A Estrutura do DNA Fornece um Mecanismo de Hereditariedade

os Genes carregam a informação biológica que deve ser copiada com exatidão para transmissão à geração seguinte a cada vez que uma célula se divide para formar duas células-filhas. Duas questões biológicas centrais surgem a partir destes requisitos: como podem as informações para especificar um organismo ser transportadas em forma química, e como é que ele é copiado com precisão? A descoberta da estrutura da dupla hélice de DNA foi um marco na biologia do século XX, porque imediatamente sugeriu respostas para ambas as questões, resolvendo assim, a nível molecular, o problema da hereditariedade. Discutimos brevemente as respostas a estas perguntas nesta secção e analisá-las-emos mais pormenorizadamente nos capítulos seguintes.

o ADN codifica a informação através da ordem, ou sequência, dos nucleótidos ao longo de cada cadeia. Cada base-A, C, T ou G—pode ser considerada como uma letra em um alfabeto de quatro letras que descreve mensagens biológicas na estrutura química do DNA. Como vimos no Capítulo 1, os organismos diferem uns dos outros porque as respectivas moléculas de ADN têm sequências nucleótidas diferentes e, consequentemente, carregam mensagens biológicas diferentes. Mas como é que o alfabeto nucleótido é usado para fazer mensagens, e o que é que eles soletram?

tal como referido acima, era sabido muito antes de se determinar a estrutura do ADN que os genes contêm as instruções para a produção de proteínas. As mensagens de DNA devem, portanto, de alguma forma codificar proteínas (figura 4-6). Esta relação torna imediatamente o problema mais fácil de entender, devido ao caráter químico das proteínas. Como discutido no Capítulo 3, as propriedades de uma proteína, que são responsáveis por sua função biológica, são determinados por sua estrutura tridimensional, e sua estrutura é determinada, por sua vez, a seqüência linear dos aminoácidos dos quais ela é composta. A sequência linear de nucleótidos em um gene deve, portanto, de alguma forma, soletrar a sequência linear de aminoácidos em uma proteína. A correspondência exata entre o alfabeto nucleótido de quatro letras do DNA e o alfabeto aminoácido de vinte letras das proteínas-o código genético—não é óbvia a partir da estrutura do DNA, e levou mais de uma década após a descoberta da dupla hélice antes de ser trabalhado. No Capítulo 6 descrevemos este código em detalhes no curso da elaboração do processo, conhecido como expressão genética, através do qual uma célula traduz a sequência nucleotídica de um gene na sequência de aminoácidos de uma proteína.

figura 4-6

a relação entre a informação genética transportada no ADN e nas proteínas.

o conjunto completo de informações no DNA de um organismo é chamado de seu genoma, e ele carrega a informação para todas as proteínas que o organismo jamais irá sintetizar. (O termo genoma também é usado para descrever o DNA que carrega esta informação. A quantidade de informação contida nos genomas é impressionante: por exemplo, uma célula humana típica contém 2 metros de ADN. Escrito no alfabeto nucleótido de quatro letras, A sequência nucleótida de um gene humano muito pequeno ocupa um quarto de página de texto (figura 4-7), enquanto a sequência completa de nucleótidos no genoma humano preencheria mais de mil livros do tamanho deste. Além de outras informações críticas, ele carrega as instruções para cerca de 30.000 proteínas distintas.

figura 4-7

a sequência nucleótida do gene da β-globina humana. Este gene carrega a informação para a sequência de aminoácidos de um dos dois tipos de subunidades da molécula de hemoglobina, que transporta oxigênio no sangue. Um gene diferente, O α-globin (mais…)

em cada divisão celular, a célula deve copiar o seu genoma para passá-lo para ambas as células-filhas. A descoberta da estrutura do DNA também revelou o princípio que torna possível esta cópia: como cada cadeia de DNA contém uma sequência de nucleótidos que é exatamente complementar à sequência nucleótidos de sua cadeia parceira, cada cadeia pode atuar como um modelo, ou molde, para a síntese de uma nova cadeia complementar. Por outras palavras, se designarmos as duas cadeias de ADN como S E S, A cadeia S pode servir de modelo para fazer uma nova cadeia s, enquanto a cadeia S pode servir de modelo para fazer uma nova cadeia S (figura 4-8). Assim, a informação genética no DNA pode ser copiada com precisão pelo processo maravilhosamente simples em que a cadeia S se separa da cadeia S’, e cada cadeia separada serve então como um modelo para a produção de uma nova cadeia parceira complementar que é idêntica à sua antiga parceira.

A capacidade de cada fio de uma molécula de DNA para agir como um modelo para a produção de uma complementares vertente permite uma célula para copiar ou replicar, seus genes, antes de passá-los para seus descendentes. No capítulo seguinte descrevemos a maquinaria elegante que a célula utiliza para realizar esta enorme tarefa.