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=== Genes e genomas ===
{{Artigos principais|[[Núcleo celular]], [[cromatina]], [[cromossoma]], [[gene]], [[ADN não- codificante]]}}
[[Ficheiro:T7 RNA polymerase at work.png|thumb|esquerda|[[T7 ARN polimerase]] (azul) produzindo um ARNm (verde) a partir de um molde de ADN (laranja).<ref>{{citar web |autor=Criada a partir de |url=http://www.rcsb.org/pdb/explore/explore.do?structureId=1MSW |publicado=Rcsb.org |título=PDB 1MSW}}</ref>]]
O ADN genómico está localizado no [[núcleo celular]] dos eucariontes, assim como em pequenas quantidades em [[mitocôndria]]s e em [[cloroplasto]]s. Em procariontes, o ADN está dentro de um corpo de forma irregular no citoplasma chamado [[nucleóide]].<ref>{{Citar periódico|autor=Thanbichler M, Wang S, Shapiro L |titulo=The bacterial nucleoid: a highly organized and dynamic structure | jornal=J Cell Biochem |volume=96 |numero=3 | páginas=506–21 |ano=2005 |pmid=15988757 | doi = 10.1002/jcb.20519 }}</ref> A informação genética num genoma está nos genes, e o conjunto completo desta informação num organismo é chamado o seu [[genótipo]]. Um gene é a unidade básica da [[hereditariedade]] e é uma região do ADN que influencia uma característica particular num organismo. Genes contêm uma [[fase aberta de leitura]] que pode ser transcrita, assim como [[sequência reguladora|sequências reguladoras]] tais como [[promotor (genética)|promotores]] ou [[acentuassomo]]s, que controlam a transcrição da fase aberta de leitura.
Em muitas [[espécie]]s, apenas uma pequena fracção da sequência total do genoma codifica uma proteína. Por exemplo, apenas 1,5% do genoma humano consiste de [[exão|exões]] (que codificam proteínas), com mais de 50% do ADN humano consistindo de [[sequência repetitiva (DNA)|sequências repetitivas]].<ref>{{Citar periódico |autor=Wolfsberg T, McEntyre J, Schuler G |titulo=Guide to the draft human genome | jornal=Nature |volume=409 |numero=6822 | páginas=824–6 |ano=2001 |pmid=11236998 | doi = 10.1038/35057000 }}</ref> As razões para a presença de tanto [[ADN não- codificante]] em genomas eucarióticos e as extraordinárias diferenças no [[tamanho do genoma]], ou [[valor C]], entre espécies representam um enigma conhecido por [[Paradoxo do valor C|enigma do valor C]].<ref>{{Citar periódico |autor=Gregory T |titulo=The C-value enigma in plants and animals: a review of parallels and an appeal for partnership | url=http://aob.oxfordjournals.org/cgi/content/full/95/1/133 | jornal=Ann Bot (Lond) |volume=95 |numero=1 | páginas=133–46 |ano=2005 |pmid=15596463 |doi=10.1093/aob/mci009}}</ref> Contudo, sequências de ADN que não codificam proteínas podem ainda codificar moléculas de [[RNAARN não-codificante|ARN não-codificante]] funcional, que estão envolvidas na regulação da expressão génica.<ref>{{Citar periódico |autor=The ENCODE Project Consortium |titulo=Identification and analysis of functional elements in 1% of the human genome by the ENCODE pilot project |jornal=Nature |volume=447 |numero=7146 | páginas =799–816 |ano=2007 |doi=10.1038/nature05874}}</ref>
Algumas sequências de ADN não- codificante têm um papel estrutural nos cromossomas. Os [[telómero]]s e [[centrómero]]s contêm tipicamente poucos genes, mas são importantes para a função e estabilidade dos cromossomas.<ref name=Nugent/><ref>{{Citar periódico |autor=Pidoux A, Allshire R |titulo=The role of heterochromatin in centromere function | url=http://www.pubmedcentral.nih.gov/articlerender.fcgi?artid=1569473 | jornal=Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci |volume=360 |numero=1455 | páginas=569–79 |ano=2005 |pmid=15905142 | doi = 10.1098/rstb.2004.1611 }}</ref> Uma forma abundante de ADN não codificante em humanos são os [[pseudogene]]s, que são cópias de genes que foram desabilitados por mutação.<ref>{{Citar periódico |autor=Harrison P, Hegyi H, Balasubramanian S, Luscombe N, Bertone P, Echols N, Johnson T, Gerstein M |titulo=Molecular fossils in the human genome: identification and analysis of the pseudogenes in chromosomes 21 and 22 | url=http://www.genome.org/cgi/content/full/12/2/272 | jornal=Genome Res |volume=12 |numero=2 | páginas=272–80 |ano=2002 |pmid=11827946 |doi=10.1101/gr.207102}}</ref> Estas sequências são usualmente apenas [[fóssil|fósseis]] moleculares, apesar de poderem servir ocasionalmente como material genético em bruto para a criação de novos genes por meio do processo de [[duplicação de genes]] e [[evolução divergente|divergência]].<ref>{{Citar periódico |autor=Harrison P, Gerstein M |titulo=Studying genomes through the aeons: protein families, pseudogenes and proteome evolution | jornal=J Mol Biol |volume=318 |numero=5 | páginas=1155–74 |ano=2002 |pmid=12083509 |doi=10.1016/S0022-2836(02)00109-2}}</ref>
=== Transcrição e tradução ===
== Interacções com proteínas ==
Todas as funções do ADN dependem de interacções com proteínas. Estas interacções com proteínas podem ser não- específicas, ou a proteína pode ligar-se especificamente a uma única sequência de ADN. Algumas enzimas também se podem ligar ao ADN. Destas, as polimerases que copiam as sequências de ADN na transcrição e replicação são particularmente importantes.
=== Proteínas que se ligam ao ADN (''DNA-binding'') ===
<div style="border: none; width:260px;"><div class="thumbcaption">Interacção do ADN 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 ADN (em baixo à direita, em vermelho).</div></div></div>
Proteínas estruturais que se ligam ao ADN são exemplos bem estudados de interacções não- específicas ADN-proteínas. Nos cromossomas, o ADN está ligado a proteínas estruturais formando complexos. Estas proteínas organizam o ADN numa estrutura compacta, a [[cromatina]]. Em eucariontes esta estrutura envolve a ligação do ADN 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 ADN 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 ADN, 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 ADN 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 ADN 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>
Um grupo distinto destas proteínas são as que se ligam especificamente a ADN 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 ADN, 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 ADN de cadeia dupla e protegem-no da formação de ''[[hairpin loop]]s'' e da degradação por [[nuclease]]s.
A recombinação permite aos cromossomas trocar informação genética e produzir novas combinações de genes, o que aumenta a eficiência da [[selecção 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 fenómeno 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]], 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 cromossómicas]] e anormalidades genéticas. A reacção 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 ADN.<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 reacção de recombinação detém-se pelo corte da união e a reunião dos segmentos de ADN 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 ADN ==
Griffith inativou algumas células virulentas a alta temperatura. Injetou então as células mortas por aquecimento nos camundongos. Os camundongos sobreviveram, mostrando que os restos das células não causam morte. Entretanto os camundongos injetados com uma mistura de células virulentas mortas por aquecimento e células não virulentas vivas morreram. Além disso, as células vivas podiam ser recuperadas de camundongos mortos. Estas células deram colônias lisas e foram virulentas em uma injeção subsequente. De algum modo, os restos das células ''S'' aquecidas haviam convertido células ''R'' vivas em células ''S'' vivas.<ref>{{Citar livro |url=http://books.google.com/books?id=iwDn7ubDO2kC |autor=Lehrer, Steven|título=Explorers of the Body|edição=2ª|ano=2006 |páginas=47-52}}</ref>
[[Ficheiro:Streptococcus pneumoniae.jpg|esquerda|thumb|''Streptococcus pneumoniae''.]]
A etapa seguinte era determinar que componente químico das células doadoras mortas havia causado esta conversão. Esta substância tinha mudado o genótipo da linhagem receptora e portanto podia ser uma candidata a material genético. Este problema foi resolvido pelos experimentos feitos em 1944 por [[Oswald Avery]] e dois colegas, C M. Macleod e M. McCarty. Seu enfoque ao problema foi destruir quimicamente todas as principais categorias de substâncias no extrato de células mortas, uma de cada vez, e descobrir se o extrato havia perdido a habilidade de conversão. As células virulentas possuíam uma capa lisa de polissacarídeo, enquanto as células não virulentas, não. Assim os polissacarídeos eram um candidato óbvio a ser o agente responsável. Entretanto, quando os polissacarídeos foram destruídos, a mistura ainda era capaz de conversão. As proteínas, gorduras e ácido ribonucleico ([[Ácido ribonucleico|ARN]]) foram todos excluídos. A mistura só perdia a sua capacidade de conversão quando a mistura doadora era tratada com [[enzima]] desoxirribonuclease ([[desoxirribonuclease|DNase]]), que quebra o ADN. Estes resultados indicavam fortemente que o ADN era o material genético. Hoje sabemos que os fragmentos do ADN transformante que conferem virulência entram no cromossomo bacteriano e substituem suas contrapartes que conferem não- virulência.<ref>Avery, O T; Macleod C M, McCarty M (outubro 2000). "Studies on the chemical nature of the substance inducing transformation of pneumococcal types: Induction of transformation by a desoxyribonucleic acid fraction isolated from Pneumococcus type III. Oswald Theodore Avery (1877-1955)". Clin. Orthop. Relat. Res. 379 (379 Suppl): S3–8. doi:10.1097/00003086-200010001-00002. PMID 11039746.</ref>
=== Experimento de Hershey-Chase ===
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