófagos)
• Estrutura de nucleotídeos e regras de Chargaff
• Dupla hélice antiparalela e pareamento de bases complementar
• Sulcos maior e menor
• Definição molecular de um gene

Mechanisms

Duas cadeias principais de açúcar-fosfato antiparalelas se enrolam em torno de um eixo comum com bases pareadas no interior, adenina com timina por duas ligações de hidrogênio e guanina com citosina por três; essa complementaridade significa que cada fita especifica completamente a outra, a base estrutural para replicação e transcrição.

Clinical relevance

O modelo de dupla hélice é o fundamento de todas as tecnologias baseadas em DNA, desde o sequenciamento e PCR até testes genéticos e identificação forense, e a compreensão do pareamento de bases explica como as mutações alteram a sequência e como sondas e primers reconhecem seus alvos.

History

Avery, MacLeod e McCarty demonstraram em 1944 que o princípio transformador era o DNA, o experimento de Hershey-Chase reforçou isso em 1952, e em 1953 Watson e Crick, baseando-se nos dados de difração de raios-X de Franklin e nas proporções de bases de Chargaff, propuseram a dupla hélice que explicava como o DNA armazena e copia informações.

Key figures

• James Watson
• Francis Crick
• Rosalind Franklin
• Oswald Avery

Seminal works

• watsonCrick1953
• averyMacLeodMcCarty1944

Frequently asked questions

Por que as duas fitas de DNA são descritas como antiparalelas?

As duas fitas correm em direções químicas opostas, uma orientada de cinco-linha para três-linha e a outra de três-linha para cinco-linha, o que é necessário para que as bases se pareiem corretamente e para que a maquinaria de replicação leia cada fita.

Como os cientistas souberam que o DNA e não a proteína carregava os genes?

Os experimentos de transformação de Avery e o experimento de bacteriófagos de Hershey-Chase mostraram que o DNA, e não a proteína, era a molécula transferida e responsável pelas características herdadas.