O documento discute os processos de crescimento e renovação celular. Explica que o DNA contém a informação genética que é transmitida durante a divisão celular e que permite a diversidade entre células e organismos. Também descreve a descoberta da estrutura em dupla hélice do DNA e o seu papel central na hereditariedade.

1. CRESCIMENTO E RENOVAÇÃO CELULAR
 O que permitirá explicar a diversidade de formas e funções de células de
um mesmo organismo?

2.  Às vezes, a observação de uma
determinada célula, durante um curto
período de tempo, pode revelar
grandes mudanças no seu interior. O
que se estará a passar?

3.  De que modo se relaciona a
informação contida no DNA com o
aspeto de um ser vivo?

4. CRESCIMENTO E RENOVAÇÃO CELULAR
As células possuem processos de síntese que
asseguram o seu crescimento e renovação. Os
processos de divisão são os responsáveis pelo
crescimento e renovação celular nos organismos
multicelulares e pela reprodução nos seres
unicelulares. A divisão celular envolve a passagem
de informação genética presente no DNA da célula-
mãe.

5. O DNA e a síntese proteica são responsáveis pelo
crescimento e renovação celular
O nosso planeta apresenta uma grande diversidade de seres vivos
distribuídos pelos ambientes mais diversos. A biodiversidade é uma
riqueza inquestionável, sendo fonte de alimento e de medicamentos,
proteção dos lençóis de água, combate à erosão dos solos e agente
de mitigação da poluição.
Diversidade de organismos que habitam a Terra: biodiversidade

6. Apesar das diferenças existentes entre os seres vivos, há uma
unidade estrutural e funcional comum a todos - a célula. A célula é
considerada a unidade básica da vida. Esta semelhança também se
revela a nível molecular, pois os organismos apresentam os mesmos
constituintes bioquímicos.
Como será possível explicar a grande diversidade de
seres vivos que existem na natureza? Por mais diferentes
que os organismos sejam entre si, é a partir de uma única célula e
das informações contidas no seu genoma que se origina um
indivíduo .
Da célula ao organismo

7. Podemos levantar várias questões:
 Onde está armazenada toda a informação genética e como é
transmitida à descendência?
 Que processos são responsáveis pela unidade e variabilidade
celular?
 De que depende o crescimento celular, o desenvolvimento e a
regeneração de tecidos?
 Como explicar o facto de as células de um indivíduo não serem
todas iguais?

8. O DNA é a molécula responsável pelo armazenamento da
informação genética
Determinar o constituinte celular responsável pelo armazenamento e
transmissão da informação genética foi objecto de estudo de vários
cientistas.
Em 1928, o médico inglês Frederick Griffith estava a estudar uma
bactéria patogénica. Para tal, utilizou duas linhagens de Diplococcus
pneumoniae (agente causador da pneumonia humana e letal para os
ratinhos).
As linhagens foram denominadas de S e R, porque enquanto cresciam
em laboratório, umas produziam colónias lisas e outras rugosas,
respectivamente. Griffith realizou a experiência ilustrada na figura,
tendo concluído que apenas as bactérias S causavam a morte dos
ratinhos.

9. As bactérias S quando mortas pela ação do calor perdiam o
caráter virulento. No entanto, a mistura destas bactérias,
mortas pelo calor, com bactérias R tornava-as virulentas, pois
os ratinhos injetados morriam.
Griffith concluiu que compostos presentes nas bactérias S,
mortas pelo calor, eram responsáveis pela “transformação”
das bactérias R em S.

10. O DNA é o princípio transformante
Em 1944, Oswald Avery e MacLeod realizaram uma experiência para
determinar a natureza química do princípio transformante.
Para tal, extraíram os diferentes compostos químicos das bactérias S
mortas pelo calor e testaram-nos separadamente em bactérias R.
Apenas nas células testadas com DNA ocorreu a transformação das
bactérias R. Estes investigadores deduziram que o DNA corresponde
ao princípio transformante, que contém a informação genética.

11. Os trabalhos de Avery e seus colaboradores foram importantes para
comprovar que o DNA era o material genético das células. Contudo,
tal não foi amplamente aceite pela comunidade científica de então
porque:
o DNA, quando comparado com as proteínas, era quimicamente
menos complexo, pelo que os cientistas consideravam que eram as
proteínas que continham a informação genética;
a genética bacteriana ainda não estava desenvolvida, não sendo
óbvio, na altura, que as bactérias possuíam genes.
Em 1952, Alfred Hershey e Martha Chase publicaram um trabalho
efectuado com um vírus que infecta as bactérias (bacteriófago). Esse
vírus, denominado T2, apresenta DNA dentro de uma cápsula proteica
e depende da bactéria para se reproduzir.

12. Dispositivo experimental de
Hershey e Chase

13. Ao marcarem radioativamente as proteínas e o DNA virais,
Hershey e Chase puderam seguir o trajecto destas
moléculas. Verificaram que as proteínas, presentes na
cápsula, não penetram na bactéria, ao contrário do DNA.
Uma vez no interior da bactéria, o DNA viral toma o comando
da célula bacteriana. Assim, a bactéria passa a produzir
cópias do DNA viral, bem como proteínas que irão constituir a
cápsula dos novos vírus.
Desta forma, ficou demonstrado que o DNA contém a
informação necessária para o produção de novos vírus, não
tendo havido intervenção das proteínas virais.
Assim, estes investigadores puderam concluir que o DNA é o
suporte da informação genética e não as proteínas,
reforçando os resultados de Avery e dos seus colaboradores.

14. Os raios-X permitiram decifrar a estrutura do DNA
Em 1950, estudos realizados por Rosalind Franklin permitiram obter
primeiros dados sobre a dimensão e estrutura do DNA. Esta
investigadora recorreu à difração de raios-X, bombardeando
amostras de DNA cristalizado. Esta técnica permite obter a
estrutura molecular compostos cristalizados, indicando que o DNA
possuía uma estrutura em hélice.

15. A determinação da composição química do DNA também contribuiu
para compreender a sua estrutura.
O DNA é um polímero de unidades que se repetem, os nucleótidos,
sendo cada um constituído por um grupo fosfato (que confere à
molécula características ácidas),
um açúcar (a desoxirribose, que é uma pentose)
e uma base azotada.
O que diferencia os quatro nucleótidos de DNA é a base, que pode
ser de anel simples (pirimídica): timina (T) e citosina (C)
ou de anel duplo (purina): adenina (A) e guanina (G).

16. Entre 1944 e 1952, Erwin Chargaff e os seus colaboradores
analisaram amostras de DNA de diferentes espécies, tendo
verificado que existem diferenças entre as espécies, mas que a
quantidade de adenina era semelhante à de timina e a quantidade
de citosina próxima à da guanina - regra de Chargaff.
Segundo a regra de Chargaff: A = T e C = G, pelo que:
A+C≈ 1
T+G

17. Em 1953, Watson e Crick, combinando todos os
conhecimentos que existiam sobre a estrutura do
DNA e a sua composição, construíram um modelo que
estabeleceu a estrutura geral do DNA – uma dupla
hélice.

18. A estrutura tridimensional da molécula de DNA apresenta os seguintes
aspectos:
 é formada por duas cadeias polinucleotídicas enroladas em hélice;
 as duas cadeias estão unidas por pontes de hidrogénio que se
estabelecem entre as bases azotadas;
 as pontes de hidrogénio estabelecem-se de forma específica, em que
a adenina se liga à timina (através de duas pontes de hidrogénio) e a
citosina à guanina (através de três pontes de hidrogénio), de acordo
com as regras de Chargaff. O emparelhamento das bases
complementares, adenina e timina (A-T) e citosina e guanina (C-G),
forma os “degraus" da molécula de DNA, possuindo o mesmo
comprimento, encaixando uniformemente na dupla hélice;
 ao longo de cada cadeia os nucleótidos estão ligados por ligações
covalentes, do tipo fosfodiéster, que se estabelecem entre o grupo
fosfato, de um nucleótido e a desoxirribose do nucleótido seguinte;

19. os polinucleótidos de cada cadeia possuem um grupo fosfato livre
numa das extremidades, denominada extremidade 5', e um grupo
hidroxilo (OH-) livre na outra extremidade, a 3'. A extremidade 5'de uma
das cadeias está emparelhada com a extremidade 3' da outra cadeia.
Assim, as duas cadeias que constituem a molécula de DNA
desenvolvem-se em sentidos opostos, sendo antiparalelas.
Embora o DNA seja formado apenas por 4 nucleótidos diferentes, o
número e a sequência dos nucleótidos definem a informação nele
armazenada. A informação genética presente no DNA varia com as
espécies e entre indivíduos da mesma espécie.
O património genético de um indivíduo, o genoma, é constituído por
genes, fragmentos funcionais de DNA, que divergem uns dos outros no
número e sequência de nucleótidos.

20. O DNA duplica-se por replicação semiconservativa
Em 1956, Arthur Kornberg demonstrou que era possível replicar o DNA
in vitro (no laboratório, fora de um organismo vivo), sem a presença de
células, recorrendo a: DNA, DNA polimerase (uma enzima que obteve a
partir de uma bactéria) e a nucleótidos. Contudo, faltava dar resposta
à questão: como é que a molécula de DNA se replicava?
Existem três modelos teóricos possíveis para a replicação do DNA:

21. Quando conceberam o modelo estrutural de DNA, Watson e Crick
sugeriram que a replicação seria semiconservativa. Contudo, só
posteriormente, em 1957, Matthew Meselson e Franklin Stahl
demonstraram experimentalmente o modelo de replicação de DNA.
Como é que o DNA se replica?
 O azoto entra na constituição das bases existentes nos nucleótidos que se
encontram no DNA.
 O 15N é um isótopo raro, não radioativo, que torna as moléculas mais
densas do que as moléculas que o integram. O isótopo 14N é mais comum e
menos denso.
Dispositivo experimental simplificado de Meselson e Stahl

22. Meselson e Stahl cultivaram bactérias Escherichia coli ao longo de
17 gerações, num meio rico em 15N, tendo observado que todo o
DNA das bactérias era denso. Realizaram o mesmo procedimento,
mas substituíram o azoto do meio por 14N, e verificaram que o DNA
de todas as bactérias descendentes era pouco denso.
Posteriormente, cultivaram bactérias num meio contendo 15N,
transferindo-as de seguida para um meio com 14N, onde as bactérias
replicavam o seu DNA a cada ciclo de 20 minutos. Em cada geração
foram recolhidas e analisadas as densidades das amostras de DNA.

23. Aqueles investigadores observaram que o DNA da geração parental
(P) era mais denso do que o DNA da primeira geração (F1). Por sua
vez, o DNA da segunda geração (F2) era menos denso do que o DNA
das gerações anteriores. Estes resultados são explicados com base
no modelo semiconservativo da replicação do DNA.
Os outros dois modelos de replicação de DNA foram refutados pois a
densidade intermédia não era explicada pelo modelo conservativo, e
no modelo de replicação dispersiva a densidade do DNA oscilaria
entre a densidade máxima e mínima mas não atingiria valores
intermédios exactos.

24. Na síntese semiconservativa, o DNA é localmente desnaturado, as
ligações por pontes de hidrogénio são quebradas, de modo a
separar as duas cadeias polinucleotídicas. A abertura da dupla
cadeia torna-as acessíveis à DNA polimerase que sintetiza uma
nova cadeia de DNA obedecendo à complementaridade das bases.
Posteriormente, vários cientistas, recorrendo à utilização de
isótopos marcados radioativamente, demonstraram que a
replicação semiconservativa do DNA ocorria em células
eucarióticas animais e vegetais.

25. Qual é o mecanismo de replicação do DNA?
O processo de replicação do DNA é bastante complexo e envolve a
participação de várias enzimas, pois a molécula tem de sofrer
desenrolamento, separação de cadeias e construção das novas
cadeias.
A DNA polimerase é a enzima mais importante neste processo,
promovendo:
 a formação de ligações por pontes de hidrogénio entre bases
complementares (A com T e G com C);
 a ligação do açúcar de um nucleótido com o fosfato do
nucleótido seguinte;
 a correcção de erros que possam existir.
Cada cadeia-mãe serve de molde para a replicação, sendo os
nucleótidos adicionados por complementaridade de bases e sempre
inseridos no sentido 5'-3'.

26. Devido ao antiparalelismo da cadeia de DNA parental, as cadeias-
filhas não crescem da mesma forma: a cadeia que copia a cadeia
3'-5' forma-se de modo contínuo; a cadeia que copia a cadeia 5'-3'
forma-se de modo descontínuo, em pequenas porções, que são
depois ligadas pela enzima DNA ligase.