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Ácido desoxirribonucleico: diferenças entre revisões

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Correção de siglas
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Do ponto de vista químico, o DNA é um longo [[polímero]] de unidades simples ([[monômeros]]) de [[nucleotídeo]]s, cuja cadeia principal é formada por moléculas de [[açúcar]]es e [[fosfato]] intercalados unidos por [[Ligação fosfodiéster|ligações fosfodiéster]]. Ligada à molécula de açúcar está uma de quatro [[bases nitrogenadas]]. A sequência de bases ao longo da molécula de DNA constitui a informação genética. A leitura destas sequências é feita por intermédio do [[código genético]], que especifica a sequência linear dos [[aminoácidos]] das proteínas. A tradução é feita por um [[ARNm|RNA mensageiro]] que copia parte da cadeia de DNA por um processo chamado [[transcrição (genética)|transcrição]] e posteriormente a informação contida neste é "traduzida" em proteínas pela [[Tradução (genética)|tradução]]. Embora a maioria do RNA produzido seja usado na síntese de proteínas, algum RNA tem função estrutural, como por exemplo o [[ARN ribossômico|RNA ribossômico]], que faz parte da constituição dos [[ribossomo]]s.
 
Dentro da [[célula]], o DNA pode ser observado numa estrutura chamada [[cromossoma]] durante a [[metáfase]]. O conjunto de cromossomas de uma célula forma o [[cariótipo]]. Antes da [[divisão celular]] os cromossomas são duplicados por meio de um processo chamado [[replicação]]. [[Eucarionte]]s como [[animal|animais]], [[planta]]s, [[fungo]]s e [[protozoário]]s têm o seu DNA dentro do [[núcleo celular|núcleo]] enquanto que [[procarionte]]s como as [[bactéria]]s o têm disperso no [[citoplasma]]. Dentro dos cromossomas, proteínas da [[cromatina]] como as [[histonas]] compactam e organizam o DNA. Estas estruturas compactas guiam as interacçõesinterações entre o DNA e outras proteínas, ajudando a controlar que partes do DNA são transcritas.
 
== Propriedades físicas e químicas ==
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O DNA é um longo [[polímero]] formado por unidades repetidas chamadas [[nucleotídeo]]s.<ref name=Alberts>{{Citar livro |authors=Bruce Alberts,Alexander Johnson, Julian Lewis, Kazuo, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walters |título=Molecular Biology of the Cell; Fourth Edition |editora=Garland Science|ano=2002 |local=Nova Iorque e Londres |url=http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/bv.fcgi?call=bv.View..ShowTOC&rid=mboc4.TOC&depth=2 |isbn=0-8153-3218-1}}</ref><ref name="Butler">Butler, John M. (2001) ''Forensic DNA Typing'' "Elsevier". pp. 14–15. ISBN 978-0-12-147951-0.</ref>
A cadeia de DNA tem 2,2 a 2,4 [[nanómetro|nanômetro]]s de largura, e um nucleotídeo possui aproximadamente 0,33 nanómetrosnanômetros de comprimento.<ref>{{Citar periódico | autor=Mandelkern M, Elias J, Eden D, Crothers D | titulo=The dimensions of DNA in solution | jornal=J Mol Biol | volume=152 | numero=1 | paginas=153–61 | ano=1981 | pmid=7338906}}</ref> Embora os monômeros (nucleotídeos) que constituem o DNA sejam muito pequenos, os polímeros de DNA podem ser moléculas enormes, com milhões de nucleotídeos. Por exemplo, o maior [[cromossomo]] humano ([[Cromossoma 1 (humano)|cromossomo 1]]), possui 220 milhões de [[par de bases|pares de bases]] de comprimento.<ref>{{Citar periódico | autor=Gregory S, ''et al.'' | titulo=The DNA sequence and biological annotation of human chromosome 1 | jornal=Nature | volume=441 | numero=7091 | paginas=315–21 | ano=2006 | pmid=16710414}}</ref> Uma molécula de DNA do ser humano possui aproximadamente dois metros de comprimento, encapsulada em um núcleo celular de 6&nbsp;µm, o equivalente a acomodar uma linha de 40&nbsp;km de comprimento em uma bola de tênis.<ref name=Alberts />
 
Em organismos vivos, o DNA não existe como uma molécula única (cadeia simples), mas sim como um par de moléculas firmemente associadas.<ref name=Watson>{{Citar periódico | autor=Watson J, Crick F | titulo=Molecular structure of nucleic acids; a structure for deoxyribose nucleic acid | url=http://profiles.nlm.nih.gov/SC/B/B/Y/W/_/scbbyw.pdf |formato=PDF | jornal=Nature | volume=171 | numero=4356 | páginas=737–8 | ano=1953 | pmid=13054692}}</ref><ref name="berg">Berg J., Tymoczko J. and Stryer L. (2002) ''Biochemistry.'' W. H. Freeman and Company ISBN 0-7167-4955-6</ref>
As duas longas cadeias de DNA enrolam-se como uma trepadeira formando uma [[Hélice (geometria)|dupla hélice]]. Os nucleotídeos estão presentes em ambas as cadeias da dupla hélice, unidos com nucleótidos da mesma cadeia por ligações fosfodiéster e à cadeia complementar por meio de pontes de hidrogéniohidrogênio formadas pelas suas bases. Em geral, uma base ligada a um açúcar é chamada [[nucleosídeo]] e uma base ligada a um açúcar e um ou mais fosfatos é chamada nucleotídeo. Portanto, o DNA pode ser referido como um [[polinucleotídeo]].
<ref name=IUPAC>{{Citar web |url=http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/misc/naabb.html |título=Abbreviations and Symbols for Nucleic Acids, Polynucleotides and their Constituents IUPAC-IUB|publicado=Commission on Biochemical Nomenclature (CBN)|acessodata=3 de janeiro de 2006|língua=en}}</ref>
 
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Os dois tipos de pares de base formam diferentes números de pontes de hidrogênio: AT forma duas pontes de hidrogênio enquanto que GC formam três pontes de hidrogênio. Desta forma a interação entre GC é mais forte que AT. Como resultado, a percentagem de GC numa dupla fita de DNA determina a força de interação entre as duas cadeias.<ref>{{Citar periódico | autor=Chalikian T, Völker J, Plum G, Breslauer K | titulo=A more unified picture for the thermodynamics of nucleic acid duplex melting: a characterization by calorimetric and volumetric techniques | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=22151&blobtype=pdf | jornal=Proc Natl Acad Sci U S A | volume=96 | numero=14 | paginas=7853–8 | ano=1999 | pmid=10393911}}</ref>
Uma parte da dupla cadeia de DNA que precisa de ser separada facilmente, tal como a TATAAT [[Caixa de Pribnow]] nos [[promotor (genética)|promotores]] bacterianos, tende a ter sequências com maior predomínio de AT, para facilitar a abertura da dupla cadeia aquando da transcrição. No laboratório, a força desta interacçãointeração pode ser medida encontrando a temperatura necessária para quebrar as pontes de hidrogéniohidrogênio, a [[temperatura de desnaturação]] (também chamado ''T<sub>m</sub>''). Quando todos os pares de base numa dupla hélice de DNA quebram as suas ligações, as duas cadeias separam-se e existem em solução como duas moléculas completamente independentes. Estas moléculas de DNA de cadeia simples não têm uma única forma comum, mas algumas conformações são mais estáveis do que outras.<ref>{{Citar periódico | autor=Isaksson J, Acharya S, Barman J, Cheruku P, Chattopadhyaya J | titulo=Single-stranded adenine-rich DNA and RNA retain structural characteristics of their respective double-stranded conformations and show directional differences in stacking pattern | jornal=Biochemistry | volume=43 | numero=51 | paginas=15996–6010 | ano=2004 | pmid=15609994}}</ref>
 
=== Sulcos ===
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[[Ficheiro:Parallel telomere quadruple.png|thumb|esquerda|Estrutura de um quadrúplex de DNA formado por repetições [[telómero|teloméricas]]. A conformação do esqueleto de DNA é diferente da típica estrutura helicoidal.<ref>{{citar web |autor= |url=http://ndbserver.rutgers.edu/atlas/xray/structures/U/ud0017/ud0017.html |publicado=Ndbserver.rutgers.edu |título=NDB UD0017}}</ref>]]
 
Nas extremidades do cromossomas lineares estão zonas especializadas do DNA chamadas [[telómero|telômero]]s. A função principal destas regiões é permitir que a célula replique as extremidades do cromossoma usando a enzima [[telomerase]], porque enzimas que permitem replicar DNA normalmente não conseguem copiar as extremidades 3' dos cromossomas.<ref name=Greider>{{Citar periódico | autor=Greider C, Blackburn E | titulo=Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts | jornal=Cell | volume=43 | numero=2 Pt 1 | paginas=405–13 | ano=1985 | pmid=3907856}}</ref> Estas tampas de cromossoma especializadas também ajudam a proteger as extremidades do DNA, e evitam que o sistema de [[reparo de DNA|reparação de DNA]] elimine estas regiões como erros que precisassem de ser corrigidos.<ref name=Nugent>{{Citar periódico | autor=Nugent C, Lundblad V | titulo=The telomerase reverse transcriptase: components and regulation | url=http://www.genesdev.org/cgi/content/full/12/8/1073 | jornal=Genes Dev | volume=12 | numero=8 | paginas=1073–85 | ano=1998 | pmid=9553037}}</ref> Em células humanas, os telómerostelômeros têm normalmente vários milhares de repetições de uma sequência simples (TTAGGG).<ref>{{Citar periódico | autor=Wright W, Tesmer V, Huffman K, Levene S, Shay J | titulo=Normal human chromosomes have long G-rich telomeric overhangs at one end | url=http://www.genesdev.org/cgi/content/full/11/21/2801 | jornal=Genes Dev | volume=11 | numero=21 | paginas=2801–9 | ano=1997 | pmid=9353250}}</ref>
 
Estas sequências ricas em guanina podem estabilizar as extremidades dos cromossomas formando estruturas de unidades de quatro bases empilhadas, ao invés dos pares de base usuais encontrados em outras moléculas de DNA. Quatro bases de guanina formam uma placa chata e depois estas unidades chatas de quatro bases empilham-se no topo umas das outras, para formarem estruturas [[quadrúplex-G]] estáveis.<ref name=Burge>{{Citar periódico | autor=Burge S, Parkinson G, Hazel P, Todd A, Neidle S | titulo=Quadruplex DNA: sequence, topology and structure | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=17012276 | jornal=Nucleic Acids Res | volume=34 | numero=19 | páginas=5402–15 | ano=2006 | pmid=17012276 | doi=10.1093/nar/gkl655 }}</ref> Estas estruturas são estabilizadas por [[ponte de hidrogénio|pontes de hidrogéniohidrogênio]] entre as margens das bases e por [[quelação]] de um ião metálico no centro de cada unidade de quatro bases.<ref>{{Citar periódico | autor=Parkinson G, Lee M, Neidle S | titulo=Crystal structure of parallel quadruplexes from human telomeric DNA | jornal=Nature | volume=417 | numero=6891 | páginas=876–80 | ano=2002 | pmid=12050675 | doi=10.1038/nature755 }}</ref> Outras estruturas podem também ser formadas, com o conjunto central de quatro bases provenientes de uma cadeia simples enrolada à volta das bases ou de diversas cadeias paralelas, cada uma contribuindo com uma base para a estrutura central.<ref>{{Citar periódico | doi = 10.1098/rsta.2007.0011 | volume = 365 | numero = 1861 | páginas = 2969 -2984 | ultimo = Huppert | primeiro= Julian Leon | titulo = Four-stranded DNA: cancer, gene regulation and drug development | jornal = Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences | acessadoem = 8 de outubro de 2010 | data = 15 de dezembro de 2007 | url=http://rsta.royalsocietypublishing.org/content/365/1861/2969.abstract }}</ref>
 
Além destas estruturas empilhadas, os telómerostelômeros também formam grandes estruturas em forma de laço chamados ''telomere loops'' ou ''T-loops''. O DNA de cadeia simples enrola-se à volta de um círculo grande estabilizado por proteínas que se ligam a telómerostelômeros.<ref>{{Citar periódico | autor=Griffith J, Comeau L, Rosenfield S, Stansel R, Bianchi A, Moss H, de Lange T | titulo=Mammalian telomeres end in a large duplex loop | jornal=Cell | volume=97 | numero=4 | paginas=503–14 | ano=1999 | pmid=10338214}}</ref> Mesmo no fim dos ''T-loops'', o DNA de cadeia simples do telómerotelômero é mantido sobre uma região de DNA de cadeia dupla pela cadeia do telómerotelômero que desestabiliza o DNA de dupla hélice e o emparelhamento de bases de uma das duas cadeias. Esta estrutura de [[DNA de cadeia tripla|cadeia tripla]] é chamada de laço de deslocamento ou [[D-loop]].<ref name=Burge/>
 
== Modificações químicas ==
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=== Modificações de bases ===
{{Artigo principal|[[metilação do DNA|Metilação do DNA]]}}
A expressão de genes é influenciado pela maneira como o DNA está disposto nos cromossomas, numa estrutura chamada [[cromatina]]. As modificações de bases podem estar envolvidas na disposição, com as regiões quem tem expressão génicagênica baixa ou inexistente contendo usualmente níveis elevados de [[metilação]] de [[citosina]]. Por exemplo, a metilação de citosina produz [[5-metilcitosina]], que é importante na [[inactivação do cromossoma X|inativação do cromossoma X]].<ref>{{Citar periódico | autor=Klose R, Bird A | titulo=Genomic DNA methylation: the mark and its mediators | jornal=Trends Biochem Sci | volume=31 | numero=2 | paginas=89–97 | ano=2006 | pmid=16403636 | doi=10.1016/j.tibs.2005.12.008}}</ref> O nível médio de metilação varia entre organismos - o verme ''[[Caenorhabditis elegans]]'' tem pouca metilação da citosina, enquanto que [[vertebrado]]s têm níveis mais elevados, com até 1% do seu DNA contendo 5-metilcitosina<ref>{{Citar periódico | autor=Bird A | titulo=DNA methylation patterns and epigenetic memory | jornal=Genes Dev | volume=16 | numero=1 | paginas=6–21 | ano=2002 | pmid=11782440 | doi=10.1101/gad.947102}}</ref> Apesar da importância da 5-metilcitosina, esta pode [[Desaminação|desaminar]] transformando-se em timina. Citosinas metiladas são por isso especialmente susceptíveis de sofrer [[mutação|mutações]].<ref>{{Citar periódico | autor=Walsh C, Xu G | titulo=Cytosine methylation and DNA repair | jornal=Curr Top Microbiol Immunol | volume=301 | numero=| paginas=283–315 | ano=2006 | pmid=16570853 | doi=10.1007/3-540-31390-7_11}}</ref> Outras modificações de bases incluem metilação de adeninas em bactérias e [[glicosilação]] do uracilo para produzir a "base-J" em organismos da classe [[Kinetoplastida]].<ref>{{Citar periódico | autor=Ratel D, Ravanat J, Berger F, Wion D | titulo=N6-methyladenine: the other methylated base of DNA | jornal=Bioessays | volume=28 | numero=3 | paginas=309–15 | ano=2006 | pmid=16479578 | doi=10.1002/bies.20342 }}</ref><ref>{{Citar periódico | autor=Gommers-Ampt J, Van Leeuwen F, de Beer A, Vliegenthart J, Dizdaroglu M, Kowalak J, Crain P, Borst P | titulo=beta-D-glucosyl-hydroxymethyluracil: a novel modified base present in the DNA of the parasitic protozoan T. brucei | jornal=Cell | volume=75 | numero=6 | paginas=1129–36 | ano=1993 | pmid=8261512 | doi=10.1016/0092-8674(93)90322-H}}</ref>
 
=== Danos ao DNA ===
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[[Ficheiro:Benzopyrene DNA adduct 1JDG.png|thumb|[[Benzopireno]], o maior mutagénio no [[tabagismo|fumo do tabaco]], ligando-se ao DNA<ref>{{citar web |autor= |url=http://www.rcsb.org/pdb/cgi/explore.cgi?pdbId=1JDG |publicado=Rcsb.org |título=PDB 1JDG }}</ref>]]
O DNA pode ser danificado por muitos tipos diferentes de [[mutagénio|mutagênio]]s, que alteram a sequência de DNA. Estes incluem [[oxidante|agentes oxidantes]], [[Alquilação|agentes alquilantes]] e também por [[radiação electromagnética]] de grande energia tal como luz [[ultravioleta]] e [[Raio-X|raios-X]]. O tipo de dano ao DNA produzido depende do tipo de mutagéniomutagênio. A luz ultravioleta, por exemplo, pode danificar o DNA produzindo [[dímero de timina|dímeros de timina]], que são ligações cruzadas entre pirimidinas.<ref>{{Citar periódico | autor=Douki T, Reynaud-Angelin A, Cadet J, Sage E | titulo=Bipyrimidine photoproducts rather than oxidative lesions are the main type of DNA damage involved in the genotoxic effect of solar UVA radiation | jornal=Biochemistry | volume=42 | numero=30 | paginas=9221–6 | ano=2003 | pmid=12885257 | doi=10.1021/bi034593c }}</ref> Por outro lado, oxidantes como [[Radical (química)|radicais livres]] ou [[peróxido de hidrogénio]] produzem múltiplos tipos de danos, incluindo modificações de bases, em particular guanosina, e quebras das cadeias duplas.<ref>{{Citar periódico | autor=Cadet J, Delatour T, Douki T, Gasparutto D, Pouget J, Ravanat J, Sauvaigo S | titulo=Hydroxyl radicals and DNA base damage | jornal=Mutat Res | volume=424 | numero=1–2 | paginas=9–21 | ano=1999 | pmid=10064846}}</ref> Em cada célula humana, cerca de 500 bases podem sofrer danos por oxidação por dia.<ref>{{Citar periódico | autor=Shigenaga M, Gimeno C, Ames B | titulo=Urinary 8-hydroxy-2′-deoxyguanosine as a biological marker of ''in vivo'' oxidative DNA damage | url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/86/24/9697 | jornal=Proc Natl Acad Sci U S A | volume=86 | numero=24 | paginas=9697–701 | ano=1989 | pmid=2602371 | doi=10.1073/pnas.86.24.9697 }}</ref><ref>{{Citar periódico | autor=Cathcart R, Schwiers E, Saul R, Ames B | titulo=Thymine glycol and thymidine glycol in human and rat urine: a possible assay for oxidative DNA damage | url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/81/18/5633.pdf | jornal=Proc Natl Acad Sci U S A | volume=81 | numero=18 | paginas=5633–7 | ano=1984 | pmid=6592579 | doi=10.1073/pnas.81.18.5633}}</ref> As quebras da cadeia dupla são lesões oxidativas de difícil reparação, que podem produzir [[mutação pontual|mutações pontuais]], [[inserção (genética)|inserções]] e [[Delecção|delecções]], assim como [[translocação cromossómica|translocações cromossómicas]].<ref>{{Citar periódico | autor=Valerie K, Povirk L | titulo=Regulation and mechanisms of mammalian double-strand break repair | jornal=Oncogene | volume=22 | numero=37 | paginas=5792–812 | ano=2003 | pmid=12947387 | doi=10.1038/sj.onc.1206679 }}</ref>
 
Muitos mutagénios encaixam entre o espaço entre dois pares de bases adjacentes, na chamada ''[[intercalação (química)|intercalação]]''. A maioria dos intercaladores são [[Aromaticidade|aromáticos]] e moléculas planas e incluem [[brometo de etídio]], [[daunomicina]], [[doxorrubicina]] e [[talidomida]]. Para que um intercalador encaixe entre pares de bases, as bases têm de se separar, abrindo a cadeia dupla. Isto inibe a transcrição e a replicação do DNA, causando toxicidade e mutações. Como resultado, os intercaladores de DNA são muitas vezes [[carcinogénico]]s. [[Benzopireno]], [[acridina]]s, [[aflatoxina]] e brometo de etídio são exemplos bem conhecidos.<ref>{{Citar periódico | autor=Ferguson L, Denny W | titulo=The genetic toxicology of acridines | jornal=Mutat Res | volume=258 | numero=2 | paginas=123–60 | ano=1991 | pmid=1881402}}</ref><ref>{{Citar periódico | autor=Jeffrey A | titulo=DNA modification by chemical carcinogens | jornal=Pharmacol Ther | volume=28 | numero=2 | paginas=237–72 | ano=1985 | pmid=3936066 | doi=10.1016/0163-7258(85)90013-0}}</ref><ref>{{Citar periódico | autor=Stephens T, Bunde C, Fillmore B | titulo=Mechanism of action in thalidomide teratogenesis | jornal=Biochem Pharmacol | volume=59 | numero=12 | paginas=1489–99 | ano=2000 | pmid=10799645 | doi=10.1016/S0006-2952(99)00388-3}}</ref> No entanto, devido à sua capacidade de inibir a transcrição e replicação, estas toxinas também são usadas em [[quimioterapia]] para inibir o crescimento rápido de células tumorais.<ref>{{Citar periódico | autor=Braña M, Cacho M, Gradillas A, de Pascual-Teresa B, Ramos A | titulo=Intercalators as anticancer drugs | jornal=Curr Pharm Des | volume=7 | numero=17 | paginas=1745–80 | ano=2001 | pmid=11562309 | doi=10.2174/1381612013397113}}</ref>
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<div style="border: none; width:260px;"><div class="thumbcaption">InteracçãoInteração do DNA com [[histona]]s (mostrado em branco, em cima). Os aminoácidos básicos destas proteínas (em baixo à esquerda, em azul) liga-se aos grupos fosfato do DNA (em baixo à direita, em vermelho).</div></div></div>
 
Proteínas estruturais que se ligam ao DNA são exemplos bem estudados de interações não-específicas DNA-proteínas. Nos cromossomas, o DNA está ligado a proteínas estruturais formando complexos. Estas proteínas organizam o DNA numa estrutura compacta, a [[cromatina]]. Em eucariontes esta estrutura envolve a ligação do DNA a um complexo de pequenas proteínas básicas chamadas histonas, enquanto que em procariontes estão envolvidas vários tipos de proteínas.<ref>{{Citar periódico |autor=Sandman K, Pereira S, Reeve J |titulo=Diversity of prokaryotic chromosomal proteins and the origin of the nucleosome | jornal=Cell Mol Life Sci |volume=54 |numero=12 | páginas=1350–64 |ano=1998 |pmid=9893710 |doi=10.1007/s000180050259}}</ref><ref>{{Citar periódico |autor=Dame RT |titulo=The role of nucleoid-associated proteins in the organization and compaction of bacterial chromatin |jornal=Mol. Microbiol |volume=56 |numero=4 |páginas=858–70 |ano=2005 |pmid=15853876 |doi=10.1111/j.1365-2958.2005.04598.x}}</ref> As histonas formam um complexo em forma de disco, o [[nucleossoma]], que contém duas voltas completas de DNA de cadeia dupla à sua volta. Estas interacções não-específicas formam-se quando os resíduos básicos das histonas fazem [[ligação iónica|ligações iónicas]] ao esqueleto açúcar-fosfato acídico do DNA, e por isso são largamente independentes da sequência de bases.<ref>{{Citar periódico |autor=Luger K, Mäder A, Richmond R, Sargent D, Richmond T |titulo=Crystal structure of the nucleosome core particle at 2.8 A resolution | jornal=Nature |volume=389 |numero=6648 | páginas=251–60 |ano=1997 |pmid=9305837 | doi = 10.1038/38444 }}</ref> Modificações químicas nestes resíduos de amino-ácidos incluem [[metilação]], [[fosforilação]] e [[acetilação]].<ref>{{Citar periódico |autor=Jenuwein T, Allis C |titulo=Translating the histone code | jornal=Science |volume=293 |numero=5532 | páginas=1074–80 |ano=2001 |pmid=11498575 |doi=10.1126/science.1063127}}</ref> Estas mudanças químicas alteram a força da interacção entre o DNA e as histonas, tornando o ADN mais ou menos acessível a [[factor de transcrição|factores de transcrição]] e mudando a taxa de transcrição.<ref>{{Citar periódico |autor=Ito T |titulo=Nucleosome assembly and remodelling | jornal=Curr Top Microbiol Immunol |volume=274 |numero=| páginas=1–22 |ano=|pmid=12596902}}</ref> Outras proteínas com ligação a ADN não-específicas incluem o grupo de proteínas de alta mobilidade, que se ligam a DNA dobrado ou distorcido.<ref>{{Citar periódico |autor=Thomas J |titulo=HMG1 and 2: architectural DNA-binding proteins | jornal=Biochem Soc Trans |volume=29 |numero=Pt 4 | páginas=395–401 |ano=2001 |pmid=11497996 |doi=10.1042/BST0290395}}</ref> Estas proteínas são importantes pois dobram conjuntos de nucleossomas e organizam-nos em estruturas maiores que constituem os cromossomas.<ref>{{Citar periódico |autor=Grosschedl R, Giese K, Pagel J |titulo=HMG domain proteins: architectural elements in the assembly of nucleoprotein structures | jornal=Trends Genet |volume=10 |numero=3 | páginas=94–100 |ano=1994 |pmid=8178371 |doi=10.1016/0168-9525(94)90232-1}}</ref>
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Um grupo distinto destas proteínas são as que se ligam especificamente a DNA de cadeia simples. Nos humanos, a proteína de replicação A é o membro desta família mais bem compreendido e é usado em processos onde a dupla hélice é separada, incluindo durante a replicação do DNA, recombinação e reparo.<ref>{{Citar periódico |autor=Iftode C, Daniely Y, Borowiec J |titulo=Replication protein A (RPA): the eukaryotic SSB | jornal=Crit Rev Biochem Mol Biol |volume=34 |numero=3 | páginas=141–80 |ano=1999 |pmid=10473346 |doi=10.1080/10409239991209255}}</ref> Estas proteínas parecem estabilizar DNA de cadeia dupla e protegem-no da formação de ''[[hairpin loop]]s'' e da degradação por [[nuclease]]s.
 
[[Ficheiro:Lambda repressor 1LMB.png|thumb|direita|O factorfator de transcrição do [[hélice-volta-hélice]] lambda repressor ligado ao seu alvo de ADNDNA.<ref>{{citar web |autor=Criado a partir de |url=http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1LMB |publicado=Rcsb.org |título=PDB 1LMB}}</ref>]]
Em contraste, outras proteínas evoluíram de modo a ligar-se a sequências de DNA específicas. Os [[factor de transcrição|factores de transcrição]] são dos mais intensivamente estudados (proteínas que regulam a transcrição). Cada factorfator de transcrição liga-se a um conjunto particular de sequências de DNA e activaativa ou inibe a transcrição de genes que tenham estas sequências perto dos seus promotores. Os factores de transcrição fazem isto de duas maneiras. Primeiro, podem ligar-se à polimerase do RNA responsável pela transcrição, quer directamentediretamente quer por meio de proteínas mediadoras; isto posiciona a polimerase no promotor e permite que comece a transcrição.<ref>{{Citar periódico |autor=Myers L, Kornberg R |titulo=Mediator of transcriptional regulation | jornal=Annu Rev Biochem |volume=69 |numero=| páginas=729–49 |ano=2000 |pmid=10966474 | doi = 10.1146/annurev.biochem.69.1.729 }}</ref> Em alternativa, os factores de transcrição podem ligar-se a [[enzima]]s que modificam as histonas no promotor; isto muda a acessibilidade do molde de DNA à polimerase.<ref>{{Citar periódico |autor=Spiegelman B, Heinrich R |titulo=Biological control through regulated transcriptional coactivators | jornal=Cell |volume=119 |numero=2 | páginas=157–67 |ano=2004 |pmid=15479634 |doi=10.1016/j.cell.2004.09.037}}</ref>
 
Como estes locais de ligação podem ocorrer pelo genoma inteiro de um organismo, mudanças na atividade de um tipo de fator de transcrição pode afetar milhares de genes.<ref>{{Citar periódico |autor=Li Z, Van Calcar S, Qu C, Cavenee W, Zhang M, Ren B |titulo=A global transcriptional regulatory role for c-Myc in Burkitt's lymphoma cells | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?tool=pubmed&pubmedid=12808131 | jornal=Proc Natl Acad Sci USA |volume=100 |numero=14 | páginas=8164–9 |ano=2003 |pmid=12808131 | doi = 10.1073/pnas.1332764100 }}</ref> Por consequência, estas proteínas são muitas vezes alvo de processos de [[transdução de sinal]] que controlam respostas a mudanças ambientais ou diferenciação e desenvolvimento celular. A especificidade da interação destes factores de transcrição com o DNA provém das proteínas que fazem contatos múltiplos com a extremidade das bases de DNA, permitindo a leitura da sequência de DNA. A maior parte destas interações com bases faz-se no sulco maior, onde as bases estão mais acessíveis.<ref>{{Citar periódico |autor=Pabo C, Sauer R |titulo=Protein-DNA recognition | jornal=Annu Rev Biochem |volume=53 |numero=| páginas=293–321 |ano=1984 |pmid=6236744 | doi = 10.1146/annurev.bi.53.070184.001453 }}</ref>
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==== Nucleases e ligases ====
[[Ficheiro:EcoRV 1RVA.png|thumb|esquerda|A [[enzima de restrição]] [[EcoRV]] (verde) num complexo com o seu ADNDNA substrato.<ref>{{citar web |autor=Criado a partir de |url=http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1RVA |publicado=Rcsb.org |título=PDB 1RVA }}</ref>]]
As [[nuclease]]s são [[enzima]]s que cortam as cadeias de DNA mediante a [[catálise]] da [[hidrólise]] das [[ligação fosfodiéster|ligações fosfodiéster]]. As nucleases que hidrolisam [[nucleótido]]s a partir dos extremos das cadeias de DNA denominam-se ''exonucleases'', enquanto que as ''endonucleases'' cortam no interior das cadeias. As nucleases que se utilizam com maior frequência em [[biologia molecular]] são as [[enzima de restrição|enzimas de restrição]], endonucleases que cortam o DNA em sequências específicas. Por exemplo, a enzima EcoRV, mostrada à esquerda, reconhece a sequência de 6 bases 5′-GAT|ATC-3′ e faz um corte em ambas as cadeias na linha vertical indicada, gerando duas moléculas de DNA. Outras enzimas de restrição geram, no entanto, extremidades coesivas, já que cortam de forma diferente as duas cadeias de DNA. Na natureza, estas enzimas protegem as [[bactéria]]s contra as infecções de [[Bacteriófago|fagos]], ao digerir o DNA do fago quando entra através da parede bacteriana, actuando como um mecanismo de defesa.<ref>{{Citar periódico |autor=Bickle T, Krüger D |titulo=Biology of DNA restriction | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/picrender.fcgi?artid=372918&blobtype=pdf | jornal=Microbiol Rev |volume=57 |numero=2 | páginas=434–50 |ano=1993 |pmid=8336674}}</ref> Em [[biotecnologia]], estas nucleases específicas utilizam-se na [[Clonagem|clonagem molecular]] e na técnica de [[impressão de ADN|impressão de DNA]] (''<!-- DNA --><!-- --> fingerprinting'', em inglês).
 
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|}
<div style="border: none; width:250px;"><div class="thumbcaption">Estrutura de um intermediário em [[junção de Holliday]] na [[recombinação genética]]. A quatro cadeias de ADNDNA separadas estão coloridas em vermelho, azul, verde e amarelo.<ref>{{citar web |autor=Criado a partir de |url=http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1M6G |publicado=Rcsb.org |título=PDB 1M6G}}</ref></div></div></div>
{{Artigo principal|[[Recombinação genética]]}}
[[Ficheiro:Chromosomal Recombination.svg|thumb|esquerda|A recombinação implica a rotura e reunião de dois (M e F) para produzir dois cromossomas novos, reorganizados (C1 e C2).]]
 
Uma hélice de DNA normalmente não interage com outros segmentos de DNA. Nas células humanas os diferentes cromossomas ocupam áreas separadas no [[núcleo celular]] denominadas “territórios cromossómicos”cromossômicos”.<ref>{{Citar periódico |autor=Cremer T, Cremer C |titulo=Chromosome territories, nuclear architecture and gene regulation in mammalian cells | jornal=Nat Rev Genet |volume=2 |numero=4 | páginas=292–301 |ano=2001 |pmid=11283701 | doi = 10.1038/35066075}}</ref> A separação física dos diferentes cromossomas é importante para que o DNA mantenha a sua capacidade de funcionar como um armazém estável de informação. Um dos poucos momentos em que os cromossomas interagem é durante o [[sobrecruzamento cromossómico|sobrecruzamento cromossômico]] (''chromosomal crossover'', em inglês), durante o qual se [[recombinação genética|recombinam]]. O sobrecruzamento cromossómicocromossômico ocorre quando duas hélices de DNA se rompem, sofrem intercâmbio e se unem novamente.<ref>{{Citar web|título = Chromosomal crossover |língua=inglês|acessodata = 7 de outubro de 2010 |url=http://www.sciencedaily.com/articles/c/chromosomal_crossover.htm |publicado=Sciencedaily.com }}</ref>
 
A recombinação permite aos cromossomas trocar informação genética e produzir novas combinações de genes, o que aumenta a eficiência da [[selecção natural|seleção natural]] e pode ser importante na evolução rápida de novas proteínas.<ref>{{Citar periódico |autor=Pál C, Papp B, Lercher M |titulo=An integrated view of protein evolution | jornal=Nat Rev Genet |volume=7 |numero=5 | páginas=337–48 |ano=2006 |pmid=16619049 | doi = 10.1038/nrg1838}}</ref> Durante a profase I da [[meiose]], uma vez que os cromossomas homólogos estão perfeitamente emparelhados formando estruturas que se denominam bivalentes, produz-se o fenómenofenômeno de sobrecruzamento ou entrecruzamento ''(crossing-over)'', no qual os cromatídeos homólogos não irmãos (procedentes do pai e da mãe) trocam material genético. A recombinação genética resultante faz aumentar em grande medida a variação genética entre a descendência de progenitores que se reproduzem por via sexual. A recombinação genética também pode estar implicada na [[reparação do ADN|reparação do DNA]], em particular na resposta celular às roturas da dupla cadeia (''double-strand breaks'').<ref>{{Citar periódico |autor=O'Driscoll M, Jeggo P |titulo=The role of double-strand break repair - insights from human genetics | jornal=Nat Rev Genet |volume=7 |numero=1 | páginas=45–54 |ano=2006 |pmid=16369571 | doi = 10.1038/nrg1746}}</ref>
 
A forma mais frequente de sobrecruzamento cromossómico é a [[recombinação homóloga]], na qual os dois cromossomas implicados compartilham sequências muito similares. A recombinação não-homóloga pode ser danosa para as células, já que pode produzir [[mutação|translocações cromossômicas]] e anormalidades genéticas. A reacçãoreação de recombinação é catalisada por enzimas conhecidas como ''recombinases'', tais como a [[RAD51]].<ref>{{Citar periódico |autor=Vispé S, Defais M |titulo=Mammalian Rad51 protein: a RecA homologue with pleiotropic functions |jornal=Biochimie |volume=79 |numero=9-10 |páginas=587–92 |ano=1997 |pmid=9466696 |doi=10.1016/S0300-9084(97)82007-X}}</ref> O primeiro passo no processo de recombinação é uma rotura da dupla cadeia, causada por uma endo[[nuclease]] ou por dano no DNA.<ref>{{Citar periódico |autor=Neale MJ, Keeney S |titulo=Clarifying the mechanics of DNA strand exchange in meiotic recombination |jornal=Nature |volume=442 |numero=7099 |páginas=153–8 |ano=2006 |pmid=16838012 | doi = 10.1038/nature04885}}</ref> Posteriormente, uma série de passos catalisados em parte pela recombinase conduz à união das duas hélices formando pelo menos uma [[junção de Holliday]], na qual um segmento de uma cadeia simples é anelada com a cadeia complementar na outra hélice. A junção de Holliday é uma estrutura de união tetraédrica que pode mover-se ao longo do par de cromossomas, intercambiando uma cadeia por outra. A reacçãoreação de recombinação detém-se pelo corte da união e a reunião dos segmentos de DNA libertados.<ref>{{Citar periódico |autor=Dickman M, Inglêston S, Sedelnikova S, Rafferty J, Lloyd R, Grasby J, Hornby D |titulo=The RuvABC resolvasome | jornal=Eur J Biochem |volume=269 |numero=22 | páginas=5492–501 |ano=2002 |pmid=12423347 |doi=10.1046/j.1432-1033.2002.03250.x}}</ref>
 
== Evolução do metabolismo de DNA ==
{{Artigo principal|[[Hipótese do mundo de RNA]]}}
O DNA contém a informação genética que permite à maioria dos organismos vivos funcionar, crescer e reproduzir-se. No entanto, desconhece-se o intervalo de tempo durante o qual ele exerceu esta função nos ~3000 milhões de anos desde a [[origem da vida|história da vida]], já que se propôs que as formas de vida mais precoces poderiam ter utilizado [[ARN|DNA]] como material genético.<ref name=JoyceG>{{Citar periódico |autor=Joyce G |titulo=The antiquity of RNA-based evolution |jornal=Nature |volume=418 |numero=6894 |páginas=214–21 |ano=2002 |pmid=12110897 | doi = 10.1038/418214a}}</ref><ref>{{Citar periódico |autor=Orgel L |titulo=Prebiotic chemistry and the origin of the RNA world | url=http://www.d.umn.edu/~pschoff/documents/OrgelRNAWorld.pdf |formato=PDF |jornal=Crit Rev Biochem Mol Biol |volume=39 |numero=2 |páginas=99–123 |pmid=15217990 | doi = 10.1080/10409230490460765}}</ref> O RNA poderia ter funcionado como parte central de um metabolismo primordial, já que pode transmitir informação genética e simultaneamente actuaratuar como [[catalisador]], formando parte das [[ribozima]]s.<ref>{{Citar periódico |autor=Davenport R |titulo=Ribozymes. Making copies in the RNA world |jornal=Science |volume=292 |numero=5520 |páginas=1278 |ano=2001 |pmid=11360970 | doi = 10.1126/science.292.5520.1278a}}</ref> Este antigo ''[[hipótese do mundo de ARN|mundo de]] RNA'' onde os ácidos nucleicos funcionariam como catalisadores e como armazéns de informação genética, poderia ter influenciado na [[evolução]] do [[código genético]] actualatual, baseado em quatro [[nucleótido]]s. Isto se deveria a que o número de bases únicas num organismo é determinado entre um número pequeno de bases (o que aumentaria a precisão da replicação) e um número grande de bases (que por sua vez aumentaria a eficiência catalítica das ribozimas).<ref>{{Citar periódico |autor=Szathmáry E |titulo=What is the optimum size for the genetic alphabet? |url=http://www.pnas.org/cgi/reprint/89/7/2614.pdf |formato=PDF |jornal=Proc Natl Acad Sci U S A |volume=89 |numero=7 |páginas=2614–8 |ano=1992 |pmid=1372984 |doi=10.1073/pnas.89.7.2614}}</ref>
 
Infelizmente, não dispomos de evidência directadireta dos sistemas genéticos ancestrais, porque a recuperação do ADNDNA a partir da maior parte dos fósseis é impossível. O DNA é capaz de sobreviver no meio ambiente durante menos de um milhão de anos, e logo começa a degradar-se lentamente em fragmentos de menor tamanho em solução.<ref>{{Citar periódico |autor=Lindahl T |titulo=Instability and decay of the primary structure of DNA |jornal=Nature |volume=362 |numero=6422 |páginas=709–15 |ano=1993 |pmid=8469282 | doi = 10.1038/362709a0}}</ref> Algumas investigações pretendem a obtenção de DNA mais antigo, como no caso do isolamento de uma bactéria viável a partir de um cristal salino de 250 milhões de anos de antiguidade,<ref>{{Citar periódico |autor=Vreeland R, Rosenzweig W, Powers D |titulo=Isolation of a 250 million-year-old halotolerant bacterium from a primary salt crystal |jornal=Nature |volume=407 |numero=6806 |páginas=897–900 |ano=2000 |pmid=11057666 | doi = 10.1038/35038060}}</ref> mas estes dados são controversos.<ref>{{Citar periódico |autor=Hebsgaard M, Phillips M, Willerslev E |titulo=Geologically ancient DNA: fact or artefact? |jornal=Trends Microbiol |volume=13 |numero=5 |páginas=212–20 |ano=2005 |pmid=15866038 |doi=10.1016/j.tim.2005.03.010}}</ref><ref>{{Citar periódico |autor=Nickle D, Learn G, Rain M, Mullins J, Mittler J |titulo=Curiously modern DNA for a "250 million-year-old" bacterium |jornal=J Mol Evol |volume=54 |numero=1 |páginas=134–7 |ano=2002 |pmid=11734907 | doi = 10.1007/s00239-001-0025-x }}</ref>
 
No entanto, podem utilizar-se ferramentas de evolução molecular para inferir os genomas de organismos ancestrais a partir de organismos contemporâneos.<ref name="Birnbaum2000">{{Citar periódico | autor = Birnbaum D, Coulier F, Pébusque MJ, Pontarotti P. | ano = 2000 | titulo = "Paleogenomics": looking in the past to the future | jornal = J Exp Zool | volume = 288 | numero = (1): 21-2 | pmid = 10750049}}</ref><ref name="Blanchette2004">{{Citar periódico | autor = Blanchette M, Green ED, Miller W, Haussler D. | ano = 2004 | titulo = Reconstructing large regions of an ancestral mammalian genome in silico | jornal = Genome Res | volume = 14 | numero = (12): 2412-23 | doi = 10.1101/gr.2800104 | pmid = 15574820}}</ref> Em muitos casos, estas inferências são suficientemente fiáveis, de maneira que uma biomolécula codificada num genoma ancestral pode ser ressuscitada no laboratório para ser estudada hoje.<ref name="Gaucher2003">{{Citar periódico | autor = Gaucher EA, Thomson JM, Burgan MF, Benner SA. | ano = 2003 | titulo = Inferring the palaeoenvironment of ancient bacteria on the basis of resurrected proteins | jornal = Nature | volume = 425 | numero = (6955): 285-8 | doi = 10.1038/nature01977 | pmid = 13679914}}</ref><ref name="Thornton2004">{{Citar periódico | autor = Thornton JW. | ano = 2004 | titulo = Resurrecting ancient genes: experimental analysis of extinct molecules | jornal = Nat Rev Genet | volume = 5 | numero = (5): 366-75 | doi = 10.1038/nrg1324 |pmid = 15143319}}</ref> Uma vez recomposta a biomolécula ancestral, suas propriedades poderiam oferecer informações sobre os ambientes primordial, remetendo ao campo emergente da ''paleogenética experimental''.<ref name="Brenner2002">{{Citar periódico | autor = Benner SA, Caraco MD, Thomson JM, Gaucher EA. | ano = 2002 | titulo = Planetary biology--paleontological, geological, and molecular histories of life | jornal = Science | volume = 296 | numero = (5569): 864-8 | doi = 10.1126/science.1069863 | pmid = 11988562}}</ref> Apesar de tudo, o processo de trabalho ''retrospectivo'' tem limitações inerentes, razão pela qual outros investigadores tentam elucidar o mecanismo evolutivo trabalhando desde a origem da Terra até adiante no tempo. Dada suficiente informação sobre como as substâncias cósmicas poderiam haver-se depositado na Terra e sobre as transformações que poderiam ter tido lugar na superfície terrestre, talvez poderíamos ser capazes de desenvolver modelos prospectivos de evolução da informação genética.
Obtida de "https://pt.wikipedia.org/wiki/Ácido_desoxirribonucleico"