DNA: 69 ANOS!
Descoberta da estrutura da dupla hélice do DNA completa 69 anos
Estrutura de sequência d(CGCGAATTCGCG), conhecida como Drew-Dickerson dodecamer, ou DDD, e é um dos oligômeros curtos mais famosos e estudados disponíveis de DNA-A.
DNA69
A revista "Nature" divulgou no dia 25 de abril de 1953 o artigo "Estrutura do ácido desoxirribonucleico", assinado pelo britânico Francis Crick e o norteamericano James Watson.
Deste modo, então, ficou o dia 25 de abril o dia da descoberta e a compreensão da estrutura do DNA e os avanços científicos que essa compreensão da molécula do DNA tornou possível.
Neste dia recordamos a época em 1953 quando James Watson, Francis Crick, Maurice Wilkins, Rosalind Franklin e colegas publicaram artigos sobre a estrutura do DNA na revista Nature.
O britânico Francis Crick e o americano James Watson, receberam o Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina em 1962 junto com o também britânico Maurice Wilkins, que anos antes havia iniciado uma pesquisa sobre o DNA.
O trabalho desses cientistas revelou o mistério da molécula que contém a informação necessária para que qualquer organismo vivo nasça e se desenvolva, desde as bactérias até os seres humanos.
Na dupla hélice é onde se conservam os genes, em forma de sequência, formados por trincas de nucleotídeos, que contêm as instruções para sintetizar moléculas maiores, que por sua vez constroem células com funções específicas.
Graças à descoberta de Crick e Watson, em pouco mais de uma década foi possível entender o funcionamento do código genético e, a partir daí, teve início uma era de avanços sem precedentes na biologia.
Desde que o naturalista austríaco Gregor Mendel apontou as leis da herança genética em 1865, começou uma corrida de quase um século que chegou a seu ponto culminante quando Crick e Watson compreenderam que o DNA é ordenado em forma de uma dupla hélice.
A descoberta aconteceu no laboratório Cavendish de Cambridge, onde 29 ganhadores prêmios Nobel trabalharam no último século, e foi a cristalização de vários anos de avanços em um campo que teve seu impulso definitivo em 1944, quando foi mostrado que a chave da transmissão genética estava escondida no DNA.
Descobrir a estrutura de uma molécula que prometia dar acesso aos segredos da vida se tornou o objetivo de alguns dos centros científicos mais avançados do mundo, e Crick e Watson abandonaram todos os projetos que tinham em 1951 para se dedicarem totalmente a essa tarefa.
A concorrência era dura: o biólogo americano Linus Pauling, que já tinha se aprofundado na estrutura das proteínas, e o britânico John Randall, que contava com uma equipe completa no King"s College de Londres, também tentavam descobrir os segredos do DNA.
A cristalógrafa inglesa Rosalind Franklin tinha desenvolvido nessa mesma universidade londrina pesquisas sobre o estudo com raios X da estrutura molecular que foram essenciais para desvendar o mistério da dupla hélice.
Os dados experimentais de Rosalind poderiam ter dado uma vantagem para os pesquisadores da King"s College, mas o estudo acabou nas mãos dos biólogos de Cambridge.
Com ele, Crick e Watson ensaiaram um caminho diferente do que estava sendo seguido pelas demais equipes dedicadas a descobrir a forma do DNA, que insistiam em buscar a molécula com microscópios que não eram suficientemente potentes.
Os dois cientistas acertaram ao compreenderem que, submetendo a molécula a raios X e estudando a difração desses raios, podiam chegar a uma estrutura em forma de dupla hélice.
A descoberta não foi uma mera descrição da molécula. Ela começou a explicar o mecanismo com o qual o DNA se separa em duas fibras, daí a dupla hélice, para se reproduzir em duas moléculas idênticas, a base da herança genética.
FOTO 51
A foto 51 foi importante para a descoberta de Watson e Cricks, e é com certeza a mais famosa imagem de cristalografia de raios-x do mundo. Mas o que suas sombras e pontos em forma de cruz realmente significam? Katherine Nightingale, repórter da BBC, encontrou-se com o professor de biofísica molecular da universidade King’s College de Londres , Brian Sutton, para uma explicação sobre a imagem e sua história.
Quando e onde a Foto 51
foi feita?
Esta foto, quibtessencial foi tirada em maio de 1952 por Rosalind Franklin e seu estudante PhD Raymond Gosling na unidade de Biofísica da MRC. Franklin, uma biofísica, havia sido recrutada para a unidade para trabalhar na estrutura do DNA. A unidade era na época, parte do campus da Universidade King’s College em Londres e era administrada por Sir John Randall, que havia transformado uma parte do departamento de física para estudar problemas biológicos. Literalmente, o departamento foi levado três andares abaixo no porão, sob o laboratório de química, abaixo do nível do Thames.
Cristalografia de raios-x
A cristalografia de RX é um método há muito estabelecido de determinar a estrutura de moléculas bombardeando-as com raios X.
Na verdade, faz exatamente 122 anos desde que as primeiras estruturas foram determinadas por William Henry Bragg e seu filho William Lawrence Bragg. As moléculas ficam num formato de cristal ou similar, para que quando os raios-x refletirem nos elétrons nos átomos dessas moléculas, eles espalhem-se num padrão único e especifico, exatamente como na foto 51, e possa-se usar esse padrão para inferir a estrutura.
Hoje em dia são obtidas milhares de imagens de ângulos diferentes e constrói-se uma imagem digital da estrutura.
Como teria sido feito nos anos 50?
Na verdade, a técnica não seria muito diferente, apesar de que teria sido um processo muito mais meticuloso e demorado. Franklin e Gosling usaram uma forma muito pura de DNA e tornaram-se especialistas em dividi-los em amostras para análise.
Dentro de cada amostra havia um grande número de espirais de DNA alinhadas próximas umas as outras, você não pode fotografar uma espiral em sua forma convencional porque é pequena demais.
A amostra de DNA era fixada num suporte e selada numa câmera, em frente a um pedaço de filme de raios-x, e então exposta a raios-x por dias, a esperança era de que a amostra não se movesse! Ainda mais perigosamente, hidrogênio era borbulhado na água e dentro da câmera para impedir que os raios-x lançassem moléculas no ar.
O filme era então revelado e os padrões surgiam diante dos olhos dos pesquisadores. Raymond Gosling frequentemente fala sobre a emoção de revelar os filmes no porão do King.
O que realmente estamos vendo ao olharmos a foto 51?
A foto 51 é uma imagem da forma mais hidratada, a forma “B” do DNA.
Franklin e Gosling estiveram experimentando se a humidade na qual eles mantinham as amostras danificaria as imagens. Eles tiraram uma série de fotos, a foto 51 foi tirada na humidade mais alta, em torno de 92 por cento.
As manchas mais escuras indicam onde o filme foi repetidamente bombardeado por raios-x refratados de aspectos regulares de dentro da molécula.
As manchas escuras no topo e no fundo da figura, por exemplo, representam “bases” de DNA, as quatro partes do DNA que formam o código genético, as manchas são escuras porque existem bases demais, todas dispostas de maneira normal.
Pode-se descobrir a distancia entre bases na estrutura medindo a distância entre as manchas escuras no filme e fazendo um cálculo baseado no quão longe a amostra de DNA estava do filme de raios-x e foi orientada no feixe do raio-x.
Neste caso é 3.4 Ångstroms, uma unidade de medida equivalente a 0.1 nanómetro.
E os pontos em forma de cruz?
Para pessoas como Watson e Crick, que já estavam construindo modelos, essa cruz quer dizer espiral. Maurice Wilkins, que trabalhou com DNA separadamente de Franklin, mostrou essa foto para Jim Watson quando ele veio visitá-lo e ela realmente o animou, ele correu de volta para Cambridge até o Laboratório Cavendish para contar para Francis Crick sobre o ocorrido.
Muito foi dito e escrito sobre esse momento e algumas pessoas acham que Wilkins não deveria ter compartilhado a foto, mas ele a tinha legitimamente como parte dos arquivos de Rosalind (que em breve iria para a Universidade Birbeck) e era de seu interesse que a pesquisa na estrutura progredisse, porque ele desejava que o Reino Unido superasse Linus Pauling nos EUA na descoberta da estrutura.
A razão pela qual a cruz indica uma espiral é que os braços da cruz representam os planos de simetria numa espiral vista pelo lado: O “zig” e o “zag”, por assim dizer, das curvas da espiral.
É difícil ver com clareza, mas há dez bolhas em cada braço da cruz antes de chegar na parte com a grande mancha negra no topo, e isso quer dizer que existem dez bases empilhadas uma sobre a outra em cada curva da espiral. Na verdade, uma das bolhas não esta presente, a quarta se você contar a partir do centro do modelo, e isso indica que uma amostra de DNA está ligeiramente comprimida contra a outra.
Se Rosalind Franklin tinha toda essa informação, por que ele não sugeriu a estrutura?
Bem, é difícil dizer, mas uma razão provável é que Rosalind havia escolhido focar sua atenção em suas fotos de raios-x de uma forma menos hidratada de DNA “A”, que parecia mostrar muito mais informação e com a qual ela esperava calcular a estrutura diretamente, ao invés de construir modelos. Na verdade, essas fotos da forma “A” revelaram uma informação essencial, as duas tiras de DNA corriam em direções opostas, apesar de que nem Rosalind nem os outros deram importância a isso, até que Francis Crick percebeu sua relevância antes de construir o modelo final.
Ela não voltou suas atenções para a foto 51 até o começo de 1953. É possível notar através de suas anotações que uma vez que ela se concentrou nisso, ela colheu toda a informação obre a estrutura através dela – Eu acredito firmemente que se ela tivesse mais tempo, teria resolvido a estrutura. Ela estava muito perto. Watson ficou surpreso que ela aceitou a precisão do modelo deles imediatamente após vê-lo – deve ter sido porque ela percebeu que se encaixava perfeitamente com sua evidência.
O que aconteceu depois que a estrutura foi publicada?
Franklin já estava trabalhando no Colégio Birbeck no momento em que o artigo da Nature saiu. É óbvio que o modelo de Watson e Crick era apenas isso, um modelo, então ele precisava ser verificado. Wilkins construiu o primeiro modelo preciso de DNA no verão de 1953 e confrontou-o com modelos de difração, como a foto 51. Obviamente a estrutura estava correta, era bela demais para não estar.
https://www.pbagalleries.com/view-auctions/catalog/id/384/lot/119212/The-first-papers-on-DNA-in-two-issues-of-Nature-magazine-signed-twice-by-Watson-amp-Crick
https://chromosome.com.br/atras-da-foto-51-foto-que-mudou-mundo/
https://www.qiagen.com/us/applications/molecular-biology-research/dna-resource-center?cmpid=PC_QF_NON_dna-purification-traffic_0321_SEA_GA&gclid=EAIaIQobChMIs-adqanL9gIVjLLICh0r5wmwEAAYASAAEgLSE_D_BwE
https://amberhub.chpc.utah.edu/analisis-of-nucleic-acid-simulation/
https://exame.com/ciencia/descoberta-da-estrutura-do-dna-completa-60-anos/amp/
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