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DNA- fascinante obra de engenharia

Ácido desoxírribonucleico (DNA) é uma molécula que codifica as instruções genéticas usadas no desenvolvimento e funcionamento de todos os organismos vivos e inúmeros vírus. Junto com o RNA e as proteínas, o DNA é uma das três maiores macromoléculas essenciais para todas as formas vivas. A maioria das moléculas de DNA encontram-se na forma de dupla hélice, consistindo de dois longos biopolímeros de unidades simples chamadas nucleotídeos cada nucleotídeo é composto de uma nucleobase (base nitrogenada)(guanina, adenina, timina e citosina, mencionadas pelas respectivas siglas G,A,T e C), assim como por uma estrutura principal feita de açúcares alternantes (desoxirribose) e grupos fosfato (relacionado ao ácido fosfórico), com as nucleobased ligadas aos açúcares. DNA é feito sob medida para armazenamento de informação biológica, pois sua estrutura é resistente a rupturas e a estrutura em cadeia dupla providencia uma duplicação, cópia de segurança da informação genética. O seguinte vídeo (em inglês) demonstra alguns processos que ocorrem rotineiramente no DNA, dentro de cada uma de nossas 10 trilhões de células corporais, como o “empacotamento” do DNA antes da mitose (divisão celular), a duplicação das cadeias de DNA, transcrição deste por parte do RNA e a produção de novas proteínas.

Descoberta

Em 1927 Nikolai Koltsov propôs que os traços hereditários poderiam ser herdados através de uma “molécula hereditária gigante” feitas de “duas cadeias espelhadas que se replicariam em uma maneira semi-conservativa usando cada cadeia como gabarito”. Em 1928, Frederick Griffith descobriu que traços da forma “polida” do Pneumococcus poderia ser tranferida para a forma “grosseira” da mesma bactéria ao misturar bactéria morta “polida” com a forma via “grosseira”. Este sistema proveu-nos com a primeira clara sugestão de que o DNA carregaria informação genética O experimento de Avery— MacLeod— e MacCarty— Quando Oswald Avery, junto com os cooperadores Colin MacLeod e Maclyn MacCarty, indentificaram o DNA como o príncipio transformador em 1943. O papel do DNA na hereditariedade fora confirmado em 1952, quando Alfred Hershey e Martha Chase em seu famoso experimento demonstraram que o DNA é o material genético do fago T2.

Em 1953, James Watson e Francis Crick sugeriram o que é agora aceito como o primeiro modelo correto em dupla hélice da estrutura do ADN no jornal Nature. Seu modelo fora baseado em uma imagem de difração de raio-X (apelidado de “foto 51”) tirada por Rosalind Franklin e Raymond Gosling em Maio de 1952. Evidências experimentais corroborando o modelo de Watson e Crick foram publicadas em uma série de cinco artigos na Nature.

Sistema reparatório

Vale a pena notar que a molécula de DNA foi observada ser altamente reativa, portanto, muito instável, segundo recentes estudos. EM um dia comum cerca de um milhão de bases no DNA de uma única célula humana são danificados! Essas lesões são causadas pela combinação da atividade química corriqueira e exposição a radiação e toxinas advindas do nosso ambiente incluindo fumaça de cigarros, alimento grelhado e resíduos industriais. Portanto é essencial que os organismos possuam uma gama de sistemas reparatórios, como relatado em um recente artigo do Science Daily:

Uma série de toxinas ambientais e drogas quimioterápicas são agentes de alquilação que podem atacar o DNA. Quando uma base DNA se torna alquilada, forma-se então uma lesão que distorce a forma da molécula o suficiente para impedir a replicação bem-sucedida desta. Se a lesão ocorrer dentro de um gene, o mesmo pode deixar de funcionar. Para piorar a situação, existem dezenas de diferentes tipos de bases DNA alquiladas, cada um dos quais tem um efeito diferente sobre a replicação.

Um método de reparação dos danos que todos os organismos evoluíram é chamado de reparo por excisão de base. No BER, enzimas especiais conhecidas como DNA glicosilases viajam até a molécula de DNA escaneando em busca dessas lesões. Quando se deparam com uma, eles quebram a ligação de pares de base e invertem a base deformada. A enzima contém uma “bolsa” em formato especial que mantém a base deformada no lugar enquanto desmonta a “espinha dorsal” dela sem danificá-la. Isto deixa uma lacuna (denominada “zona abásica”) em que o DNA é reparado por um outro conjunto de enzimas.

O DNA humano possui uma única glicosilase nomeada de AAG, que repara bases alquiladas. Esta é especializada em detectar e deletar bases “etenoadeninas”, que foram deformadas pela combinação de lípidios altamente reativos, oxidantes, encontrados pelo corpo. Porém, AAG também lida com outras formas de danos alquilantes. Muitas bactériam, no entanto, possuem inúmeras variedades de glicosilases que lidam com variados tipos de danos.

É difícil de imaginar como glicosilases reconhecem diferentes tipos de danos alquilantes ao se estudar AAG pois ela reconhece inúmeros desses.” disse Eichman. “Então nós temos estudado glicosilases bacterianas afim de conseguir informações adicionais sobre o processo de detecção e reparo.”

Foi assim que eles descobriram a glicosilase bacteriana AlkD com seu esquema de detecção e reparo únicos. Todas glicosilases conhecidas funcionam basicamente assim: eles invertem a base deformada e mantém ela numa bolsa especial enquanto a recortam. AlkD, em contraposição, forçam ambas as bases deformadas e seu par a se virarem para o lado exterior da dupla hélice. Isso parece funcionar porque porque a enzima somente opera em bases deformadas que tenham adquirido uma excessiva carga positiva, tornando-as muito instáveis. Se deixadas assim, as bases deformadas irão se desprender espontaneamente. Todavia AlkD acelera o processo em até 100 vezes! Eichman especula se a enzima pode também permanecer no local e atrair enzimas reparadoras adicionais até lá.

AlkD tem uma estrutura molecular consideravelmente diferente de outras enzimas ou proteínas que se ligam ao DNA. No entanto, sua estrutura parece ser similar ao de outra classe de enzimas chamadas de quinases dependentes de DNA. Estas são moléculas enormes que possuem uma região ativa menor que tem um papel na regulação de de células que lidam com danos no DNA, Estruturas similares foram encontradas na porção das quinases com funções desconhecidas, leantando a possibilidade de que tenham um papel adicional ainda não reconhecido no reparo do ADN.”

O perigo dos raios UV

Tendo em vista a necessidade de inúmeros métodos de reparação e manutenção, é improvável imaginar que uma molecula instável e complexíssima como esta (cujas funções completas ainda estão para ser descobertas) possa ter surgido por si só, por acado, e possa ter durado tempo bastante em um meio ambiente pré-biótico. Numa Terra primordial, com atmosfera livre de O², não haveria camada de ozônio, ou haveria uma bem fina. Com isso, os raio UV nocivos do Sol poderiam bombardear a Terra em toda sua força, sem qualquer barreira, incluindo os piores tipos de raios UV. E, é fato que luz ultravioleta danifica, degrada polímeros! Esse problema conhecido como degradação UV é um problema comum, pois estraga muitos materiais feitos de polímeros sintéticos como nylon, polipropileno, etc. E este é somente um dos muitos problemas enfrentados por teorias proponentes de origens naturais dos seres vivos!

Corda de polipropileno estragada por raios UV ao lado de uma nova

 

Curiosidades:

-Um só DNA equivale a 3 GB de puro código (ou 200 listas telefônicas de Manhatan/NY de 1000 páginas);

-Desenrolada, uma molécula de DNA tem quase dois metros de comprimento, mas é muitas vezes mais fina que um fio de cabelo;

-Se desenrolassemos e emendassemos o DNA de cada célula de nossos corpos um ao outro, seu comprimento total daria para ir e voltar da Lua 600 vezes;

-Uma molécula de DNA é 4.5×10¹³ (45 trilhões) de vezes mais eficiente do que um moderno chip de silicone usados em computadores modernos;

 

One response to “DNA- fascinante obra de engenharia

  1. rozy sacardo July 15, 2013 at 20:45

    Nossa como é incrível e complexo o DNA, é óbvio q é uma obra do criador…
    Muito bom texto! Wallace muito obrigada por traduzir!! Sou sua Fã !!!

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