R E V I S Ã O
FU N D A M E N T O S B IO Q U ÍM IC O S D A F F R F .n iT A R IE D A D E — I
N A TU REZA D O M A TERIAL G E N É T IC O (*)
P a u l o A . O t t o ( * * )
IN T RO D U Ç Ã O
O p r e s e n te t r a b a l h o c o n s titu i u m a r e visão s u m á r ia d o s p r in c ip a is a s p e c to s b io q u ím ico s lig a d o s d i r e t a m e n te à G e n é tic a e e s tá m o ld a d o s ô b re u m a s é rie d e p a le s tr a s p r o f e r id a s p e lo a u t o r n o S erv iço de P e sq u isa s e E x p e r im e n ta ç ã o d o I n s t i t u t o N a cio n al do C â n c e r (S e ç ã o d e Im u n o lo g ia e S eleção d e A n im a is d e L a b o r a tó r io ) d u r a n te o s m e se s d e a g o s to e s e te m b ro de 1966.
E s s e n c ia lm e n te , n o e s tu d o d o s f u n d a m e n to s b io q u ím ic o s d a h e r e d ita r ie d a d e , d ev em s e r a b o r d a d o s t r ê s a s p e c to s p r i n cipais, q u a is s e ja m :
1) A n a t u r e z a d a s u b s tâ n c ia r e s p o n s á vel p elo a p a r e c im e n to e p e la tra n s m is s ã o dos c a r a c te r e s b io ló g ic o s ( e s t r u t u r a e f u n ção do D NA ou m a t e r ia l h e r e d i t á r i o ) ;
2) O m o d o d e t r a n s m is s ã o d ê sse m a t e r ia l d e u m o rg a n is m o a o u tr o :
a ) A d u p lic a ç ã o d o DNA;
b ) As m u ta ç õ e s a n ív e l m o le c u la r;
3) O m o d o d e a ç ã o d êsse m a te r ia l, isto é, co m o o DNA p ro m o v e o a p a re c im e n to d a s c a r a c te r ís tic a s b io ló g ic as:
a ) As e n z im a s ;
b) O c o n tro le q u a lita tiv o d a s ín te s e p r o tê ic a ;
c) O c o n tro le q u a n tita tiv o d a s ín te se p ro tê ic a .
É fo r n e c id a , n o fim d e c a d a u m a d a s seis seçõ es (1, 2a, 2b, 3a, 3 b e 3 c ), u m a b ib lio g r a f ia d e re f e r ê n c ia s , c o n te n d o o b ra s ou a r tig o s d e re v isã o g e r a l e a r tig o s o r i g in a is s e le c io n a d o s; n o f in a l do tr a b a lh o é d a d a u m a b ib lio g r a f ia g e r a l; t a n t o u m a co m o o u t r a s e r v ir ã o ao s in te r e s s a d o s p a r a u m a p r o f u n d a m e n to te ó ric o , c o m p le m e n ta n d o o s d iv e rso s a s s u n to s e x p o sto s.
Ê s te t r a b a l h o é p a r a “Also p r a n g t d ie N a tu r i n h o h e r , v o lle r E rs c h e in - u n g , u n d sie z e ig e t, g e r e ih t, G lie d e r a n G lie d e r g e s t u f t ” . ( G c e th e ) .
( * ) — T r a b a l h o d o S e r v i ç o d e P e s q u i s a s e E x p e r i m e n t a ç ã o d o I n s t i t u t o N a c i o n a l d o C â n c e r — S e ç ã o d e I m u n o l o g i a e S e l e ç ã o d e A n i m a i s d e L a b o r a t ó r i o ( C h e f e : D r . S y lv io T h a l e s T ô r r e s ) .
23 0 R ev. S c c . B r a s . M e d . T r o p . V o l. I I I — N .°
i
1) NATU REZA D O M A TERIA L H E R E D IT Á R IO
I n ú m e r a s e x p e riê n c ia s re a liz a d a s de 40 a n o s p a r a cá v êm d e m o n s tr a n d o c a b a l m e n te q u e a s u b s tâ n c ia r e s p o n s á v e l pelo a p a re c im e n to e p e la t r a n s m is s ã o do s c a r a c te r e s b iológicos n a q u a s e to ta lid a d e do s o rg a n is m o s vivos é o á c id o d e s o x irr ib o n u - clêico (D N A ) . D u a s e x p e riê n c ia s q u e o b je tiv a m a d m ir a v e lm e n te êsse f a to são as de G r i f f i th e d e H e rs h e y & C h a se .
E m 1928, G r i f f i th d e sc o b riu q u e u m a m i s t u r a d e p n e u m o c c c o s
(Diplococcus
a lg u m c o n s titu in te , a in d a a tiv o , d a s c é lu la s v ir u le n ta s m o r ta s . E m 1944 A very. M acL eo d & M c C a r th y i d e n tif ic a r a m o ‘ p rin c íp io d a tr a n s f o r m a ç ã o b a c t e r i a n a '’ co m o se n d o o á c id o d e so x irrib ° n u c lê ic o .
E m 1952, H e rs h e y & C h a s e r e a liz a ra m a s u a f a m o s a e x p e riê n c ia : p a r a s i ta r a m b a c té r ia s
Escherichia coli
co m b a c te r ió f a -gos e sp e c ífic o s T» m a r c a d o s co m P 3- e
S~\
C o m o o b a c te r ió fa g o T. só p o ssu i DNA ( c ê rc a d e 4 0 % ) e c á p s u la p r o tê ic a (c ê rc a d e 6 0 % ), o fó s fo ro m a r c a d o e s ta v a i n t e g ra d o n a m o lé c u la do DNA e o e n x o fre ra d io a tiv o n a m o lé c u la d a p r o t e í n a . A n
-Fig. 1
pneumoniae/
a c a p s u la d o s ( a v ir u le n to s ) R vivos e c a p s u la d o s (v iru le n to s ) S m o rto s pelo c a lo r c a u s a v a u m a s e p tic e m ia f a ta l q u a n d o i n o c u l a d a e m c a m u n d o n g o s(fig . 1).
E v id e n te m e n te , a t r a n s f o r m a ç ã o , n o o r g a n is m o do s c a m u n d o n g o s , d o s p n e u m o - cocos a c a p s u la d o s e m p n e u m o c o c o s v ir u le n to s c a p s u la d o s d e v e ria s e r c a u s a d a p o r
te s d e o c o r re r a lise b a c te r ia n a , o m eio c o n te n d o a s b a c té r ia s i n f e c t a d a s fo i s u b m e tid o a u m a a g ita ç ã o co m liq u id ific a d o r (“w a rin g b le n d o r ” ) e, a p ó s, a u m a c e n - trif u g a ç ã o . P o r m e io d e c o n ta d o r e s G e ig e r- M ü lle r fo i d e te r m in a d o q u e n o s o b re n a - d a n t e (q u e d e v e ria c o n te r os fa g o s) só h a v i a p r a ti c a m e n t e S 35, e n q u a n to q u e p r a t i c a m e n te to d o o P ;|J e s ta v a n o s e d im e n to
J u lh o - A g ô s to , 1 9 6 9 R e v . S o c . B r a s . M ed . T ro p . 231
Fig. 2
sido re a liz a d a e m d u a s e ta p a s (in fe c ç ã o de b a c té r ia s co m fa g c s P aí e in fe c ç ã o de b a c té ria s c o m fa g o s S3') , e la p o d e s e r r e p r e s e n ta d a p elo e s q u e m a d a fig . 2.
N esse e sq u e m a , a p r im e ir a li n h a i n t e r ro m p id a d a s e q ü ê n c ia in d ic a a lise b a c te - ria n a (c om o a p a r e c im e n to de n o v a s p a r tíc u la s de fa g o s) que o c o rre n o r m a lm e n te e a n te s d a q u a l fo r a m r e a liz a d a s a a g i t a ção e a c e n tr if u g a ç ã o d e s c rita s . A p a la v r a “fa g o s” do fim d a s e q ü ê n c ia e s tá e n tr e a sp a s p o rq u e ê s te s j á n ã o sã o c a p a z e s de se r e p lic a r e m ( f a l ta o D N A ). A ú ltim a lin h a in te r r o m p id a d a s e q ü ê n c ia in d ic a que as b a c té r ia s in f e c ta d a s co m P 3! (DNA dos fa g o s) são c a p a z e s de lis a re m , d a n d o origem a n o v a s p a r tíc u la s i n f e c t a n t e s de b a c te r ió f a g o s . C om e s ta e x p e riê n c ia fico u p ro v a d o q u e o v íru s b a c te r ia n o T , r e p r o - d u z-se e x c lu s iv a m e n te à s c u s ta s do seu DNA.
A h id ró lis e do á c id o d e so x irrib o n u c lê ic o fo rn ece as s e g u in te s s u b s tâ n c ia s (fig . 3 ) :
fosfato
CH 0-P-0"
Óh
D-2-desox irribose
H 0 CH20H H0 l HÓ H
b
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s
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adenina
6^NH2 H - C C* 2
H 9 N = C' 2 SH
guanina
60
h-c; ^ c — c ' ,M— c ' N-H H 9 N = c ' 1
p
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2 3 2 R e v . S o c . B r a s . M ed . T r o p . V o l. I I I — N .° 4
C h a r g a f f, e m 1951, a n a lis a n d o o DNA d o e s p e r m a d o s a lm ã o , c o n s e g u iu d e t e r m i n a r q u e n a m o lé c u la d e ssa s u b s tâ n c ia h a v ia u m a e q u im o la rid a d e n a c o n c e n t r a ç ã o d a s b a s e s n itr o g e n a d a s p u r ín ic a s e p i- r im id ín ic a s :
A G C T
0,280 ± 0,005 0,196 ± 0,004 0,192 ± 0,006 0,274 ± 0,005
r e la ç ã o A /G 1,43
r e la ç ã o T /C 1,43
r e la ç ã o A /T 1,02 s 1
r e la ç ã o G /C 1,02 ~ 1
r e la ç ã o (A - fG ) / ( T + C ) 1,02 ~ 1
E m b o ra a s re la ç õ e s A /T , G /C e P u /P y se m a n t e n h a m c o n s ta n te s e ig u a is à u n i d a d e q u a lq u e r q u e s e ja a f o n te do DNA, a s re la ç õ e s A /G , T /C e ( A + T ) / ( G + C ) v a r ia m e s e r ia m c a r a c te r ís tic a s p a r a c a d a e sp é c ie a n im a l o u v e g e ta l:
fo n t e d e D N A
A + T
G + C
A T G C
b a c te r ió fa g o la m b d a 1,06 25,7 25,7 24,4 24,2
b a c te r ió fa g o T i 1,08 27,0 25,0 23,0 25,0
b a c te r ió fa g o T 2 1,86 32,5 32,5 18,2 16,8
b a c te r ió fa g o T 4 1,92 32,3 33,3 18,1 16,1
b a c te r ió fa g o T« 1,92 32,4 33,4 17,7 16,5
b a c te r ió fa g o T 7 1,08 26,0 26,0 24,0 24,0
B o s t a u r u s , tim o 1,27 28,2 27,8 21,5 22,5
B o s ta u r u s , e s p e r m a 1,26 28,7 27,2 22,2 22,0
C lo str id iu m p e r fr in g e n s 2,24 34,1 35,0 15,8 15,1
E s c h e r ic h ia c o li 0,92 23,9 23,9 26,0 26,2
G a llu s d o m e s tic u s 1,38 28,8 29,2 20,5 21,5
H o m o s a p ie n s , b a ç o 1,51 29,9 29,8 19,5 20,1
H o m o s a p ie n s , fíg a d o 1,53 30,3 30,3 19,5 19,9
H o m o s a p ie n s , e s p e r m a 1,66 31,0 31,5 19,1 18,4
M y c o b a c te r iu m p h le i 0,48 16,2 16,4 33,7 33,7
M y c o b a c te r iu m tu b e r c u lo s is 0,48 16,5 16,0 34,2 33,3
P s e u d o m o n a s a e r u g in o s a 0,49 16,8 16,2 33,0 34,0
P r o te u s v u lg a r is 1,47 30,1 29,4 19,8 20,7
S a c c h a r o m y c e s c e r e v is ia e 1,79 31,3 32,9 18,7 17,1
S c e n e d e s m u s c a u d a t u s 0,64 20,2 18,8 30,8 30,2
S ta p h y lo c o c c u s a u r e u s 1,88 32,3 33,0 17,3 17,4
S t r e p to m y c e s g r ise u s 0,37 13,4 13,4 36,1 37,1
T r itic u m v u lg a r e 1,14 26,9 26,5 23,2 23,5
V ír u s d a v a c c in ia 1,46 29,5 29,9 20,6 20,2
E stu d o s d e d ifr a ç ã o co m r a io s - X , i n i c i a d o s p o r F u r b e r g e c o n tin u a d o s (e p r a t i c a m e n te c o n c lu íd o s) p o r W ilk in s e o u tr o s p e sq u isa d o re s, d e m o n s tr a n d o q u e a m o lé c u la do DNA p o ssu i u m a e s t r u t u r a e s p a c ia l h e lic o id a l e o a c h a d o d a E sc o la de C h a r g a f f (e q u im o la r id a d e n a c o n c e n t r a çã o d a s p u r in a s e p r im id in a s ) le v a r a m W a ts o n & C rick , e m 1953, à p ro p o siç ã o de u m m o d êlo e s t r u t u r a l p a r a o DNA, m o - d êlo êsse q u e a t é h o je v e m r e s is tin d o às c r ític a s .
es-ta b e le c e m e n t r e a s b a se s n itr o g e n a d a s
co m g ru p a m e n to s a m ín ic o s lig a d o s ao á t o
m o de c a rb o n o de p o sição 6 (a d e n in a e
g u o a n in a ) e co m g r u p a m e n to s c e tô n ic o s
de p o siç ã o 6 ( tim in a e c ito s in a ), d e ta l m o d o q u e só são p o ssív eis os p a r e a m e n to s
e n t r e a d e n in a e t i m in a e e n tr e g u a n in a
e c ito s in a . Com o P R ’A, P R ’C, P R ’G e P R ’T
sã o 5’-n u c le o tíd io s ( r e s p e c tiv a m e n te ácid o
5’-d e s o x ia d e n ílic c , á c id o 5’-d e so x ic itid ílic o ,
á c id o 5’-d e s o x ig u a n ílic o e á c id o 5’-d e so x i-
tim id ílic o ), o á c id o d e so x irrib o n u c lê ic o é
c o n s id e r a d o u m p o lid e so x irrib o n u c le o tíd io
d e e s t r u t u r a d u p la . (Pig. 4 ) .
C a d a h e m im c lé c u la p o d e s e r r e p r e s e n
t a d a p e la f ó r m u la (P R ’X K o n d e X é
q u a lq u e r u m a d a s b a s e s n itr o g e n a d a s (A, C, G , o u T ) . (F ig . 5 ) .
N o e s q u e m a d a p á g in a s e g u in te (F ig . 6) e s tá r e p r e s e n t a d a u m a p o rç ã o h ip o té tic a
d a c a d e ia e s t i r a d a do DNA.
N a p a r t e s u p e r io r do d e s e n h o e s tã o r e
p r e s e n ta d o s d o is p a r e s d e re s íd u o s de n u -
c le o tíd io s “ c o m p le m e n ta r e s ” se g u n d o u m a c o n v e n ç ã o a r b i t r á r i a q u e s e r á o b se rv a d a
234 R e v . S o c . B r a s . M ed . T r o p . V o l. I I I — N .° 4
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J u lh o - A g ô s t o , 1 9 6 9 R e v . S o c . B r a s . M ed . T ro p . 235
N a p a r t e i n f e r io r te m - s e u m a a m p l i a çã o do e s q u e m a s u p e r io r, m o s tr a n d o a e s t r u t u r a q u ím ic a do D N A . O s fo s fa to s u n e m -s e à s m o lé c u la s d e p e n to s e p elo s á to m o s d e c a rb o n o 3 ’ e 5’; a s p e n to s e s l i g a m -se a o n itr o g ê n io d a p o siç ã o 9 dos a n é is p u r ín ic o s c u a o n itr o g ê n io d a p o s i ção 3 d o s a n é is p irim id ín ic o s a tr a v é s de seu c a rb o n o 1’. F in a lm e n te , a s p u r i n a s p a re c e m -s e co m a s p ir im id in a s m e d ia n te lig açõ e s d e r e s s o n â n c ia q u e se e s ta b e le c e m e n tr e : á to m o d e h id r o g ê n io do g r u p a m e n to a m ín ic o lig a d o ao c a rb o n o 6 d a a d e n in a e á to m o d e o x ig ê n io do g r u p a m e n to ce tô n ic o 6 d a t i m i n a ; á t o m 0 d e n itr o g ê n io d e p o siç ã o 1 d a a d e n in a e á to m o d e h i d ro g ê n io do g r u p a m e n to im ín ic o 1 d a tim in a ; á to m o d e o x ig ê n io do g r u p a m e n to c e tô n ic o 6 d a g u a n in a e á to m o d e h id r o g ên io do g r u p a m e n to a m ín ic o lig a d o ao á to m o d e c a rb o n o 6 d a -c ito sin a; á to m o de h id ro g ê n io d o g r u p a m e n to im ín ic o 1 d a g u a n in a e á to m o d e n itr o g ê n io 1 d a c ito s in a ; á to m o d e h id ro g ê n io d o g r u p a m e n to a m ín ic o lig a d o a o c a rb o n o 2 d a g u a n i n a e á to m o de c x ig ê n io do g r u p a m e n to c e tõ - nico 2 d a c ito s in a .
O ra io d a m o lé c u la do á c id o d e s o x irri- b o n u c lê ic o é d a o rd e m d e 10 A" e a d is t â n c i a e n t r e d o is p a r e s d e b a s e s su b s e q ü e n te s e q ü iv a le a 3,4 A°; u m p a s s o c o m p le to d a h é lic e c o n té m 10 p a r e s d e r e s í d u o s de n u c le o tíd io s . O DNA do b a c te r ió fa g o T 2 d e
Escherichia coll
p o s s u i u m c o m p r im e n to de 47 m ic ro n s , u m p êso m o le c u la r de 1,3 x 10'1, e q ü iv a le n d o a u m a s e q ü ê n c ia d e 2,0 x 103 p a r e s d e re s íd u o s de d e s o x irr ib o n u c le c tíd io s . O D NA c o n tid o n u m c o m p le m e n to c ro m o sso m ia l d ip ló id e (8 c ro m o s s o m a s ) d a m ô s c aDrosophila
melanogaster
t e r i a u m c o m p rim e n to to ta l d e 2,7 cm , e q ü iv a le n d o a u m a se q ü ê n c ia d e 2,5 x 10” p a r e s d e re s íd u o s d e d e so x ir- rib o n u c le o tíd io s .A p e sa r d a a p a r e n t e p e q u e n a c a p a c id a d e d e a r m a z e n a r in fo rm a ç õ e s , p o r c a u s a de s u a c o m p o siç ã o u m t a n t o p o b re e m o n ó to n a , a d m ite - s e q u e a s e q ü ê n c ia lin e a r dcs re s íd u o s d e n u c le o tíd io s (o u , co m o êstes d ife re m e n t r e si a p e n a s p e la s b a se s n i t r o g e n a d a s , a s e q ü ê n c ia d e s ta s ) n a m o lé c u la do DNA ( e s t r u t u r a p r i m á r i a do ácid o d e s o x irrib o n u c lê ic o ) é o que c o n d ic io n a o a p a r e c im e n to dos c a r a c te r e s b io ló g ic o s h e r e d itá r io s do s o rg a n ism o s.
B IB L IO G R A F IA
1 — AVERY, O . T . , M ACLEOD, C. M ., 8 M C CA RTH Y , M . — “ S tu d ie s o n t h e C h e m ic a l N a tu r e o f t h e S u b s ta n c e I n d u c in g T r a n s f o r m a t i o n o f P n e u - m o c o c c a l T y p e s ” , J . E x p e r . M e d ., 79: 9 237-158, 1944.
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