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Forças hidrofóbicas, e não ligações de hidrogênio, seriam responsáveis por manter estrutura do DNA

Experimento pioneiro mostrou que ambiente hidrofóbico afeta estrutura da molécula de DNA

Para que o DNA seja lido, replicado ou reparado, as moléculas de DNA devem se abrir. Para isso, as células usam uma proteína catalítica para criar um ambiente hidrofóbico ao redor da molécula. Crédito: Yen Strandqvist/Chalmers University of Technology

Um estudo publicado na revista Proceedings of the National Academy of Science de autoria de pesquisadores da Universidade Técnica Chalmers, na Suécia, contestou a teoria mais aceita que explica a forma como a estrutura do DNA se mantém. Segundo a equipe, a ideia de que são as ligações de hidrogênio que unem os dois lados da estrutura está incorreta. Em vez disso, afirmam, a explicação está na água. A descoberta abre portas para novos desdobramentos em pesquisas médicas e biológicas. 

O DNA possui duas cadeias (ou fitas), constituídas de moléculas de açúcar e grupos fosfato. Entre essas duas cadeias existem bases nitrogenadas (que são os compostos que formam os genes dos organismos) com ligações de hidrogênio entre elas. Até então, acreditava-se que essas ligações entre átomos de hidrogênio eram o que mantinha as duas fitas juntas.

Agora, no entanto, os pesquisadores da Universidade Técnica Chalmers mostram que a estrutura helicoidal do DNA poderia ser o resultado de um interior hidrofóbico que as moléculas possuiriam, em meio a um ambiente constituído principalmente por água. Ou seja, o ambiente é, em si, hidrofílico, enquanto as bases nitrogenadas das moléculas de DNA são hidrofóbicas, e por si empurram a água circundante para longe. Quando as unidades hidrofóbicas estão em um ambiente hidrofílico, elas se agrupam para minimizar a exposição à água.

O papel das ligações de hidrogênio, que antes eram consideradas cruciais para manter as hélices de DNA juntas, parece ter mais a ver com a separação dos pares de bases, para que eles se liguem na sequência correta.

A descoberta é importante para entender a relação do DNA com o meio.

“As células querem proteger seu DNA, defendendo-o de ambientes hidrofóbicos que às vezes podem conter moléculas nocivas”, diz Bobo Feng, um dos pesquisadores responsáveis pelo estudo. “Mas, ao mesmo tempo, o DNA precisa se abrir para ser usado”.

“Acreditamos que a célula mantenha seu DNA em uma solução aquosa a maior parte do tempo, mas assim que uma célula quer “fazer algo” com seu DNA — como lê-lo, copiá-lo ou repará-lo —, ela expõe o DNA a um ambiente hidrofóbico”.

A replicação, por exemplo, envolve os pares de bases que se dissolvem e se abrem. Enzimas copiam os dois lados da hélice para criar um novo DNA. Quando se trata de reparar o DNA danificado, as áreas danificadas são submetidas a um ambiente hidrofóbico para serem substituídas. Uma proteína catalítica cria esse ambiente hidrofóbico. Esse tipo de proteína é fundamental para todos os reparos de DNA, o que significa que pode ser a chave para combater muitas doenças graves.

Estudar e entender essas proteínas poderia gerar muitas novas ideias sobre como poderíamos, por exemplo, combater bactérias resistentes ou até curar o câncer. As bactérias usam uma proteína chamada RecA para reparar seu DNA, e os pesquisadores acreditam que os resultados do estudo podem fornecer novas informações sobre como esse processo funciona — potencialmente oferecendo métodos para interrompê-lo e, assim, matar a bactéria.

Já em células humanas, a proteína Rad51 repara o DNA e corrige sequências mutadas de DNA, que poderiam levar ao câncer. 

“Para entender o câncer, precisamos entender como o DNA se repara. Para isso, precisamos primeiro entender o próprio DNA”, diz Bobo Feng. “Até agora, não o entendemos porque pensávamos que as ligações de hidrogênio eram o que mantinha o DNA unido. Agora, mostramos que são as forças hidrofóbicas que estão por trás disso. Também mostramos que o DNA se comporta de maneira totalmente diferente em um ambiente hidrofóbico. Isso pode nos ajudar a entender o DNA e como ele se repara. Ninguém havia colocado o DNA em um ambiente hidrofóbico como este e observado como ele se comporta, por isso não surpreende que ninguém tenha feito essa descoberta antes.”

O estudo

Os pesquisadores estudaram como o DNA se comporta em um ambiente mais hidrofóbico do que o normal — um método pioneiro.

Eles usaram uma solução hidrofóbica formada por polietilenoglicol e, pouco a pouco, mudaram o ambiente do DNA, de um ambiente naturalmente hidrofílico para um hidrofóbico. Eles queriam descobrir se existe um limite em que o DNA começa a perder sua estrutura, quando já não há incentivo para a ligação, porque o ambiente não é mais hidrofílico. Os pesquisadores observaram que quando a solução alcançou o limite entre hidrofilia e hidrofobia, a forma espiral característica das moléculas de DNA começou a se desfazer.

Após uma inspeção mais detalhada, eles observaram que quando os pares de bases se separam (devido à influência externa ou simplesmente a partir de movimentos aleatórios), buracos são formados na estrutura, permitindo que a água vaze. Como o DNA quer manter o interior seco, ele se pressiona, com os pares de bases se juntando novamente para expulsar a água para fora. Em um ambiente hidrofóbico, não há água, então os buracos permanecem.

 

Universidade Técnica Chalmers