Introdução
Daremos início à nossa primeira unidade, compreendendo melhor como a biologia molecular faz parte da nossa vida. Ela possui uma importância em diversas questões, desde investigações científicas básicas até as mais sofisticadas, que afligem a população do mundo todo. Desse modo, ela está presente para auxiliar na prevenção e tratamento de diversas doenças, bem como na manipulação de plantas e animais para obtenção de características específicas.
Acredite, quando os cientistas Rosalind Franklin, Watson e Crick decifraram a natureza da molécula de DNA, os resultados desse trabalho em conjunto foram publicados no dia 25 de abril de 1953, na revista científica Nature, e um novo caminho iniciou-se para a humanidade. O reconhecimento da importância dessa descoberta fez com que eles se tornassem os mais importantes cientistas da história moderna e recebessem o prêmio Nobel (Watson e Crick) de Medicina e Fisiologia, em 1962, nove anos após a publicação da novidade.
Objetivos específicos de aprendizagem
- Conhecer como a biologia molecular faz parte da nossa vida.
- Conhecer os avanços científicos gerados a partir da biologia molecular e da genética.
- Conhecer os processos que comandam o metabolismo celular e onde eles ocorrem.
- Estudar o modelo proposto por Francis Crick em 1958.
- Identificar as descobertas e as mudanças feitas no modelo proposto.
- Compreender os processos que compõem o dogma atual.
1 Introdução à biologia molecular
A biologia molecular possui um papel fundamental nos estudos das interações bioquímicas e celulares que fazem parte da duplicação do material genético até a síntese de proteínas. A partir desse entendimento, conseguimos entender os diversos níveis de interações que ocorrem entre o Ácido Desoxirribonucleico (DNA), o Ácido Ribonucleico (RNA) e a síntese de proteínas, e como esses processos são finamente regulados.
Por possuir um vasto campo de estudo, abrange outras áreas, como a química, genética e bioquímica. Nessas áreas, temos a influência de técnicas oriundas da microbiologia e biofísica. Juntas, essas áreas do conhecimento basearam os estudos que temos hoje em biologia molecular, uma vez que os principais conceitos e técnicas foram desenvolvidos a partir de estudos de microbiologia.
Em 1982, Frederick Griffith fez um estudo e percebeu que ao matar bactérias patogênicas com calor e misturá-las com algumas bactérias vivas da cepa não patogênica, como resultado algumas células vivas se tornavam patogênicas.

Fonte: REECE, 2013, p. 313.
a imagem mostra o experimento de Griffits com camundongos infectados com uma cepa de bactérias patogênicas. Ao matar essa cepa com calor, observou que algumas células vivas se tornavam patogênicas e eram herdadas pela próxima geração.
Em 1952, Alfred Hershey e Martha Chase confirmaram que o DNA era de fato material genético. Para isso, utilizaram bacteriófagos, Escherichia coli (E. coli), e colorações radioativas. Com isso, viram que o que passava para o interior da bactéria era o DNA e não proteína.

Fonte: REECE, 2015, p. 314.
a imagem mostra o experimento com radioatividade por enxofre, que constata que as proteínas das bactérias não são marcadas pela radioatividade. A imagem também mostra que há a transferência de radioatividade por fósforo e o material (genético) marcado é precipitado após centrifugação.
2 Dogma da Biologia Molecular
Durante muitas décadas, os cientistas tinham dificuldade em aceitar que o DNA seria o material genético, isso devido à sua simplicidade química. No início de 1950, o DNA foi examinado por difração de raios-X por Rosalind Franklin e Maurice Wilkins. Esses pesquisadores foram reconhecidos por seu trabalho com imagens da difração de raios-X do DNA, particularmente pela Foto 51, enquanto trabalhavam no King's College, em Londres, que levou à descoberta da dupla hélice do DNA.

Fonte: REECE, 2013, p.316.
a imagem mostra a foto de Rosalind Franklin e da estrutura de DNA à direita, obtida por difração de raios-X, conhecida como Foto 51.
Pesquisas conduzidas por Erwin Chargaff e colaboradores também auxiliaram na elucidação da estrutura do DNA, determinando a proporção de bases nitrogenadas, em uma molécula de DNA (REECE, 2013).
Os resultados obtidos a partir dessas experimentações ajudaram na construção do modelo proposto por Watson e Crick em 1953. O resultado do trabalho dos dois pesquisadores apontou que o DNA era composto de duas fitas de um polímero enroladas como uma hélice. Esses resultados iniciais tiveram um significado enorme e contribuíram para uma das principais indicações que culminaram no modelo de Watson-Crick para a estrutura do DNA.
Curiosidades
Em 25 de abril de 1953, Watson e Crick publicaram seus resultados em uma edição da revista científica Nature, e em 1962 receberam o Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia, tornando-se dois dos cientistas mais importantes da história moderna.
Assim, por meio do modelo sugerido, o potencial do DNA para replicação e armazenamento da informação genética tornou-se notório (WATSON, 2015).

Fonte: Adaptado de REECE, 2013, p. 312 e ALBERTS, 2017, p.198.
a foto mostra, à esquerda, Watson e Crick analisando a estrutura de DNA que eles elucidaram em 1953. Já à direita, tem-se a estrutura 2D do DNA e a estrutura 3D, evidenciando os grupamentos fosfato, açúcar e as bases nitrogenadas unidas por pontes de hidrogênio.
O modelo sugerido por Watson e Crick indicou que o DNA é uma hélice dupla e que suas duas fitas se enrolam em torno do eixo da hélice. As desoxirriboses, ligadas umas às outras pelos grupamentos fosfato, ficam externas em relação às bases nitrogenadas, como se fossem o corrimão de uma escada circular, expostas ao meio aquoso (ALBERTS, 2017).
O pareamento das bases é muito importante para manutenção da hélice dupla. Os anéis aromáticos das bases nitrogenadas são hidrofóbicos e localizam-se orientados para o interior da hélice dupla, quase perpendiculares ao seu eixo, como degraus de uma escada. Cada base nitrogenada de uma das cadeias está pareada com a base complementar na outra cadeia de DNA. Este pareamento se dá pela formação de pontes de hidrogênio entre as duas fitas, conservando a estrutura da molécula (WATSON, 2015).
A base nitrogenada pode ser uma adenina (A), citosina (C), guanina (G) ou timina (T). As bases nitrogenadas têm dois tamanhos, as pirimídicas (T e C) são menores do que as púricas (A e G). O pareamento sempre acontece entre uma base púrica e uma pirimídica e, dessa forma, os pares AT e CG têm mais ou menos o mesmo tamanho e dimensões semelhantes (WATSON, 2015).
Saiba mais
Para entender um pouco mais sobre a estrutura do DNA e sua localização celular acesse o link e assista ao vídeo “Estrutura do DNA.”
Agora que já vimos como é a estrutura do DNA, vamos entender mais sobre o dogma central da biologia molecular.
Em 1958, Francis Crick sugeriu o Dogma Central da Biologia, publicado em 1970 na revista científica Nature. Trata-se, em síntese, da afirmação de que o DNA codifica a produção de RNA por transcrição, o RNA codifica a produção de proteínas por tradução e as proteínas não codificam a produção nem de proteínas nem de RNA nem de DNA. Crick, por outro lado, declarou que tendo a informação passado para a proteína, já não torna a sair (WATSON, 2015).

Fonte: ALBERTS, 2017, p. 299.
a imagem mostra de forma resumida o processo do Dogma Central da Biologia, ou seja, a síntese de uma proteína a partir do DNA. No primeiro quadro, tem-se uma fita dupla de DNA, que pode realizar a autorreplicação; no quadro abaixo, uma seta mostra que a partir do RNA, tem-se a transcrição em uma fita simples de RNA, e no terceiro quadro esse RNA, através da tradução, origina uma cadeia de aminoácidos.
Na imagem anterior, as setas indicam a direção proposta para o fluxo da informação genética. A seta circundando o DNA significa que ele é o molde para a sua própria replicação. A seta entre o DNA e o RNA indica que a síntese de RNA (chamada de transcrição) é promovida a partir de um molde de DNA. Da mesma forma, a síntese de proteínas (chamada tradução) é coordenada por um molde de RNA.
Vale ressaltar que as duas últimas setas foram apresentadas de maneira unidirecional; isto é, as sequências de RNA nunca são determinadas por moldes de proteínas, nem se imaginava, na época, que o DNA pudesse ser sintetizado a partir de um molde de RNA. Hoje, já sabemos que existe uma enzima, chamada transcriptase reversa, capaz de sintetizar DNA a partir de RNA, dessa forma há uma atualização do modelo de Crick do Dogma Central. Esse processo de transcrição reversa acontece principalmente em vírus. Assim, há uma atualização do modelo inicial proposto por Crick, em que há uma quebra da unidirecionalidade da transcrição de DNA para RNA.
Atenção
Não podemos nos esquecer de que o processo de replicação de DNA e a transcrição acontecem no núcleo celular. A ligação do RNA mensageiro aos ribossomos acontece no citoplasma, a partir dessa ligação se inicia a tradução. Após a finalização da estrutura proteica, ela será direcionada ao retículo endoplasmático, e lá será modificada (modificação pós-traducional), ou seja, receberá uma marcação. E essa marcação será responsável por direcioná-la até o destino em que exercerá seu papel funcional.
3 Biologia molecular e o cotidiano
O Projeto Genoma Humano (PGH), iniciado em 1990, foi finalizado em abril de 2003. Tinha como finalidade o sequenciamento dos 3,1 bilhões de bases nitrogenadas do genoma humano (ALBERTS, 2017). O grupo que trabalhava nesse projeto tinha como finalidade sequenciar o genoma humano e foi realizado graças a um consórcio público internacional, liderado pelo Instituto Nacional de Pesquisa do Genoma Humano (em inglês, NHGRI) e o Instituto Nacional de Saúde (em inglês, NIH) dos Estados Unidos. Com a organização de equipes de pesquisa e laboratórios de vários países, objetivava realizar o sequenciamento completo do genoma humano. Foi um dos projetos mais avançados na área das ciências biomédicas, sua proposta foi feita pelo Departamento de Energia (em inglês, DOE) na década de 1980, incentivada pelos investimentos em pesquisas genéticas, para promover pesquisas relacionadas à biologia molecular (GOES, 2014).
Esse estudo trouxe consigo uma metodologia revolucionária e de muito sucesso para a solução de problemas não resolvidos e muitas novidades operacionais. O sucesso da biologia molecular se deve às técnicas de alto poder analíticos, que permitem que o pesquisador estude o gene de uma forma mais profunda. Dessa forma, já se é capaz de pesquisar o gene, podendo isolar, inserir, amplificar, determinar a sequência codificante exata, modificar e até mesmo produzir em laboratório os produtos naturais desses genes.
A biologia molecular está presente em nosso cotidiano nas mais diversas formas, por exemplo, na agroindústria, que a utiliza desde a seleção até a modificação genética de plantas trazendo alternativas para muitas carências do campo. Também está presente na segurança alimentar e no controle de qualidade, pois através de técnicas especializadas pode-se detectar intolerâncias alimentares, contaminações por microrganismos em alimentos e superfícies. E dentre tantas outras utilidades, podemos citar o uso na medicina humana, através de diagnóstico e monitoramento de diversas doenças. Também está presente nas ciências forenses, para identificação de cadáveres e pistas de um suposto crime, permitindo a resolução de casos.
Saiba mais
Para saber mais sobre o uso da biologia molecular em nosso cotidiano, assista ao vídeo contido nesse link. Esse vídeo explica de forma clara e objetiva como são feitos os organismos geneticamente modificados.
Considerações Finais

A biologia molecular tem como objetivo de estudo as interações bioquímicas celulares envolvidas na duplicação do material genético e na síntese proteica. Esses conceitos são aplicados em outros ramos da biologia tais como biologia celular, histologia, patologia, fisiologia, genética, ecologia e evolução.
Em 1802, Franz Bauer descreveu o núcleo pela primeira vez, sendo a primeira organela a ser descoberta. Hoje já sabemos que o núcleo abriga o material genético e controla os principais processos celulares.
Em 1958, o Dogma Central da Biologia Molecular foi proposto por Francis Crick. Ele explica como ocorre o fluxo de informações do código genético. Segundo esse dogma, o fluxo da informação genética segue o seguinte sentido: DNA → RNA→ PROTEÍNAS.
Resumo da Unidade
Agora que você concluiu a leitura do conteúdo. assista a seguir a videoaula com o resumo da unidade: