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title: "O DNA: uma molécula genética universal"
book: "Biologia do ensino médio"
subject: biology
language: pt
chapter: 3
exercises: 15
source: https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/3-o-dna-uma-molecula-genetica-universal
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# Capítulo 3 — O DNA: uma molécula genética universal

Num laboratório às escuras, sob uma lâmpada azul, um de dois camundongos brancos brilha em verde do focinho à cauda. Ele carrega, em cada uma das [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) dele, um único [gene](#def-g10-universal-dna-gene) retirado de uma água-viva que se acende no Pacífico — e as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) do camundongo leem esse [gene](#def-g10-universal-dna-gene) de água-viva exatamente como as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) da água-viva o leem. O experimento funciona porque todo ser vivo escreve os [genes](#def-g10-universal-dna-gene) dele na mesma molécula, com as mesmas quatro letras, e os lê pelas mesmas regras. Este capítulo trata dessa molécula, o [DNA](#def-g10-universal-dna-information): como ela é construída, o que a estrutura dela explica, e o que o camundongo brilhante prova.

## 3.1 O material genético

**Definição 3.1 (Informação genética).**

A *informação genética* de uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) é o conjunto de instruções, transmitidas de uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) às células-filhas dela e dos pais aos descendentes, que determina as características do organismo e as [proteínas](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) que as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) dele conseguem fabricar. Em todo ser vivo ela é carregada por moléculas de *DNA* (ácido desoxirribonucleico), empacotadas com [proteínas](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) nos *cromossomos* — no [núcleo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) de uma [célula eucariótica](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-prokaryote), livres no [citoplasma](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de uma bactéria.

**Proposição 3.2 (O DNA é a molécula da hereditariedade).**

O material hereditário de uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) é o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) dela, e não as [proteínas](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) nem qualquer outro constituinte: transferir [DNA](#def-g10-universal-dna-information) purificado de uma linhagem de bactérias para outra transfere as características da primeira linhagem.

**Evidências.** Griffith (1928) descobriu que bactérias inofensivas da pneumonia, misturadas com [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) mortas de uma linhagem letal, tornavam-se letais e assim permaneciam ao longo das gerações: alguma coisa vinda das [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) mortas as tinha “transformado”. Avery, MacLeod e McCarty (1944) separaram o extrato das [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) mortas nas famílias de moléculas dele e testaram cada uma: só a fração de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) transformava; tratar o extrato com uma enzima que destrói o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) abolia o efeito, enquanto enzimas que destroem [proteínas](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) ou RNA não. A substância transformadora, e portanto a portadora da característica hereditária, era o [DNA](#def-g10-universal-dna-information). ∎

**Exemplo 3.3 (Onde está o DNA).**

Um corante específico para o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) tinge o [núcleo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) de uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de bochecha e nada mais no [citoplasma](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell); numa [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) em divisão ele tinge os [cromossomos](#def-g10-universal-dna-information) compactos. Uma bactéria capta o corante numa região central sem envelope. Nos dois casos, a quantidade de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) dobra antes de cada divisão e é dividida pela metade entre as duas células-filhas — o comportamento esperado de uma informação que precisa ser copiada e repartida.

## 3.2 A estrutura do DNA

**Definição 3.4 (Nucleotídeo).**

O [DNA](#def-g10-universal-dna-information) é uma cadeia de *nucleotídeos*. Cada nucleotídeo é feito de três partes: um grupo fosfato, um açúcar (a desoxirribose) e uma de quatro *bases* nitrogenadas: adenina (A), timina (T), guanina (G) e citosina (C). Açúcares e fosfatos se alternam para formar o esqueleto da cadeia; as bases se projetam dele, uma por nucleotídeo. Os quatro nucleotídeos diferem só pela base, de modo que uma fita de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) é descrita pela sequência das bases dela, escrita como uma sequência de letras: `ATGGCTTAC…`

![As duas fitas do DNA, desenhadas planas. Cada fita é uma cadeia de nucleotídeos (fosfato, açúcar, base). As fitas correm em sentidos opostos e são mantidas juntas por pares de bases: A sempre fica diante de T, G sempre diante de C. Um par de bases segue o seguinte a cada 0.34\, nm.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-universal-dna/fig-9b1f9eff1150.svg)

*As duas fitas do [DNA](#def-g10-universal-dna-information), desenhadas planas. Cada fita é uma cadeia de [nucleotídeos](#def-g10-universal-dna-nucleotide) (fosfato, açúcar, base). As fitas correm em sentidos opostos e são mantidas juntas por pares de bases: A sempre fica diante de T, G sempre diante de C. Um par de bases segue o seguinte a cada $0.34\,\mathrm{nm}$.*

**Proposição 3.5 (A dupla-hélice).**

Uma molécula de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) é feita de duas fitas enroladas uma na outra numa *dupla-hélice* destrógira de cerca de $2\,\mathrm{nm}$ de largura, com uma volta a cada dez pares de bases ($3.4\,\mathrm{nm}$). As fitas correm em sentidos opostos e se voltam uma para a outra pelas bases, que se pareiam segundo uma regra estrita de *complementaridade*: A se pareia só com T, G só com C. A sequência de uma fita fixa, portanto, a sequência da outra.

**Evidências.** Chargaff (1950) mediu a composição em bases do [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de muitas espécies e encontrou, em todas elas, tanto A quanto T e tanto G quanto C, enquanto a proporção de A+T para G+C variava de espécie para espécie — uma regra de pareamento, e não um acaso químico. As fotografias de raios X de fibras de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) feitas por Franklin (1952) mostraram a assinatura de uma hélice de $2\,\mathrm{nm}$ de diâmetro e $3.4\,\mathrm{nm}$ de passo. Watson e Crick (1953) construíram o único modelo que se ajusta aos dois: dois esqueletos por fora, bases pareadas por dentro, com os pares A–T e G–C tendo a mesma largura para que a hélice seja regular. ∎

**Exemplo 3.6 (A regra de Chargaff em números).**

[DNA](#def-g10-universal-dna-information) humano: A 30.9%, T 29.4%, G 19.9%, C 19.8% — A$\,\approx\,$T e G$\,\approx\,$C dentro da precisão da medida, e A+T $= 60\%$. *E. coli*: A 24.7%, T 23.6%, G 26.0%, C 25.7%, A+T $= 48\%$. Levedura: A+T $= 64\%$. Se uma amostra de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) contém 32% de A, a [complementaridade](#prop-g10-universal-dna-helix) prevê 32% de T e $(100 - 64)/2 = 18\%$ de G e de C.

![Composição em bases do DNA de quatro espécies. Em cada uma, as barras de A e de T coincidem e as de G e de C coincidem — a assinatura do pareamento de bases —, enquanto a parcela de A+T difere de uma espécie para outra.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-universal-dna/fig-3b232a08b031.svg)

*Composição em bases do [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de quatro espécies. Em cada uma, as barras de A e de T coincidem e as de G e de C coincidem — a assinatura do pareamento de bases —, enquanto a parcela de A+T difere de uma espécie para outra.*

**Método 3.7 (Escrever a fita complementar).**

Dada uma fita, escreva sob cada base a parceira dela (A$\leftrightarrow$T, G$\leftrightarrow$C), depois leia o resultado no sentido oposto se a convenção do exercício exigir. Para `5’-ATGGCTTAC-3’` a fita parceira, lida no sentido próprio dela, é `5’-GTAAGCCAT-3’`. Contagem: uma fita com $n_\mathrm{A}$ adeninas fica diante de uma fita com $n_\mathrm{A}$ timinas, de modo que na molécula inteira $n_\mathrm{A} = n_\mathrm{T}$ e $n_\mathrm{G} = n_\mathrm{C}$.

**Proposição 3.8 (O que a estrutura explica).**

Duas propriedades do material genético decorrem da estrutura.

- *Informação* : a ordem das bases ao longo de uma fita não é restringida pela química — qualquer sequência é possível —, de modo que a sequência pode carregar uma mensagem, como a ordem das letras carrega um texto. Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) humana guarda $3.2 \times 10^{9}$ pares de bases em cada conjunto de [cromossomos](#def-g10-universal-dna-information) .
- *Cópia* : como cada fita determina a outra, a molécula pode ser duplicada separando as fitas e construindo uma nova parceira sobre cada uma. O mecanismo é assunto do [Capítulo 11](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/11-a-replicacao-do-dna#ch-g11-dna-replication) .

**Demonstração.** *Admitido neste nível.* ∎

## 3.3 Genes, alelos, cromossomos

**Definição 3.9 (Gene e alelo).**

Um *gene* é um segmento de uma molécula de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) — tipicamente alguns milhares de pares de bases — cuja sequência carrega as instruções para fabricar uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) (ou, às vezes, uma molécula funcional de RNA). Ele ocupa uma posição fixa num dado [cromossomo](#def-g10-universal-dna-information). As versões de um gene que diferem por algumas bases são os *alelos* dele: mesma posição, mesma função, sequência ligeiramente diferente e, portanto, muitas vezes uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) ligeiramente diferente.

**Exemplo 3.10 (Números).**

O genoma humano — um conjunto completo de [cromossomos](#def-g10-universal-dna-information) — carrega $3.2 \times 10^{9}$ pares de bases e cerca de $20\,000$ [genes](#def-g10-universal-dna-gene); os [genes](#def-g10-universal-dna-gene) ocupam apenas alguns por cento da sequência. Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de *E. coli* carrega uma única molécula circular de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de $4.6 \times 10^{6}$ pares de bases e cerca de 4300 [genes](#def-g10-universal-dna-gene). Dois seres humanos sem parentesco diferem em aproximadamente uma base em mil: uns três milhões de posições, a maioria fora dos [genes](#def-g10-universal-dna-gene) e sem consequência, algumas delas [alelos](#def-g10-universal-dna-gene) que mudam uma característica.

**Proposição 3.11 (Os cromossomos).**

Um [cromossomo](#def-g10-universal-dna-information) é uma molécula de [DNA](#def-g10-universal-dna-information), enrolada em [proteínas](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) de empacotamento e espiralada sobre si mesma. Esticado, o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de um [cromossomo](#def-g10-universal-dna-information) humano teria de $1.5\,\mathrm{cm}$ a $8.5\,\mathrm{cm}$ de comprimento; os 46 [cromossomos](#def-g10-universal-dna-information) de uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) guardam juntos cerca de $2\,\mathrm{m}$ de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) num [núcleo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) de $6\,\text{µ}\mathrm{m}$ de diâmetro. Os [cromossomos](#def-g10-universal-dna-information) só são visíveis como corpos separados durante a divisão celular, quando estão espiralados o mais apertado possível; entre duas divisões eles ficam desenrolados e preenchem o [núcleo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) como um emaranhado.

**Demonstração.** *Admitido neste nível.* ∎

## 3.4 Uma molécula para todos os seres vivos

**Proposição 3.12 (Universalidade do DNA).**

Todos os seres vivos — bactérias, fungos, vegetais, animais — carregam a [informação genética](#def-g10-universal-dna-information) deles como [DNA](#def-g10-universal-dna-information) construído com os mesmos quatro [nucleotídeos](#def-g10-universal-dna-nucleotide), e leem a sequência de um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) pelas mesmas regras. Em consequência, um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) retirado de uma espécie e inserido no [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de outra é lido pelas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) da receptora, que fabricam a [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) que ele codifica: a *transgênese* é possível, e o organismo transgênico passa o [gene](#def-g10-universal-dna-gene) estrangeiro aos descendentes dele como qualquer outro.

**Evidências.** O [gene](#def-g10-universal-dna-gene) da [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) verde fluorescente (GFP) da água-viva *Aequorea victoria* já foi inserido em bactérias, leveduras, vegetais, peixes, camundongos e coelhos: cada um deles fabrica a [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) e brilha em verde sob luz azul, e a característica é herdada. O [gene](#def-g10-universal-dna-gene) humano da insulina, inserido em *E. coli* em 1978, faz a bactéria produzir insulina humana, que desde então é a fonte do hormônio para os diabéticos. Não se conhece nenhum caso de espécie cujos [genes](#def-g10-universal-dna-gene) estejam escritos em outra química. ∎

![A transgênese: um gene isolado de uma espécie é inserido no DNA de um óvulo fecundado de outra. Cada célula do organismo resultante o carrega, o lê e o transmite.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-universal-dna/fig-d1dc8c06fa42.svg)

*A [transgênese](#prop-g10-universal-dna-universal): um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) isolado de uma espécie é inserido no [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de um óvulo fecundado de outra. Cada [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) do organismo resultante o carrega, o lê e o transmite.*

![Sob luz azul, um camundongo que carrega o gene da água-viva para a proteína verde fluorescente brilha ao lado de um camundongo comum. Mesma molécula, mesmas regras de leitura: a instrução da água-viva funciona no camundongo.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-2/g10-universal-dna/img-5719870411a3.jpg)

*Sob luz azul, um camundongo que carrega o [gene](#def-g10-universal-dna-gene) da água-viva para a [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) verde fluorescente brilha ao lado de um camundongo comum. Mesma molécula, mesmas regras de leitura: a instrução da água-viva funciona no camundongo.*

**Exemplo 3.13 (Usos da transgênese).**

Insulina e hormônio de crescimento humanos fabricados por bactérias; um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) de resistência a uma praga de insetos inserido no milho ou no algodão; arroz que carrega [genes](#def-g10-universal-dna-gene) para fabricar um precursor da vitamina A; o [gene](#def-g10-universal-dna-gene) da GFP acoplado a outro [gene](#def-g10-universal-dna-gene) para que as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) em que esse [gene](#def-g10-universal-dna-gene) está ativo se acendam ao microscópio — este último uso, uma ferramenta de pesquisa, é o mais comum de todos. Cada uso levanta questões próprias de segurança e de consequências para o ambiente; cada um se apoia no mesmo fato, a universalidade da molécula genética.

**Observação 3.14 (Unidade e diversidade no nível molecular).**

A universalidade do [DNA](#def-g10-universal-dna-information) é a face molecular da unidade da vida encontrada no [Capítulo 1](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#ch-g10-chemistry-of-life): uma química, uma molécula de informação, um sistema de leitura para todo organismo da Terra, que é o que uma origem comum prevê ([Capítulo 6](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/6-planos-de-organizacao-e-ancestralidade-comum#ch-g10-common-ancestry)). A diversidade da vida também está escrita na mesma molécula, como diferenças de sequência: entre dois [alelos](#def-g10-universal-dna-gene), algumas bases; entre duas espécies, alguns por cento do genoma; entre uma bactéria e um ser humano, toda a organização do texto.

## 3.5 Exercícios

**Exercício 3.1 ★.**

Cite as três partes de um [nucleotídeo](#def-g10-universal-dna-nucleotide) e as quatro bases do [DNA](#def-g10-universal-dna-information).

**Solução de Exercício 3.1.**

Um grupo fosfato, um açúcar (a desoxirribose) e uma base. Bases: adenina, timina, guanina, citosina.

**Exercício 3.2 ★.**

Escreva a fita complementar de `TACGGATTCA`.

**Solução de Exercício 3.2.**

`ATGCCTAAGT`, escrita base sob base.

**Exercício 3.3 ★.**

Uma amostra de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) contém 21% de guanina. Dê as porcentagens de C, de A e de T.

**Solução de Exercício 3.3.**

C $= 21\%$; A $=$ T $= (100 - 42)/2 = 29\%$ cada uma.

**Exercício 3.4 ★.**

Defina [gene](#def-g10-universal-dna-gene) e [alelo](#def-g10-universal-dna-gene), numa frase cada, usando a palavra “sequência”.

**Solução de Exercício 3.4.**

Um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) é um segmento de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) cuja sequência carrega as instruções para uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families), numa posição fixa de um [cromossomo](#def-g10-universal-dna-information). Um [alelo](#def-g10-universal-dna-gene) é uma das versões de um [gene](#def-g10-universal-dna-gene), que difere das outras por algumas bases da sequência dele.

**Exercício 3.5 ★.**

O que é um organismo transgênico? Dê dois exemplos do capítulo.

**Solução de Exercício 3.5.**

Um organismo em cujo [DNA](#def-g10-universal-dna-information) foi inserido um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) de outra espécie, e que o lê e o transmite. Exemplos: camundongos que carregam o [gene](#def-g10-universal-dna-gene) GFP da água-viva; *E. coli* que carrega o [gene](#def-g10-universal-dna-gene) humano da insulina.

**Exercício 3.6 ★★.**

Um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) tem 1500 pares de bases de comprimento. Qual é o comprimento dele em nanômetros, e quantas voltas de hélice ele faz?

**Solução de Exercício 3.6.**

$1500 \times 0.34 = 510\,\mathrm{nm}$; $1500/10 = 150$ voltas.

**Exercício 3.7 ★★.**

Calcule o comprimento total do [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) humana, dados $3.2 \times 10^{9}$ pares de bases por conjunto de [cromossomos](#def-g10-universal-dna-information) e dois conjuntos por [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell). Compare com o diâmetro do [núcleo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle), $6\,\text{µ}\mathrm{m}$.

**Solução de Exercício 3.7.**

$2 \times 3.2 \times 10^{9} \times 0.34\,\mathrm{nm} \approx 2.2\,\mathrm{m}$, cerca de $3.6 \times 10^{5}$ vezes o diâmetro do [núcleo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle).

**Exercício 3.8 ★★.**

No experimento de Avery, por que foi necessário testar o extrato tratado com uma enzima que destrói o [DNA](#def-g10-universal-dna-information), e não apenas a fração de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) purificada?

**Solução de Exercício 3.8.**

Uma fração “purificada” ainda pode conter traços de outras moléculas, de modo que a atividade dela sozinha não prova que o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) é o responsável. Destruir o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) especificamente, no extrato completo, e ver a atividade desaparecer enquanto as enzimas que destroem [proteínas](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) e RNA a deixam intacta atribui o efeito ao [DNA](#def-g10-universal-dna-information) e a mais nada.

**Exercício 3.9 ★★.**

Explique por que os dados de Chargaff descartaram um modelo em que as bases estivessem empilhadas numa ordem regular e repetida como `ATGCATGC…`

**Solução de Exercício 3.9.**

Uma repetição fixa daria a mesma composição (25% de cada base) em toda espécie. Chargaff encontrou A+T variando amplamente entre espécies: a ordem das bases não é um padrão fixo, de modo que a sequência é livre para variar — que é o que a torna capaz de carregar informação.

**Exercício 3.10 ★★.**

Dois [alelos](#def-g10-universal-dna-gene) de um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) diferem por uma única base entre 2000. Explique como uma diferença tão pequena pode mudar uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families), e por que ela também pode não mudar nada.

**Solução de Exercício 3.10.**

A sequência é lida em ordem para construir a [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families); uma base trocada numa posição que especifica um [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) pode substituir um [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) por outro e alterar a forma ou a atividade da [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families). Se a base trocada estiver numa parte do [gene](#def-g10-universal-dna-gene) que não é lida, ou especificar o mesmo [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families), a [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) não muda.

**Exercício 3.11 ★★.**

O [gene](#def-g10-universal-dna-gene) da GFP inserido no óvulo fecundado de um camundongo é encontrado nas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) da pele dele, nas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) do fígado dele e nos espermatozoides dele. Explique por quê, usando a teoria celular e a [Proposição 3.8](#prop-g10-universal-dna-explains).

**Solução de Exercício 3.11.**

Todas as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) do camundongo descendem por divisão do óvulo fecundado; a cada divisão o [DNA](#def-g10-universal-dna-information), transgene incluído, é copiado (pela [complementaridade](#prop-g10-universal-dna-helix)) e repartido. As [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) da pele, do fígado e os espermatozoides carregam, portanto, todos o [gene](#def-g10-universal-dna-gene) — e o espermatozoide o passa à geração seguinte.

**Exercício 3.12 ★★★.**

A molécula de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de uma bactéria tem $4.6 \times 10^{6}$ pares de bases de comprimento. Calcule o comprimento dela; compare com os $2\,\text{µ}\mathrm{m}$ da [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell); depois explique por que, ainda assim, uma bactéria pode ter espaço para ela.

**Solução de Exercício 3.12.**

$4.6 \times 10^{6} \times 0.34\,\mathrm{nm} \approx 1.6\,\mathrm{mm}$, umas 800 vezes o comprimento da [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell). Mas a molécula tem só $2\,\mathrm{nm}$ de largura: o volume dela, cerca de $\pi \times 1^2 \times 1.6 \times 10^{6}\,
\mathrm{nm}^{3} \approx 5 \times 10^{-3}\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$, é cerca de 1% do volume da [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell); dobrada e enrolada, ela cabe com folga.

**Exercício 3.13 ★★★.**

Um amigo afirma que o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) humano tem de ser “mais complexo” que o de uma bactéria porque tem mais bases. Compare $3.2 \times 10^{9}$ e $4.6 \times 10^{6}$ pares de bases com $20\,000$ e 4300 [genes](#def-g10-universal-dna-gene), e discuta o que o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) excedente é e o que ele não é.

**Solução de Exercício 3.13.**

O [DNA](#def-g10-universal-dna-information) humano é 700 vezes mais comprido, mas carrega apenas cerca de 5 vezes mais [genes](#def-g10-universal-dna-gene): a maior parte dele não são [genes](#def-g10-universal-dna-gene). Parte do [DNA](#def-g10-universal-dna-information) excedente regula quando os [genes](#def-g10-universal-dna-gene) são usados, parte é sequência repetida sem função conhecida. A contagem de bases mede o tamanho do texto, não a complexidade do organismo; o número de [genes](#def-g10-universal-dna-gene) e, sobretudo, o modo como eles são combinados e regulados importam mais.

**Exercício 3.14 ★★★.**

Suponha que se descobrisse uma espécie cujo material genético usasse outra molécula e outro código. Qual das proposições do capítulo isso contradiria, e o que isso implicaria para a origem comum dessa espécie e do resto da vida?

**Solução de Exercício 3.14.**

Isso contradiria a universalidade do [DNA](#def-g10-universal-dna-information) ([Proposição 3.12](#prop-g10-universal-dna-universal)). Como uma molécula e um código compartilhados são herdados de um ancestral comum, uma espécie dessas teria de descender de uma origem separada da vida: os [genes](#def-g10-universal-dna-gene) dela não poderiam ser lidos pelas nossas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) e a [transgênese](#prop-g10-universal-dna-universal) entre as duas linhagens seria impossível.

**Exercício 3.15 ★★★.**

A insulina humana produzida por bactérias substituiu a insulina extraída de pâncreas de porco. Liste duas razões biológicas pelas quais o produto bacteriano foi um avanço, e uma pergunta que um órgão regulador ainda teria de fazer.

**Solução de Exercício 3.15.**

O produto bacteriano é exatamente a [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) humana (a insulina de porco difere por um [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) e pode provocar reações imunológicas), e é fabricado em quantidade ilimitada, livre de patógenos suínos. Um órgão regulador ainda perguntaria se a [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) purificada está livre de contaminantes bacterianos e se ela está corretamente dobrada e ativa.

## 3.6 Problema: o gene da água-viva

**Problema 3.1.**

Problema de fim de semana — um gene de água-viva seguido até um camundongo: o comprimento dele, as letras dele, por que o camundongo consegue lê-lo, e os dois metros de DNA que o carregam em cada célula

A [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) verde fluorescente da água-viva *Aequorea victoria* é uma cadeia de 238 [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families). O [gene](#def-g10-universal-dna-gene) dela, tal como usado no laboratório, é um segmento de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de 720 pares de bases. Tome $0.34\,\mathrm{nm}$ por par de bases, dez pares de bases por volta, e um genoma de camundongo de $2.7 \times 10^{9}$ pares de bases por conjunto de [cromossomos](#def-g10-universal-dna-information), dois conjuntos por [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell).

**Parte I — A molécula.**

1. Calcule o comprimento do [gene](#def-g10-universal-dna-gene) da GFP em nanômetros, e o número de voltas de hélice que ele faz.
2. Uma fita do [gene](#def-g10-universal-dna-gene) começa por `ATGAGTAAAGGAGAAGAAC` . Escreva a fita complementar.
3. No [gene](#def-g10-universal-dna-gene) inteiro, a adenina representa 27% das bases. Dê as porcentagens das outras três bases.
4. O [gene](#def-g10-universal-dna-gene) tem 720 pares de bases e codifica 238 [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) . Calcule a razão, e proponha o que ela sugere sobre quantas bases especificam um [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) (uma hipótese que o [Capítulo 14](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/14-do-gene-a-proteina#ch-g11-gene-expression) vai confirmar).
5. Quantas sequências diferentes de 720 bases são possíveis em princípio? Escreva a resposta como uma potência de 4, depois explique numa frase por que a sequência pode ser chamada de informação.

**Parte II — Por que o camundongo consegue lê-lo.**

6. Enuncie a propriedade do [DNA](#def-g10-universal-dna-information) que torna possível a uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de camundongo usar um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) de água-viva.
7. O [gene](#def-g10-universal-dna-gene) é inserido num óvulo fecundado, e não na pele de um camundongo adulto. Usando a teoria celular, explique que diferença isso faz para o lugar onde o [gene](#def-g10-universal-dna-gene) vai parar.
8. O camundongo adulto brilha em todos os tecidos. O que isso mostra sobre o conteúdo em [DNA](#def-g10-universal-dna-information) dos diferentes tipos de [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) dele?
9. O camundongo brilhante é cruzado com um camundongo comum. Preveja, com uma justificativa, se parte dos descendentes brilha.
10. Um camundongo de controle recebe uma injeção de [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) GFP purificada em vez do [gene](#def-g10-universal-dna-gene) : ele brilha fracamente por alguns dias, depois para. Explique a diferença entre os dois experimentos.

**Parte III — As evidências por trás da história.**

11. No experimento de Avery, cite a fração que transformou as bactérias e o tratamento que aboliu a transformação.
12. Explique por que o experimento de transformação é uma versão natural da [transgênese](#prop-g10-universal-dna-universal) .
13. Chargaff encontrou A $\,=\,$ T e G $\,=\,$ C em todas as espécies, mas A+T variando de 25% a 75%. Qual das duas observações apoia o pareamento de bases, e qual mostra que a sequência é livre?
14. As fotografias de Franklin deram o diâmetro da hélice como $2\,\mathrm{nm}$ . Explique por que parear uma base grande com uma pequena (A com T, G com C), e não duas grandes, torna a hélice regular.
15. Por que a descoberta da estrutura sugeriu imediatamente como o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) é copiado?

**Parte IV — Dois metros num [núcleo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle).**

16. Calcule o comprimento total de [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de camundongo.
17. O [núcleo](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-organelle) tem $6\,\text{µ}\mathrm{m}$ de diâmetro. Por que fator o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) precisa ser encurtado pelo enrolamento para caber?
18. Que fração do [DNA](#def-g10-universal-dna-information) da [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) é o [gene](#def-g10-universal-dna-gene) da GFP?
19. Um camundongo tem cerca de $2 \times 10^{4}$ [genes](#def-g10-universal-dna-gene) com média de $3 \times 10^{4}$ pares de bases, incluindo as partes não codificantes deles. Que fração do genoma os [genes](#def-g10-universal-dna-gene) ocupam?
20. Enuncie o resultado numa frase: quanto [DNA](#def-g10-universal-dna-information) uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de camundongo carrega, e que fato único a respeito desse [DNA](#def-g10-universal-dna-information) permite que um único [gene](#def-g10-universal-dna-gene) de água-viva entre os milhares dele seja lido?

**Solução de Problema 3.1.**

**1.** $720 \times 0.34 \approx 245\,\mathrm{nm}$; $720/10 = 72$ voltas.

**2.** `TACTCATTTCCTCTTCTTG`.

**3.** T $= 27\%$; G $=$ C $= (100 - 54)/2 = 23\%$.

**4.** $720/238 \approx 3.0$: três bases por [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) (as três últimas sinalizam o fim da cadeia).

**5.** $4^{720}$ sequências, cerca de $10^{433}$. A química permite qualquer ordem, de modo que a ordem particular escolhida entre todas essas possibilidades é uma mensagem — informação.

**6.** A universalidade: todo ser vivo usa os mesmos quatro [nucleotídeos](#def-g10-universal-dna-nucleotide) e lê uma sequência pelas mesmas regras.

**7.** Todas as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) do camundongo descendem do óvulo por divisão, de modo que um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) inserido no óvulo é copiado para dentro de cada [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell). Inserido na pele adulta, ele estaria presente apenas nas [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) tratadas da pele e nas descendentes delas.

**8.** Todo tipo de [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) contém o [DNA](#def-g10-universal-dna-information) inteiro, transgene incluído: a especialização não descarta [genes](#def-g10-universal-dna-gene).

**9.** Sim: as [células](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) germinativas carregam o [gene](#def-g10-universal-dna-gene). Se o camundongo tiver uma cópia num [cromossomo](#def-g10-universal-dna-information) de um par, cerca de metade dos descendentes dele a herda e brilha.

**10.** A [proteína](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/1-a-composicao-quimica-dos-seres-vivos#def-g10-chemistry-of-life-families) não é informação: ela é consumida e nunca renovada, de modo que o brilho se apaga. O [gene](#def-g10-universal-dna-gene) é copiado a cada divisão e lido continuamente, de modo que o brilho é permanente e herdado.

**11.** A fração de [DNA](#def-g10-universal-dna-information); o tratamento com uma enzima que destrói o [DNA](#def-g10-universal-dna-information).

**12.** As bactérias captaram [DNA](#def-g10-universal-dna-information) de outra linhagem, o integraram e expressaram e transmitiram a característica: um [gene](#def-g10-universal-dna-gene) transferido de um organismo para outro, que é o que a [transgênese](#prop-g10-universal-dna-universal) faz deliberadamente.

**13.** A$\,=\,$T e G$\,=\,$C apoiam o pareamento; a parcela variável de A+T mostra que a ordem dos pares é livre.

**14.** A e G são bases grandes de dois anéis, T e C bases pequenas de um anel: uma grande pareada com uma pequena sempre ocupa a mesma distância, de modo que os dois esqueletos permanecem a $2\,\mathrm{nm}$ um do outro ao longo de toda a molécula. Duas bases grandes formariam uma saliência, duas pequenas deixariam uma folga.

**15.** Porque cada fita é a complementar da outra: separe as duas, construa uma parceira sobre cada uma pela regra de pareamento, e resultam duas moléculas idênticas.

**16.** $2 \times 2.7 \times 10^{9} \times 0.34\,\mathrm{nm} \approx
1.8\,\mathrm{m}$.

**17.** $1.8\,\mathrm{m} / 6\,\text{µ}\mathrm{m} = 3 \times 10^{5}$: uma compactação de trezentas mil vezes.

**18.** $720 / 5.4 \times 10^{9} \approx 1.3 \times 10^{-7}$: cerca de um décimo de milionésimo do [DNA](#def-g10-universal-dna-information) da [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell).

**19.** $2 \times 10^{4} \times 3 \times 10^{4} = 6 \times 10^{8}$ pares de bases, cerca de 22% do genoma; o resto fica entre os [genes](#def-g10-universal-dna-gene).

**20.** Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/2/pt/chapter/2-a-celula-a-unidade-comum-da-vida#def-g10-cells-common-unit-cell) de camundongo carrega cerca de $1.8\,\mathrm{m}$ de [DNA](#def-g10-universal-dna-information); como esse [DNA](#def-g10-universal-dna-information) é construído e lido exatamente como o da água-viva, o único [gene](#def-g10-universal-dna-gene) estrangeiro entre vinte mil é lido como os outros.