As primeiras amostras de DNA e com isso o desvendamento
de sua estrutura inicia-se com o pesquisador sueco Torbjörn Caspersso que em
1937 trás para o Instituto de Química, de Rudolf Signer, em Berna, uma amostra
de DNA de timo de bezerro que tinha sido extraída por métodos biológicos.
Comprovando que o mesmo consistia em mais de 500.000
nucleotídeos formando fibras compridas e que as bases aminadas eram perpendiculares
às fibras. O resultado foi publicado na revista Nature de 15 de janeiro de
1938.
Nesse mesmo ano, William Thomas Astbury (1898-1961),
professor de Estrutura Biomolecular na Universidade de Leeds, Inglaterra, que
estava estudando a difração de raios X de diversas fibras orgânicas, realizou
as primeiras difrações de raios X de DNA, em amostras que foram enviadas por
Torbjörn Caspersson.
Anos mais tarde, Rudolf Signer desenvolveu novos métodos
para extrair DNA mais purificado, comprovando que as novas fibras eram mais
compridas que as extraídas anteriormente.
Em maio de 1950, Signer foi a Londres para proferir uma
conferência sobre seus trabalhos, levando consigo 15 g de fibras de DNA que
foram entregues a Wilkins. A partir das mesmas ele consegue cristalizar o DNA
fazendo experimentos de difração de raios X com a amostra.
Os experimentos realizados no laboratório de Wilkins
foram conduzidos por Rosalind Elsie, que se juntou à Unidade de Biofísica do
King’s College em novembro de 1951 para trabalhar com DNA. Ela produziu fibras
muito finas de DNA e as irradiou com um feixe ultrafino de raios X.
Em pouco tempo ela descobriu que o DNA se apresentava em
duas formas diferentes, as quais denominou de A e B (Figura 1). A forma A,
facilmente fotografada, correspondia a fibras de DNA desidratadas, enquanto a
forma B correspondia a fibras molhadas de DNA. Apesar de mais difícil de
registrar com os raios X, a forma B mostrava um padrão compatível com uma
hélice. Uma vez que a água poderia ser atraída pelos grupos fosfato do DNA, e
este poderia ser facilmente hidratado e desidratado, ela sugeriu que os
fosfatos do DNA se localizavam no exterior da hélice e as bases nitrogenadas
(A, C, G e T) estariam assim voltadas para o interior.
Figura 1: Duas fotos de difração de raios-X obtidas por
Rosalind ranklin e Maurice Wilkins do DNA desidratado (A) e hidratado (B). O
exame da foto de difração do DNA B permitiu a Watson e Crick concluírem
diversas características da hélice.
Ao mesmo tempo Linus Pauling
(Figura 2) também estava trabalhando para resolver a estrutura do DNA, com o
uso de poucos dados experimentais: apenas algumas fotos de difração de fios de
cabelo e seu aguçado bom-senso químico. Essas duas ferramentas, associadas ao
uso de modelos moleculares, levaram Pauling a deduzir a estrutura em hélice alfa
para as proteínas.
Figura 2: Linus Pauling, fotografado com modelos da
estrutura alfa hélice de proteínas, também se dedicou a resolver a estrutura do
DNA.
Em outubro de 1951, em visita ao Laboratório Cavendish,
de Cambridge, Watson conheceu Francis Crick, iniciando-se uma amizade e
interação científica entre eles. Como ambos estavam muito interessados no DNA,
Watson resolveu se transferir para Cambridge.
Waltson e Crick consideraram que seria possível resolver
a estrutura do DNA baseados nas imagens de difração obtidas por Franklin e
Wilkins, do King’s College, e por um cuidadoso exame das configurações
estereoquímicas da cadeia de polinucleotídeos. A abordagem seria semelhante à
usada por Pauling, usando modelos e dedução lógica, dessa forma, iniciaram seus
trabalhos em novembro desse mesmo ano.
A estrutura inicial que desenvolveram constava de três
hélices de DNA, no centro da fibra, unidas por íons de Magnésio, e as bases
aminadas, no exterior, porém a mesma foi desaprovada por Maurice Wilkins, Rosalind
Franklin e Raymond Gosling, já que não existiam íons no centro da fibra e os
fosfatos das hélices não poderiam ficar juntos porque se repeliriam.
Em novembro de 1952, Watson foi informado de que Linus
Pauling, que já começara a estudar o DNA em 1933, tinha reiniciado o trabalho.
Ao findar o ano, Pauling enviou um trabalho para ser publicado na revista
Nature, no qual propunha uma estrutura helicoidal de três hélices, no centro da
molécula, e as bases aminadas, no exterior, similar ao primeiro modelo de
Watson e Crick, tendo então cometido um equivoco.
Esse erro de Pauling estimulou-os
a retomarem com vigor essa linha de pesquisa, pois sabiam que não demoraria
muito para Pauling perceber o seu erro e corrigi-lo. Em uma discussão com
Wilkins no King’s College sobre o artigo de Pauling, Watson viu novamente as
figuras de difração do DNA na forma hidratada (B), obtidas por Franklin, e
ficou sabendo de sua conclusão de que os fosfatos deveriam estar do lado de
fora da hélice.
Depois de seguidas tentativas, em
28 de fevereiro de 1953 Watson fez modelos das bases (A, C, G e T) em pedaços
de cartão (Figura 3), na tentativa de identificar possíveis modos de interação.
Percebeu então que os pares A - T e C - G formavam ligações de hidrogênio,
resultando em pares de dimensões quase idênticas, o que permitiria que a hélice
se mantivesse com o mesmo diâmetro, independente do pareamento de bases no
interior. Depois de trabalharem sobre esse modelo por mais alguns dias,
refinando o mesmo para que fosse coerente com os dados de difração de raios X,
eles chegaram ao modelo final (Figura 3).
Figura 3: Empregando as bases desenhadas em cartões, Watson
percebeu como deveriam se formar pontes de hidrogênio entre elas e a
importância da relação de Chargaff. Nesta figura está ilustrada a primeira
hipótese na qual o número de pontes de hidrogênio entre C e G é de apenas duas.
Posteriormente verificaram a possibilidade de se formarem três pontes entre C e
G. Finalmente, após alguns refinamentos no modelo, chegaram à proposta final da
estrutura do DNA.
Em 2 de abril de 1953 submeteram seu modelo da estrutura do DNA em um
artigo para a renomada revista Nature, sendo tida por muitos como a publicação mais
importante da biologia do século passado que apresenta apenas duas páginas e se
inicia com a seguinte citação: “Queremos
sugerir uma estrutura para o ácido desoxirribonucléico. Essa estrutura possui
novas características que despertam um interesse biológico considerável”.
Como o trabalho não se baseia em nenhum experimento
próprio, como o de Mendel, não comportou nenhuma avaliação estatística.
Tampouco se fundamenta em observações próprias, como o trabalho de Darwin,
limitando-se à correta interpretação de resultados obtidos por outros
pesquisadores na concepção da estrutura.
A estrutura do DNA proposta por Watson e Crick (Figura 4)
apresenta duas cadeias de fosfato-desoxirribosa em hélice, no exterior, unidas
por duas bases aminadas, no centro. As cadeias formam uma hélice similar a uma
escada de caracol, e as bases são os degraus.
A distância entre as cadeias é de 20 Angströms, e a
estrutura se repete a cada 10 pares de nucleotídeos, cada um com 34 Angströms
(um Angström equivale a 0,1 mµ).
Além de apresentar a estrutura do DNA, Watson e Crick
destacam: “Não nos passou despercebido que o pareamento específico (entre as
bases), por nós postulado logo a seguir, sugere a possibilidade de cópia para o
material genético.”
Afirmam, também, que as duas cadeias são antiparalelas.
Em 30 de maio do mesmo ano, Watson e Crick publicam um segundo trabalho, mais
detalhado, na mesma revista Nature, no qual sugeriam que “é possível haver
muitas permutações numa molécula longa e, portanto, parece provável que o
sequenciamento preciso das bases constitui o código que contém a informação
genética.” No artigo, os autores destacam que a estrutura proposta deverá ser
confirmada pela experimentação.
Figura 4:
Famosa fotografia de Watson e Crick explicando seu modelo
No ano seguinte, Crick obteve seu
título de doutor com a tese “Difração de raios X: polipeptídeos e proteínas”.
Mais tarde, e em colaboração com Sydney Brener, Crick contribuiu com avanços
fundamentais no campo da síntese de proteínas e do código genético.
Em 1962, Crick, Watson e Wilkins
compartilharam o Prêmio Nobel de Medicina ou Fisiologia pela descoberta da
estrutura do DNA. Somente depois da descoberta
da estrutura do DNA foi possível desvendar o código genético e um novo capítulo
da Genética teve início. A descoberta da estrutura do DNA representa um marco
no desenvolvimento da biologia nos últimos dois séculos, cujo início deu-se com
o estabelecimento da teoria celular e a descoberta das leis da herança dos
“fatores hereditários” (genes) por Mendel e seu relacionamento com os
cromossomos.
REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA
Disponível em: < http://educacao.uol.com.br/disciplinas/biologia/dupla-helice-do-dna-conheca-a-historia-da-descoberta-de-watson-e-crick.htm>.
Acesso em: 18/07/2013
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