Exatamente 65 anos atrás, os cientistas britânicos James Watson e Francis Crick publicaram um artigo sobre como decifrar a estrutura do DNA, lançando as bases para uma nova ciência - a biologia molecular. Essa descoberta mudou muito na vida da humanidade. RIA Novosti fala sobre as propriedades da molécula de DNA e por que ela é tão importante.
Na segunda metade do século 19, a biologia era uma ciência muito jovem. Os cientistas estavam apenas começando a estudar a célula e o conceito de hereditariedade, embora já formulado por Gregor Mendel, não teve amplo reconhecimento.
Na primavera de 1868, um jovem médico suíço, Friedrich Miescher, veio para a Universidade de Tübingen (Alemanha) para fazer trabalho científico. Ele pretendia descobrir em que substâncias consiste a célula. Para experimentos, escolhi leucócitos, que são fáceis de obter do pus.
Ao separar o núcleo do protoplasma, proteínas e gorduras, Miescher descobriu um composto com alto teor de fósforo. Ele chamou essa molécula de nucleína (“núcleo” em latim é o núcleo).
Este composto exibiu propriedades ácidas, portanto, o termo "ácido nucleico" foi cunhado. Seu prefixo desoxirribo significa que a molécula contém grupos H e açúcares. Então descobriu-se que na verdade era sal, mas o nome não foi alterado.
No início do século 20, os cientistas já sabiam que a nucleína é um polímero (ou seja, uma molécula muito longa e flexível de unidades repetitivas), as unidades são compostas por quatro bases nitrogenadas (adenina, timina, guanina e citosina), e a nucleína está contida nos cromossomos - estruturas compactas que surgem em células em divisão. Sua capacidade de transmitir traços hereditários foi demonstrada pelo geneticista americano Thomas Morgan em experimentos com moscas de fruta.
Estrutura do DNA.
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O modelo que explica os genes
Mas o que o ácido desoxirribonucléico, ou simplesmente DNA, faz no núcleo da célula, não se entendeu por muito tempo. Acreditava-se que desempenhasse algum tipo de papel estrutural nos cromossomos. As unidades de hereditariedade - genes - foram atribuídas à natureza da proteína. A descoberta foi feita pelo pesquisador americano Oswald Avery, que provou experimentalmente que o material genético é transmitido de bactéria para bactéria por meio do DNA.
Ficou claro que o DNA precisava ser estudado. Mas como? Naquela época, apenas raios-X estavam disponíveis para os cientistas. Para fazer brilhar moléculas biológicas através deles, eles tiveram que se cristalizar, e isso é difícil. A decifração da estrutura das moléculas de proteína por padrões de difração de raios-X foi realizada no Laboratório Cavendish (Cambridge, Reino Unido). Os jovens pesquisadores James Watson e Francis Crick que trabalharam lá não tinham seus próprios dados experimentais de DNA, então eles usaram as radiografias de colegas do King's College Maurice Wilkins e Rosalind Franklin.
Watson e Crick propuseram um modelo da estrutura do DNA que corresponde exatamente aos padrões de difração de raios X: duas fitas paralelas são torcidas em uma hélice à direita. Cada cadeia é dobrada por um conjunto arbitrário de bases nitrogenadas amarradas na espinha dorsal de seus açúcares e fosfatos, e mantidas juntas por ligações de hidrogênio estendidas entre as bases. Além disso, a adenina combina apenas com timina e guanina - com citosina. Essa regra é chamada de princípio de complementaridade.
O modelo de Watson e Crick explicou as quatro funções principais do DNA: replicação do material genético, sua especificidade, armazenamento de informações em uma molécula e sua capacidade de sofrer mutação.
Os cientistas publicaram sua descoberta na revista Nature em 25 de abril de 1953. Dez anos depois, ele e Maurice Wilkins receberam o Prêmio Nobel de Biologia (Rosalind Franklin morreu em 1958 de câncer aos 37 anos).
“Agora, mais de meio século depois, podemos afirmar que a descoberta da estrutura do DNA teve o mesmo papel no desenvolvimento da biologia que a descoberta do núcleo atômico na física. A elucidação da estrutura do átomo levou ao nascimento de uma nova física quântica, e a descoberta da estrutura do DNA levou ao nascimento de uma nova biologia molecular”, escreve Maxim Frank-Kamenetsky, um notável geneticista, pesquisador de DNA, autor do livro The Most Important Molecule.
Código genético
Agora faltava descobrir como essa molécula funciona. Era sabido que o DNA contém instruções para a síntese de proteínas celulares que fazem todo o trabalho na célula. As proteínas são polímeros constituídos por conjuntos repetidos (sequências) de aminoácidos. Além disso, existem apenas vinte aminoácidos. As espécies animais diferem entre si no conjunto de proteínas nas células, ou seja, em diferentes sequências de aminoácidos. A genética argumentou que essas sequências são dadas por genes, que então se acreditava serem os primeiros blocos de construção da vida. Mas o que eram genes, ninguém sabia exatamente.
O autor da teoria do Big Bang, o físico Georgy Gamov, funcionário da George Washington University (EUA), deixou isso claro. Com base no modelo da hélice de DNA de fita dupla de Watson e Crick, ele sugeriu que um gene é um pedaço de DNA, ou seja, uma certa sequência de links - os nucleotídeos. Como cada nucleotídeo é uma das quatro bases nitrogenadas, você só precisa descobrir como os quatro elementos codificam vinte. Essa era a ideia por trás do código genético.
No início da década de 1960, foi estabelecido que as proteínas são sintetizadas a partir de aminoácidos nos ribossomos, uma espécie de "fábricas" dentro da célula. Para iniciar a síntese de proteínas, uma enzima se aproxima do DNA, reconhece um local específico no início do gene, sintetiza uma cópia do gene na forma de um pequeno RNA (é chamado de modelo), então uma proteína é cultivada a partir de aminoácidos no ribossomo.
Eles também descobriram que o código genético é de três letras. Isso significa que três nucleotídeos correspondem a um aminoácido. A unidade do código foi chamada de códon. No ribossomo, a informação do mRNA é lida códon por códon, sequencialmente. E cada um deles corresponde a vários aminoácidos. Qual é a aparência da cifra?
Marshall Nirenberg e Heinrich Mattei dos EUA responderam a esta pergunta. Em 1961, eles apresentaram seus resultados pela primeira vez em um congresso de bioquímica em Moscou. Em 1967, o código genético foi completamente decodificado. Acabou sendo universal para todas as células de todos os organismos, o que teve consequências de longo alcance para a ciência.
A descoberta da estrutura do DNA e do código genético reorientou completamente a pesquisa biológica. O fato de que cada indivíduo possui uma sequência única de DNA mudou fundamentalmente a ciência forense. Decifrar o genoma humano deu aos antropólogos um método completamente novo de estudar a evolução de nossa espécie. O recentemente inventado editor de DNA CRISPR-Cas levou a engenharia genética muito adiante. Aparentemente, essa molécula armazena a solução para os problemas mais urgentes da humanidade: câncer, doenças genéticas, envelhecimento.
Tatiana Pichugina
