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5.2:

DNA como um Modelo Genético

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Molecular Biology
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DNA as a Genetic Template

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O modelo de Watson-Crick, proposto em 1953, elucidou duas características estruturais da molécula do DNA que fornecem uma base para a hereditariedade, sua natureza de duplo padrão e as quatro bases nucleotídicas. Este modelo propôs que o DNA é composto de duas vertentes de nucleotídeos que se torcem ao redor uns dos outros para formar uma hélice direita-destra. Estas vertentes são antiparalelas por natureza, significando que a 3 extremidade principal de uma vertente enfrenta a 5 extremidade principal da outra vertente.Cada vertente de DNA contém uma sequência de nucleotídeos que é exatamente complementar ao seu parceiro, permitindo que cada vertente aja como modelo para o seu parceiro. Assim, uma célula pode replicar seu DNA antes da divisão da célula separando duas vertentes de DNA e produzindo duas novas vertentes de DNA que são exatamente complementares um ao outro. Adicionalmente, o modelo de Watson-Crick postulou que o pareamento da base ocorre entre uma purina, ou adenina ou guanina, e uma piridina, ou citosina ou timina.Adenina, guanina, citosina, e timina compreendem o alfabeto nucleotídeo de quatro letras. Nós sabemos agora que quando estas letras do nucleotídeo são amarrados junto em um codão de três-letras durante a tradução, podem codificar para um dos 20 aminoácidos 00:01:22.040 00:01:24.020 bem como letras em um alfabeto podem ser arranjadas para soletrar palavras. Estas palavras dos aminoácidos são ligadas em sentenças, que dão forma a correntes que se dobram em proteínas diferentes.Diferentes permutações de codões podem resultar em genes diferentes, muito como as diferentes combinações de palavras e as sentenças resultam em livros diferentes. O genoma é a totalidade da informação contida dentro dos genes de um organismo e abrange todas as moléculas de RNA e proteínas que um organismo produzirá ao longo de sua vida. Diferenças entre genomas resultam em organismos e espécies genotipicamente e fenotipicamente distintos.

5.2:

DNA como um Modelo Genético

Duas características estruturais da molécula de DNA fornecem uma base para os mecanismos de hereditariedade: as quatro bases nucleótidos e a sua natureza de duas cadeias. O modelo Watson-Crick da estrutura helicoidal dupla do DNA, proposto em 1952, baseou-se fortemente no trabalho de cristalografia por raios X dos investigadores Rosalind Franklin e Maurice Wilkins. Watson, Crick, e Wilkins receberam em conjunto o Prémio Nobel de Fisiologia ou Medicina pelo seu trabalho em 1962. Franklin foi, de forma controversa, excluída do prémio por razões que ainda são debatidas.

O modelo Watson-Crick de DNA, de uma forma muito simples, propôs que o DNA é composto por duas cadeias de nucleótidos que se enrolam em torno uns dos outros para formar uma hélice destra e que o emparelhamento de nucleótidos ocorre entre uma purina e uma pirimidina.

As duas cadeias de DNA são antiparalelas, o que significa que a extremidade 3’ de uma cadeia está virada para a extremidade 5’ da outra. Isto permite que cada cadeia funcione como um molde para a sua parceira durante a replicação do DNA, produzindo duas novas cadeias de DNA que são exactamente complementares uma da outra. No entanto, se a replicação do DNA ocorria ou não dessa forma não era claro.

A Experiência de Meselson e Stahl

Meselson e Stahl cresceram E. coli durante várias gerações em um meio contendo um isótopo “pesado” de Nitrogénio, 15N. Com o tempo, o Nitrogénio pesado foi incorporado nas bases de nucleótidos nitrogenadas e, portanto, no DNA. Depois disso, as E. coli foram colocadas em um meio contendo um isótopo diferente de Nitrogénio, 14N, e mantidas por mais várias gerações. Após cada geração, uma amostra de DNA foi isolada de algumas células, carregada em um gradiente, e centrifugada a altas velocidades. Em um gradiente, o DNA separa-se de acordo com a sua densidade flutuante (ou seja, a densidade dentro do gradiente na qual o DNA flutuará).

No meio com 15N, uma única banda de alta densidade foi observada na porção inferior do tubo de centrífuga. Imediatamente após as bactérias terem sido transferidas para o meio “mais leve”, esta banda individual deslocou-se para cima na coluna, indicando uma densidade mais baixa. No entanto, as gerações seguintes resultaram em duas bandas: uma correspondente à densidade de 14N e outra em uma localização intermédia. Este resultado só podia ser explicado por um modo semi-conservador de replicação, validando assim o modelo de Watson-Crick.

Suggested Reading

  1. Watson, James D., and Francis HC Crick. "Molecular structure of nucleic acids." Nature 171.4356 (1953): 737-738.
  2. Meselson M, Stahl FW. THE REPLICATION OF DNA IN ESCHERICHIA COLI. Proc Natl Acad Sci U S A. 1958;44(7):671–682. doi:10.1073/pnas.44.7.671