A Estrutura do DNA e o sistema de Dupla Hélice. É Biologia genética no Enem

A manipulação do DNA e de seus genes é uma revolução científica que permitiu a descoberta da ação de várias doenças e a produção de medicamentos específicos. A descoberta da Estrutura de Dupla Hélice mudou os caminhos da genética. Veja aula gratuita.

A descoberta do DNA, do formato de sua molécula e do mecanismo de ação dos genes figuram entre os maiores avanços científicos já registrados. Tanto que o prêmio Nobel de Medicina já foi concedido a vários cientistas por esmiuçarem este assunto, como James Watson e Francis Crick que há 51 anos ganharam o prêmio por descreverem a estrutura do DNA.

A manipulação do DNA e de seus genes é uma revolução científica que permitiu a descoberta da ação de várias doenças, da produção de medicamentos variados (como a insulina – produto de uma bactéria transgênica), da produção de alimentos e da esperança de cura de vários males ainda sem tratamento.

Na imagem, os cientistas Watson e Crick, premiados pela descoberta essencial da Estrutura do DNA.Por todos estes motivos (e muitos outros) que descrevi, você não pode bobear quando o assunto é DNA! O Enem adora cobrar de você assuntos atuais que podem ser aplicados no seu cotidiano, e os ácidos nucleicos são um prato cheio! Portanto, vamos revisar este conteúdo e ficar “tinindo” para a prova do Enem!

Os Ácidos Nucleicos:

Os ácidos nucleicos são moléculas muitos grandes (o DNA maior que o RNA), formadas por subunidades – os nucleotídeos. Cada nucleotídeo é formado por um açúcar de 5 carbonos (a desoxirribose, no DNA e a ribose no RNA), um radical do ácido fosfórico (o fosfato) e um composto cíclico de com nitrogênio (a base nitrogenada).

Existem cinco tipos de bases nitrogenadas: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) e uracila (U). Estas moléculas são responsáveis pela formação dos genes.

Veja nesta figura o Esquema molecular de nucleotídeos com as cinco bases nitrogenadas existentes, sendo a timina exclusiva do DNA e a uracila do RNA.nucleotídeos, bases nitrogenadas, DNAO DNA, ou ácido desoxirribonucleico, é a molécula que carrega nossas características genéticas, transmitidas de pais para filho (características hereditárias).  É o DNA quem determinará a nossa “coleção” de proteínas e, dessa maneira, influenciará nas características de cada ser vivo.

Aula Gratuita sobre o DNA & o RNA

Confira com a professora Juliana Evelyn Santos, do canal Curso Enem Gratuito, um resumo simples e rápido sobre o DNA e o RNA. Assim você vai compreender melhor o conteúdo completo desta aula.

Muito bom este resumo.

Agora, veja como a molécula de DNA é formada por uma sequência de nucleotídeos organizados em dois filamentos torcidos em uma dupla-hélice. A ligação entre os dois filamentos se dá pelas bases nitrogenadas ligadas por pontes de hidrogênio – os pares de bases.

Já os filamentos, são formados por nucleotídeos ligados por uma ligação entre o grupamento fosfato de um e a pentose de outro.pentose-fosfato, ponte de hidrogênio, nucleotídeos, bases nitrogenadas, DNAVeja acima a Representação esquemática das ligações entre os nucleotídeos. Entre as bases nitrogenadas ocorre a ligação por ponte de nitrogênio. Já entre um nucleotídeos e outro temos a ligação pentose-fosfato.

Por conta das características químicas de cada base nitrogenada, elas se ligarão em pares da mesma maneira: A-T, C-G. Assim, em uma molécula de DNA, sempre teremos quantidades equivalentes de A/T e C/G.

Para entender melhor esta estrutura, veja a imagem a seguir:DNA, dupla héliceEsquema de dupla hélice de DNA

O código genético é formado uma sequência de bilhões de pares de bases. Isso quer dizer, que a “receita” das proteínas que devem formar o nosso corpo, está na sequencia de pares de bases nitrogenadas do nosso DNA. As partes do DNA que produzem determinadas características, são chamadas de genes.

Dica 1: Quer saber o que mais “cai” nas questões de Biologia do Enem? Dê uma espiada neste post:

Os 10 conteúdos que mais caem de Biologia no Enem: aulas gratuitas.

 

Duplicação do DNA: As nossas células, muitas vezes precisam tirar cópias de si mesmas, para se multiplicarem e ajudarem o organismo a crescer em tamanho, por exemplo. Nesses casos, o DNA precisar ser copiado, duplicado. O processo de duplicação do DNA ocorrerá com o auxílio de enzimas que quebram as pontes de hidrogênio (como a helicase), separando os dois filamentos da dupla hélice.

Em cada filamento exposto, novos nucleotídeos serão encaixados (obedecendo ao emparelhamento A-T / C-G) com o auxílio da enzima DNA-polimerase. Dessa maneira, temos duas moléculas de DNA a partir de uma. Como cada uma das moléculas resultantes terá um filamento da original, dizemos que a duplicação do DNA é semiconservativa.

Para entender melhor o processo, veja a imagem a seguir:DNA

Aula Gratuita: Cromossomos, Cromatina, e Cariótipos

Veja o resumo da professora Juliana Evelyn Santos, antes de prosseguir com as Fases da Duplicação do DNA:

Excelente este resumo também!

As Fases da replicação (duplicação) do DNA:

1ª fase – Fase de desenrolamento: Nesta fase a enzima topoisomerase ajuda a regular o desenrolamento da torção da dupla hélice de DNA (diminuindo a tensão sobre a dupla fita), enquanto a helicase vai quebrando as pontes de hidrogênio que ligam as bases nitrogenadas.

2ª fase – Síntese contínua: Entra em cena a enzima RNA – polimerase. Esta enzima só funciona no sentido 5’ à 3’. Cada fita de DNA possui polaridade invertida para que as bases nitrogenadas se liguem.

Assim, uma das fitas tem sentido 5’ à 3’ e a outra, 3’ à5’. Quando a DNA-polimerase age no sentido 5’à 3’ (no sentido em que a helicase vai quebrando as pontes de hidrogênio) ela vai encaixando os nucleotídeos continuamente, no que chamamos de síntese contínua.

3ª fase – Síntese descontínua: Como dito acima, a DNA-polimerase só consegue trabalhar no sentido 5’à3’. Assim, para duplicar a outra fita, a célula fará uma “gambiarra” para ajudar esta enzima.

Dessa forma, uma enzima chamada de primase irá colocar vários primers ao longo da fita, o que permite o funcionamento da DNA-polimerase. Com isso, a DNA-polimerase vai preenchendo os espaços entre um primer e outro, em uma síntese descontínua. Após este preenchimento, os primers serão substituídos por nucleotídeos por uma enzima chamada ligase.

E aí, conseguiu tirar suas dúvidas sobre o assunto? Beleza! Então para ir bem seguro para o exame e gabaritar as questões de Biologia do Enem, teste seus conhecimentos com as questões a seguir:

01 – (UEPG PR/2013)   O ácido desoxirribonucleico (DNA) é imprescindível para a hereditariedade. Com relação aos componentes da hereditariedade e a estrutura e função do DNA, assinale o que for correto.

01. Os cromossomos são formados por dois componentes principais: uma longa molécula de DNA e proteínas que lhes dão estrutura.

02. O DNA apresenta duas propriedades importantes: a autoduplicação e o armazenamento da informação genética.

04. Em 1953, Watson e Crick propuseram o modelo da estrutura do DNA conhecido atualmente.

08. Um erro de troca de bases nitrogenadas no mecanismo de duplicação do DNA consiste em uma mutação.

16. Uma mutação é sempre prejudicial, e jamais é importante para a variabilidade genética e evolução biológica.

Gab: 15

02 – (UEFS BA/2013)  

AMABIS, J. L.; MARTHO, G. R. Biologia das populações.
2. ed. São Paulo: Moderna, 2004, v. 1, p. 83.

A imagem apresentada ilustra parte da estrutura de uma importante molécula orgânica presente na composição química de todos os seres celulares.

Considerando-se a estrutura química e a importância dessa molécula na manutenção da vida, é correto afirmar:

a) A forma helicoidal apresentada por essa molécula é uma consequência da disposição antiparalela que as duas cadeias polinucleotídicas apresentam entre si.

b) As ligações de hidrogênio presentes na molécula representada mantêm os nucleotídeos unidos na formação de uma mesma cadeia polinucleotídica.

c) O pareamento específico entre as bases nitrogenadas se expressa na interação existente entre as bases púricas ou entre as bases pirimídicas entre si.

d) A expressão da informação genética contida no núcleo envolve diretamente a completa separação das cadeias polinucleotídicas e posterior formação de outras cadeias em novas moléculas de DNA.

e) Alterações na sequência dos nucleotídeos de uma mesma molécula de DNA configura uma mudança na forma dessa molécula sem, contudo, alterar a informação nela contida.

Gab: A

03 – (UEM PR/2013)   A molécula de DNA é, provavelmente, a mais identificada com a vida, merecendo, talvez, o título de “molécula viva”. Sobre essa molécula, é correto afirmar que

01. é um ácido nucleico constituído por derivados de glicídios da classe das hexoses, do ácido fosfórico e das bases nitrogenadas, sendo esses compostos orgânicos.

02. é constituída por duas cadeias polinucleotídicas unidas por ligações fosfodiéster.

04. sua duplicação ocorre durante a interfase, originando pares de cromossomos homólogos ligados pelo quiasma.

08. possui monossacarídeos de cinco carbonos, a desoxirribose.

16. contém a timina, formada por um anel que contém átomos de carbono e de nitrogênio.

Gab: 24

04 – (FM Petrópolis RJ/2013)   Um grupo internacional de pesquisadores acaba de descobrir em tecidos sadios de humanos e camundongos uma nova forma de DNA proveniente de pequenos cortes no DNA cromossômico. Esse material genético não está presente no núcleo de todas as células, o que significa que temos células com diferentes sequências de DNA – um verdadeiro mosaico genético. […] O novo DNA foi batizado de microDNA por ser muito pequeno, com no máximo 400 unidades básicas (bases nitrogenadas) – uma quantidade ínfima se comparada aos cerca de 3 bilhões do DNA cromossômico. Além disso, ele não tem a forma de uma hélice linear, mas sim circular.

Disponível em: <http://cienciahoje.uol.com.br/noticias/2012/03/novo-dna/?searchterm=dna>.
Acesso em: 01 maio 2012. Adaptado.

A teoria estrutural mais aceita a respeito do DNA cromossômico obedece ao modelo de Watson & Crick de 1953. Esse modelo postula que o DNA é composto por uma dupla hélice formada por duas cadeias polinucleotídicas compostas por tipos diferentes de bases nitrogenadas que se ligam entre si.

Observe as afirmativas seguintes a respeito do DNA cromossômico.

I. As bases nitrogenadas do DNA podem ser do tipo citosina, guanina, adenina e uracila.

II. As duas fi tas são mantidas unidas por ligações de hidrogênio, que são desfeitas no momento em que a molécula inicia a sua duplicação.

III.   A duplicação do DNA é semiconservativa, ou seja, toda fi ta nova de DNA formada possui uma das fi tas originária do DNA que foi usado como molde.

Está correto o que se afirma em

a) I, apenas.

b) II, apenas.

c) I e III, apenas.

d) II e III, apenas.

e) I, II e III.

Gab: D

TEXTO: 1 – Comum à questão: 5

 Uma nova espécie de líquen – resultante da simbiose de um fungo e algas verdes – foi encontrado no litoral paulista. (…) O fungo Pyxine jolyana foi descrito na revista Mycotaxon. (…) uma das principais características desse fungo é a presença de ácido norstíctico no talo do líquen. Tal ácido é uma substância rara em espécies desse gênero na América do Sul.

(Revista Quanta, nov/dez 2011. p. 15)

05 – (PUCCamp/SP/2013)   Os centríolos são estruturas presentes na maioria das células animais, mas ausentes em alguns grupos de fungos. Essas estruturas atuam

a) na formação do crossing over.

b) na transcrição do DNA nuclear.

c) no emparelhamento dos cromossomos homólogos.

d) na organização do fuso mitótico.

e) no processo de tradução do RNA mensageiro.

Gab: D

TEXTO: 2 – Comum à questão: 6

Em uma investigação, pesquisadores da UFSCar estão analisando bactérias e arqueias coletadas em mais de dez pontos de rios da bacia do rio Amazonas.

A abordagem usada na pesquisa é a metagenômica, que permite a análise de uma mistura complexa de DNA obtida de vários organismos, diferenciando-se da análise genômica, feita a partir de DNA isolado de um único exemplar.

Os resultados obtidos até agora mostram que, enquanto alguns micro-organismos aparecem apenas em certos locais devido a características, como salinidade, pH e temperatura, outros são encontrados em todos os pontos analisados. (MICROBIOTA do Amazonas, 2013, p. 53).

MICROBIOTA do Amazonas. Ciência Hoje,
São Paulo: SBPC, n. 307, v. 52, set. 2013. Adaptado.

06 – (UEFS BA/2014)   A molécula de DNA é um material de amplo uso em estudos de identificação dos seres vivos.

Sobre a organização e as propriedades do DNA, analise as afirmativas e marque com V as verdadeiras e com F, as falsas.

(  )   A estrutura em dupla hélice torna dispensáveis processos de reparo que reduziriam a ocorrência de substituições e deleções de nucleotídeos.

(  )   O pareamento específico entre bases nitrogenadas determina uma desproporção numérica entre as púricas e as pirimídicas.

(  )   As moléculas-filha guardam identidade com a molécula-mãe em consequência da replicação semiconservativa.

(  )   A estrutura polinucleotídica permite identificar sequências específicas que diferenciam os organismos.

A alternativa que indica a sequência correta, de cima para baixo, é a

a) F F V V

b) F V F V

c) F V V F

d) V V F F

e) V F V F

Gab: A

07- ( Enem – 2011) Nos dias de hoje, podemos dizer que praticamente todos os seres humanos já ouviram em algum momento falar sobre o DNA e seu papel na hereditariedade da maioria dos organismos. Porém, foi apenas em 1952, um  ano antes da descrição do modelo do DNA em dupla hélice por Watson e Crick, que foi confirmado sem sombra de dúvidas que o DNA é material genético. No artigo em que Watson e Crick descreveram a molécula de DNA, eles sugeriram um modelo de como essa molécula deveria se replicar. Em 1958, Meselson e Stahl realizaram experimentos utilizando isótopos pesados de nitrogênio que foram incorporados às bases nitrogenadas para avaliar como se daria a replicação da molécula. A partir dos resultados, confirmaram o modelo sugerido por Watson e Crick, que tinha como premissa básica o rompimento das pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas.

GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. Rio de Janeiro: Guanabara Koogan, 2002.

Considerando a estrutura da molécula de DNA e a posição das pontes de hidrogênio na mesma, os experimentos realizados por Meselson e Stahl a respeito da replicação dessa molécula levaram à conclusão de que:

A) a replicação do DNA é conservativa, isto é, a fita dupla filha é recém-sintetizada e o filamento parental é conservado.

B) a replicação de DNA é dispersiva, isto é, as fitas filhas contêm DNA recém-sintetizado e parentais em cada uma das fitas.

C) a replicação é semiconservativa, isto é, as fitas filhas consistem de uma fita parental e uma recém-sintetizada.

D) a replicação do DNA é conservativa, isto é, as fitas filhas consistem de moléculas de DNA parental.

E) a replicação é semiconservativa, isto é, as fitas filhas consistem de uma fita molde e uma fita codificadora.

Resolução

Resposta: C

O processo de replicação do DNA é semiconservativo. Isso quer dizer que, em cada nova molécula, uma das fitas é parental (oriunda da molécula-mãe) e a outra é recém-sintetizada.

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Juliana Biologia Enem
Os textos e exemplos acima foram preparados pela professora Juliana Santos para o Blog do Enem. Juliana é formada em Ciências Biológicas pela Universidade Federal de Santa Catarina. Dá aulas de Ciências e Biologia em escolas da Grande Florianópolis desde 2007. Facebook: https://www.facebook.com/juliana.evelyndossantos.