Obtenção de energia pelos seres vivos

Todos os seres vivos são compostos por células, pois a célula é a unidade básica e fundamental dos mesmos e, como tal, precisa de energia para realizar todas as suas funções. Os seres vivos conseguem essa energia através da degradação de compostos orgânicos formando ATP, o transportador universal da energia celular.

As células realizam um conjunto de reações químicas essenciais para esta obtenção de energia: metabolismo celular.

• Catabolismo: reação exoenergénita (libertação de energia) de compostos orgânicos em moléculas mais simples;
• Anabolismo: reação endoenergética (consumo de energia) de moléculas mais simples em moléculas mais complexas.

Nas reações catabólicas, a energia que se liberta deve ser aproveitada, não só para a continuação da reação, mas também para as reações de anabolismo (porque são endoenergéticas) e é transportada pelos ATPs, enquanto os protões e eletrões do hidrogénio são transportados principalmente pela coenzima NAD.

Existem três tipos de reações catabólicas:

• Respiração aeróbia: ocorre na presença de oxigénio e o acetor final de eletrões é o mesmo;
• Respiração anaeróbia: ocorre na ausência de oxigénio e o acetor final de eletrões são outras moléculas inorgânicas;
• Fermentação: ocorre na ausência de oxigénio e o acetor final de eletrões são compostos orgânicos.

A fermentação ocorre em anaerobiose, não havendo a degradação completa dos compostos orgânicos, pois os produtos desta reação (ácido lático, ácido etílico, ácido butírico) ainda têm um elevado grau de energia e, consequentemente, o rendimento energético é reduzido (apenas 2 ATP).

A fermentação tem duas etapas:

1) Glicólise: conjunto de reações que degradam a molécula de glicose até ao ácido pirúvico (piruvato);

No final deste processo resultam:

• 2 moléculas de NADH (coenzima transportadora de hidrogénio);
• 2 moléculas de piruvato (composto orgânico);
• 2 moléculas de ATP (neste caso 4, mas 2 são utilizados para a ativação da glicose por ser uma molécula estável).

2) Redução do piruvato: conjunto de reações que transformam o ácido pirúvico pela ação da coenzima NADH nos diferentes produtos da fermentação. Os produtos podem ser:

• Aldeído acético (primeiro o ácido pirúvico é descarboxilado originando o mesmo e só depois este composto é reduzido e forma álcool etílico);
• Ácido lático;
• Ácido butírico;
• Ácido acético.

Todo o processo da fermentação ocorre no citoplasma, pois também é comum nos seres vivos procariontes.

A respiração aeróbia ocorre em aerobiose, havendo a degradação completa dos compostos orgânicos e, consequentemente, o rendimento energético é mais elevado do que na fermentação (38 ATP).

A respiração aeróbia tem quatro fases:

1) Glicólise (explicada anteriormente);

Os três processos a seguir ocorrem na mitocôndria, ou seja, só são comuns aos seres eucariontes.

2) Formação de acetil-coenzima A: o ácido pirúvico entra na mitocôndria, é descarboxilado e oxidado;

3) Ciclo de Krebs: conjunto de reações metabólicas que conduz à oxidação completa da glicose.

Relembrando que uma molécula de glicose dá origem a dois piruvatos, ou seja, dois ciclos de Krebs.

No final deste processo, tem-se:

• 6 moléculas de NADH;
• 2 moléculas de FADH2 (tem uma função semelhante ao NADH);
• 2 moléculas de ATP;
• 4 moléculas de CO2;

4) Cadeia transportadora de eletrões e fosforilação oxidativa: as moléculas transportadoras de eletrões (NADH e FADH2), vão percorrer uma série de proteínas (cadeia transportadora) até serem captados pelo oxigénio. À medida que os eletrões passam pelas proteínas, libertam energia, energia essa que vai ser utilizada para a produção do ATP que está associado a fenómenos de oxidação-redução, designado fosforilação oxidativa.

A fermentação é o único processo de obtenção de energia pelos seres vivos procariontes, que não esquecendo, foram os primeiros seres vivos na Terra. No entanto, para os seres vivos eucariontes, este processo é facultativo, pois as principais reações destes seres vivos são ocorridas em aerobiose, e consequentemente, conseguem maior aproveitamento da energia que na fermentação. A curiosidade é que os seres eucariontes evoluíram dos seres procariontes, conseguindo aproveitar ao máximo as vantagens do ambiente que o rodeava quando a atmosfera já tinha oxigénio na sua constituição. Isto é que é espantoso nos seres vivos: adaptam-se ao ambiente que os rodeia tal como a tecnologia que, ao longo do tempo, tem vindo a avançar cada vez mais rapidamente. Temos um verdadeiro universo dentro de nós.

Regulação nos seres vivos

Como sabemos, todo o nosso organismo é um sistema aberto, por fazer trocas de energia e de matéria com os demais subsistemas. As trocas que um ser vivo faz com o meio conduzem a mudanças constantes nos seus componentes.

Por esta razão, os organismos possuem mecanismos que os mantém num estado de equilíbrio em relação às alterações induzidas pelo meio externo, para que exista uma constância. Esta é designada estado de homeostasia, que traduz a existência dum equilíbrio dinâmico nos sistemas biológicos.

Para evitar esta perda do equilíbrio no organismo, a atividade dos órgãos é controlada e regulada. Nos animais, a manutenção do estado de homeostasia é assegurado pelo sistema nervoso e pelo sistema hormonal.

O sistema nervoso é constituído por dois subsistemas:

1. O Sistema Nervoso Central (SNC);
2. O Sistema Nervoso Periférico (SNP).

O SNC é constituído por:

• Cérebro: controla toda a parte memorial e do raciocínio;
• Cerebelo: coordena a parte muscular;
• Bulbo raquidiano: regula as atividades autónomas como a respiração, o ritmo cardíaco e a deglutição;
  
• Medula espinal: Estabelece a ligação do encéfalo ao sistema nervoso periférico.

O SNP é constituído por:

• Nervos cranianos;
  
• Nervos raquidianos;
•  Glânglios nervosos.

Estes 2 sistemas são constituídos por células nervosas. As células nervosas são constituídas por:

• Dendrites;
  
• Corpo celular;
• Axónio;
• Telodendrites (terminações do axónio);
• Bainha de mielina (células de shwamn).

A informação que é transportada dum neurónio para outro designa-se por impulso nervoso. O impulso nervoso entra no neurónio pelas dendrites e sai do neurónio pelas telodendrites.

As dendrites são ramificações que conduzem o impulso nervoso até ao corpo celular.

O axónio é uma fibra fina e longa, como podemos ver na imagem acima, cuja função é transmitir os impulsos nervosos provenientes do corpo celular. Nos vertebrados, este segmento pode ser coberto por uma bainha isolante de mielina. O conjunto do axónio e da bainha de mielina forma uma fibra nervosa e um conjunto de fivras nervosas formam um nervo (Fig9).

Mas afinal, como é que o impulso nervoso é transmitido?

Todos os neurónios têm uma concentração de iões diferente no interior e no exterior da membrana celular.

O meio exterior do neurónio apresenta uma grande concentração de sódio e pequena concentração de potássio. Por outro lado, o meio intracelular do neurónio apresenta uma grande concentração de potássio e uma pequena concentração de sódio. 

Como os iões existem em maior quantidade no meio extracelular do que no meio intracelular, o meio extracelular ficará com carga positiva e o meio intracelular ficará com carga negativa quando o neurónio não está a transmitir o impulso nervoso. Por esta causa, gera-se uma diferença de potencial elétrico entre os dois meios denominado potencial da membrana, que quando o neurónio não está a transmitir o impulso nervoso, tem cerca de -70mV (potencial de repouso). 

O potencial de repouso deve-se:

• À impermeabilidade da membrana celular da entrada do sódio para o interior da célula por difusão simples (a favor do gradiente do concentração);
• À permeabilidade da membrana celular da saída de potássio para o exterior da célula por difusão simples (a favor do gradiente do concentração);
• À bomba sódio-potássio (contra o gradiente de concentração). Como a mesma transporta 3 sódios para o exterior por cada 2 potássios para o interior, supera a quantidade de iões que saem da célula e, consequentemente, a célula ficará eletricamente negativa no interior.

Quando um neurónio é atingido por um estímulo, a membrana celular torna-se permeável à passagem de sódio. Esta entrada brusca de iões positivos faz com que o potencial passe de -70 mV para 35 mV. Esta alteração na d.d.p (diferença de potencial) designa-se por despolarização. A alteração do potencial elétrico designa-se por potencial da ação (105 mV). Neste processo, o meio intracelular torna-se positivo e o meio extracelular torna-se negativo.

Quando o potencial máximo é atingido:

• A membrana celular aumenta a permeabilidade da passagem de potássio para o exterior da célula;
• A membrana celular torna-se impermeável à passagem do sódio para o interior da célula;
• A bomba sódio-potássio é ativada (para voltar ao potencial de repouso, sendo que a saída de 3 sódios implica a entrada de dois potássios).

Todos estes processos mencionados anteriormente fazem parte da repolarização, o processo desde a máxima d.d.p até ao potencial de repouso, voltando a estar o meio intracelular negativa e o meio extracelular positivo.

A transmisssão dum neurónio obedece à lei do "Tudo ou Nada". Isto significa que um estímulo precisa de ter uma determinada intensidade para gerar um potencial de ação. O estímulo mínimo necessário designa-se por estímulo limiar. Se este estímulo for ultrapassado, irá gerar um potencial de ação independentemente da intensidade.

A estrutura do axónio está relacionada com a velocidade de propagação do impulso nervoso. Axónios de pequeno diâmetro conduzem a um estímulo mais lento e axónios de grande diâmetro conduzem a estímulo mais rápido. Os vertebrados possuem axónios com diâmetros mais pequenos do que os invertebrados, mas a velocidade dos estímulos pode ser muito superior. Porquê?

Isto deve-se ao facto da presença da bainha de mielina, formadas por camadas concêntricas de membranas das células de Schwann.

O isolamento das células de Schwann apresenta interrupções, chamados nódulos de Ranvier, onde o axónio fica exposto. 

As bainhas de mielina impede que a despolarização se realize. Assim, o impulso nervoso salta de nódulo em nódulo, permitindo uma velocidade de propagação muito maior.

Transmissão dum impulso nervoso entre neurónios- sinapses

O impulso nervoso é transmitido das telodendrites dum neurónio para as dendrites de outro. Esta transmissão é feita através das sinapses, uma região de contacto muito próxima entre a extremidade dum neurónio e a superfície de outras células.

Existem dois tipos de sinapses:

• Sinapses elétricas;
• Sinapses químicas.

As sinapses elétricas permitem que o impulso nervoso se propague mais rapidamente. O impulso nervoso propaga-se diretamente dum neurónio para o outro por zonas de contacto, permitindo que o impulso nervoso se transmita de forma contínua. Este tipo de sinapses ocorre no SNC, estando em processos que exigem respostas rapidíssimas.

As sinapses químicas são as mais comuns. Existe um pequeno espaço entre as membranas designado fenda sináptica. 

Quando o impulso mervoso atinge as telodendrites, libertam-se substâncias na fenda sináptica designadas neurotransmissores. Estas substâncias ligam-se a recetores do neurónio seguinte, desencadeando o impulso nervoso, continuando o seu percurso.

Os neurotransmissores encontram-se armazenados em vesículas. Quando o impulso atinge as telodendrites, as vesículas vão até à extremidade das mesmas e os neurotransmissores são libertados na fenda sináptica. Os neurotransmissores ligam-se a recetores na célula pós-sináptica, como podemos ver na imagem acima, e esta ligação leva à abertura de canais iónicos, permitindo a entrada de sódio na célula. Este fenómeno consequentemente provoca uma despolarização da membrana, originando o impulso nervoso.

Sistema nervoso --- Sistema endócrino e a regulação hormonal

Para álem do sistema nervoso, existe outro sistema que permite efetuar respostas desencadeados por determinados estímulos- o sistema endócrino, constituído por glândulas secretoras de mensageiros químicos- as hormonas, que são libertadas na corrente sanguínea com o objetivo de atingir as células alvo e desencadear uma determinada resposta. As hormonas só atingem as células alvo porque as mesmas possuem recetores das hormonas que irão atuar. 

Um exemplo pode ser a diminuição da quantidade de água no organismo do ser vivo. Sendo assim:

1. O estímulo será a diminuição da quantidade de água no ser vivo;
2. Os recetores sensoriais do sistema excretor são estimulados;
3. Os nervos sensitivos detetam o estímulo do sistema excretor e enviam o impulso nervoso para o SNC;
4. O hipotálamo recebe o impulso nervoso e envia o mesmo para a hipófise, para haver a produção de hormonas;
5. A hipófise irá produzir a hormona que aumenta a absorção de água no túmulo contornado proximal (neste caso, a enzima é a LSH) e é libertada na corrente sanguínea;
6. Através da corrente sanguínea, as hormonas irão atingir as células alvo, aumentando a absorção de água no sistema excretor e o ser vivo voltará ao estado de homeostasia.

Curiosamente, isto também é um processo de osmorregulação, que permite regular a quantidade de água e sais minerais no organismo de um ser vivo em meio terrestre.

Termorregulação

A temperatura é um fator ambiental que sofre frequentes variações. 

Através deste fator, existem vários tipos de animais:

• Homeotérmicos e endotérmicos: São animais que conseguem regular a sua temperatura e mantê-la a um nível constante, através de processos metabólicos (mecanismos para produzirem mais calor ou para perderem calor);
• Poiquilotérmicos e ectotérmicos: São animais que a sua temperatura varia com a temperatura do meio, não contrariando as alterações de temperatura, dependendo de fontes de calor externas. Um exemplo de um animal deste tipo é o lagarto.

No entanto, a temperatura é um fator limitante, sendo possível a sobrevivência do ser vivo dentro de certos valores de temperatura. Se nos seres vivos homeotérmicos e endotérmicos os processos metabólicos não compensarem as mudanças de temperatura, a vida do ser vivo é posta em causa.

Então, quais são as técnicas da regulação de temperatura no ser vivo homeotérmico:

• Quando a temperatura externa sobe? 
• Quando a temperatura externa desce?

Quando a temperatura sobe:

1. Estímulo: Aumento da temperatura;
   
2. Recetores: Termorrecetores da pele;
   
3. Centro regulador: Complexo Hipotálamo-Hipófise;
4. Efetores: Vasos sanguíneos e glândulas sudoríparas;
5. Respostas: Vasodilatação, sudorese e redução da produção de calor;
6. Diminuição da temperatura corporal;
7. Valor restabelecido (37ºC);
8. Fim da estimulação e regresso ao estado de homeostasia.

Nas respostas, verifica-se:

• Vasodilatação: os vasos sanguíneos são intensamente dilatados, o que pode aumentar a transferência de calor para a pele até oito vezes na espécie humana;
• Sudorese: as glândulas sudoríparas são estimuladas a libertar suor para a pele, onde a evaporação contribui fortemente para a perda de calor;
• Redução da produção de calor: as reações catabólicas geradas por calor são fortemente inibidas.

Quando a temperatura desce:

1. Estímulo: Diminuição da temperatura;
   
2. Recetores: Termorrecetores da pele;
   
3. Centro regulador: Complexo Hipotálamo-Hipófise;
4. Efetores: Vasos sanguíneos e músculos;
5. Respostas: Vasoconstrição, ereção dos pelos e aumento das reações catabólicas geradoras de calor;
6. Aumento da temperatura corporal;
7. Valor restabelecido (37ºC);
8. Fim da estimulação e regresso ao estado de homeostasia.

Nas respostas, verifica-se.

• Vasoconstrição: os vasos sanguíneos são intensamente constritos para evitar a perda de calor;
• Ereção dos pelos: os músculos eretores dos pelos são estimulados para que os pelos possam se colocar numa posição vertical, criando uma camada de ar isolante, diminuindo a perda de calor pelo organismo;
• Aumento da produção de calor: aumento da taxa metabólica, que gera termuras e um aumento nas reações catabólicas geradoras de calor.

Osmorregulação

Osmorregulação: processo que permite regular a quantidade de água e sais minerais no organismo de um ser vivo.

Existem 2 tipos de seres vivos:

• Osmoconformantes: a concentração de sais e de fluidos corporais destes seres vivos dependem da concentração de água e de sais que os rodeia. São exemplo os invertebrados marinhos.
• Osmorreguladores: estes seres vivos apresentam uma concentração de água e sais minerais muito diferente do meio envolvente, conseguindo regular a quantidade  e concentração dos mesmos.

Osmorregulação em meio aquático:

Nos peixes de água salgada: pelo facto dos peixes de água salgada possuírem um meio hipotónico em relação à água do mar, tendem a perder muita água por osmose. Para compensar, estes peixes ingerem muita água salgada e eliminam o excesso de sal através de fenómenos de transporte ativo, que ocorrem nas brânquias.

Nos peixes de água doce: pelo facto dos peixes de água doce possuírem um meio hipertónico em relação ao meio em que se encontram, têm tendencia a perder muitos sais porque a água entra por osmose e os sais são perdidos por difusão. Para manter o estado de homeostasia, estes possuem urina muito diluída e as brânquias absorvem ativamente sais minerais da água para o sangue por transporte ativo e dos alimentos digeridos.

Osmorregulação em meio terrestre

Os animais terrestres perdem muita água por evaporação na superfície da pele e por excreção urinária e eliminação de fezes. Por estas causas, têm de ingerir uma grande quantidade de água.

Os anelídeos possuem um sistema excretor constituído por unidades filtradoras chamados nefrídeos.

Nos insetos e nas aranhas o sistema excretor é constituído por túbulos de Malpighi, absorvendo substâncias da hemolinfa, lançando-as no intestino, misturando-se com as fezes. A água e sais minerais são reabsorvidos pelo organismo e as fezes e a urina são libertados.

Nos vertebrados, os órgãos de excreção são os rins. 

O rim é constituído por milhões de unidades funcionais- os nefrónios.

O nefrónio é constituido por:

• cápsula de Bowman;
• Glomérulo;
• Tubo contornado proximal;
• Ansa de Henle;
• Tubo contornado distal;
• tubo coletor.
  

O sangue chega ao nefrónio pela arteríola aferente, ramificando-se originando o glomérulo de Malpighi, um novelo de capilares. Os capilares reúnem-se, formando a arteríola eferente, envolvendo a ansa de Henle.

O processo de excreção envolve três fenómenos:

1. Filtração;
2. (Re)absorção, (tubo contornado distal) e tubo contornado proximal;
3. Secreção.

A absorção ocorre no tubo contornado proximal e a reabsorção ocorre no tubo contornado distal. Este processo faz-se por transporte ativo para os capilares circundantes e é absorvido praticamente na totalidade a glicose, os aminoácidos, as vitaminas e os sais. 

A secreção é o mesmo que a (re)absorção mas em sentido inverso. Os tubos contornados e a ansa de Henle absorvem substâncias que já não são necessárias no sangue. 

Ao longo do sistema excretor, quase toda a água (98%) é absorvida pelos capilares sanguíneos de volta para o organismo. 

A quantidade de água que é absorvida pelo sistema excretor para o sangue depende da permeabilidade das paredes dos tubos contornados. Esta permeabilidade é controlada pela hormona antidiurética (ADH), que é produzida pelo hipotálamo e libertada pela hipófise.

Quando a pressão osmótica no sangue aumenta, o ADH é produzido no sentido de aumentar a permeabilidade dos tubos contornados e, consequentemente, mais água é reabsorvida. Se a pressão osmótica no sangue diminui, então a hormona deixa de ser produzida e a permeabilidade dos tubos contornados diminui.

Hormonas vegetais

Os movimentos das plantas que envolvem crescimento na direção de um estímulo ambiental ou na direção oposta chama-se tropismo.

Os movimentos que não envolvem crescimento direcionado a um determinado estímulo chamam-se movimentos násticos ou nastia. 

Os tropismos podem ser positivos ou negativos, conforme o movimento que a planta realiza. Se for no sentido do estímulo, é positivo. Se for no sentido contrário ao estímulo, é negativo.

Como podemos ver no quadro acima, não existe gravinastia. Porquê? Porque o estímulo da gravidade influencia sempre a maneira como uma planta irá crescer posteriormente ao estímulo. Exemplo:

Na imagem acima, o estímulo da gravidade obriga a planta a posicionar-se de forma que o seu caule aja negativamente ao estímulo da mesma e as raízes positivamente.

Vejamos mais exemplos:

Fototropismo

Os caules apresentam fototropismo positivo enquanto as raízes apresentam fototropismo negativo.

Tigmotropismo

Estímulo mecânico (toque). Exemplo: Gavinhas

Fotonastia

Tigmonastia

O principal fator interno de regulação das reações de desenvolvimento nas plantas são as fitohormonas (hormonas vegetais). Estas hormonas estão dependentes de fatores extrínsecos, como a luz e a temperatura. As estufas são um exemplo de como podemos controlar os fatores extrínsecos e, através delas, surgem imensas utilidades, como a produção de plantas fora da época habitual de desenvolvimento.

Existem cinco importantes grupos de fitohormonas:

• Auxinas;
• Giberelinas;
• Citoquininas;
• Etileno;
• Ácido abscísico.

Um facto curioso é a produção da fitohormona auxina. A concentração de auxina que é necessária para o crescimento das raízes inibe o crescimento das folhas e vice-versa. Isso explica o facto do gravitropismo negativo dos caules e do gravitropismo positivo das raízes.

Se uma planta estiver na horizontal, as zonas que receberão mais auxinas são as zonas voltadas para baixo. Como recebem mais auxinas, as raízes ficam voltadas para baixo porque não precisam de tanta concentração de auxinas para crescer como as folhas, inibindo o crescimento das mesmas. Como os caules precisam de mais auxinas para crescerem e é a parte voltada para baixo do caule que está a receber mais hormonas, a curva do crescimento voltar-se-á para cima.

Crescimento e Renovação Celular

1. DNA e o seu descobrimento ao longo do tempo

Até meados do século XIX, a molécula que transmite a hereditariedade dos seres vivos permaneceu desconhecida. Acreditava-se até que as proteínas fossem as moléculas que continham a informação genética. A partir de meados do séc XIX, vários cientistas fizeram várias experiências com o propósito de descobrir qual era a molécula responsável pela transmissão da informação genética.

Foi em 1869 que Friedrich Miescher descobriu que eram os ácidos nucleicos as moléculas que armazenavam a informação genética. No entanto, teve pouca importância para a época, porque os ácidos nucleicos foram considerados demasiado simples para armazenar a informação genética.

Griffith preparou quatro lotes para ver as consequências destas bactérias nos ratos (geralmente fatais para os mesmos). No primeiro lote, utilizou a estirpe virulenta (S) injetando-a no rato»» o rato morreu. No segundo lote, utilizou a estirpe não virulenta (R) injetando-a e o rato permaneceu saudável. No terceiro lote, injetou a estirpe virulenta (S) morta pelo calor e o rato permaneceu saudável. No quarto lote, injetou a estirpe não virulenta (R) e a estirpe virulenta (S) morta pelo calor. O rato morreu e foram encontradas bactérias vivas tipo S no seu sangue.

Griffith verificou que as bactérias tipo S mortas pelo calor no quarto lote conseguiam transmitir a sua virulência para as bactérias tipo R, tornando-se patogénicas para os mamíferos e provocar pneumonia. Griffith não conseguiu explicar este acontecimento, mas concluiu que as bactérias virulentas mortas pelo calor transmitiam alguma informação para as bactérias não virulentas. Esta informação era transportada por uma substância química, que se designou por princípio transformante.

Numa placa colocaram apenas estas bactérias, servindo como placa de controlo. Na segunda placa, inseriram DNA extraído das bactérias tipo S, e na terceira, quarta e quinta placa juntaram o mesmo e enzimas (DNAse, RNAse e protéase respetivamente).

A equipa de Avery verificou que surgiram bactérias virulentas tipo S nas placas B,D e E. O que aconteceu na placa C? A transformação foi interrompida pela enzima DNAse. Através deste conhecimento, a equipa de Avery concluiu que o DNA era o princípio transformante.

Os trabalhos de Hershey e Chase em 1952/53 vieram confirmar a natureza química do DNA. Eles utilizaram bacteriófagos (vírus que infetam bactérias). Os bacteriófagos são constituídos por uma cápsula de geometria variável constituída por proteínas, e dentro dela o material genético. São seres muito simples e não são seres vivos (não apresentam metabolismo próprio). Estes investigadores tiveram em atenção os seguintes aspetos:

• Os vírus não penetram nas células (a cápsula fica no exterior);

• As proteínas da cápsula são constituídas por enxofre (S) e o DNA é constituído por fósforo (P).

Prepararam dois lotes de bacteriófagos e marcaram-nos radioactivamente (como a radioatividade prevalece bastante tempo, é um ótimo localizador de elementos). Num deles marcaram só o enxofre das proteínas e no outro só o fósforo do DNA. Uma vez no interior da célula, o material genético viral multiplica-se e a bactéria passa a produzir proteínas virais, ficando a mesma a "obedecer às ordens" do vírus.

Passando estes dois lotes na centrifugadora, o lote com o enxofre radioativo apenas se verificaram as proteínas virais radioativas e no lote com o fósforo radiativo apenas se verificaram as bactérias com o DNA viral radioativo.

Estes cientistas concluíram assim que é o DNA e não as proteínas que contêm a informação genética.

2. Composição química dos ácidos nucleicos (DNA e RNA)

Um nucleótido é constituído por:

• um grupo fosfato;

• uma pentose;

• uma base azotada.

Os ácidos nucleicos são formados pelos nucleótidos e destacam-se dois tipos: o DNA e o RNA (ácido desoxirribonucleico e ácido ribonucleico respetivamente).

Constituição do DNA:

• A pentose é a desoxirribose;

• O grupo fosfato;

• As bases azotadas são a timina (T), guanina (G), citosina (C) e adenina (A). A guanina liga-se com a citosina e a adenina liga-se com a timina.

As ligações do grupo fosfato entre as pentoses chamam-se ligações fosfodiéster (2 em cada). O grupo fosfato liga-se sempre ao terceiro carbono de uma pentose e ao quinto carbono da outra pentose.

As bases azotadas fazem ligações covalentes simples com as pentoses, e as ligações entre as bases azotadas entre si chamam-se ligações por hidrogénio.

O DNA apresenta uma estrutura em dupla hélice. Segundo a estrutura em dupla hélice, o DNA é constituído por duas cadeias polinucleotídicas, que se dispõem em sentidos inversos, sendo assim, antiparalelas. 

Constituição do RNA:

• A pentose é a ribose;

• O grupo fosfato;

• As bases azotadas são: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e uracilo (U). A guanina liga-se com a citosina e a adenina liga com o uracilo.

A molécula de RNA apresenta dimensões muito inferiores à molécula de DNA e é constituída apenas por uma só cadeia simples de nucleótidos.

Mais uma vez, o grupo fosfato liga-se ao terceiro carbono de uma ribose e ao quinto carbono de outra ribose.

Contudo, a molécula de RNA ainda se pode enrolar sobre si, pelas ligações por hidrogénio da adenina-uracilo e guanina-citosina.

As moléculas de RNA são sintetizadas a partir do DNA, e podem-se apresentar através de três formas:

• RNA mensageiro (mRNA);

• RNA de transferência (tRNA);

• RNA ribossómico (rRNA).

3. Replicação do DNA

Muitos investigadores antes mesmo da revelação da estrutura do DNA já se questionavam sobre a sua replicação. Houveram três modelos sobre a sua replicação:

• Hipótese semiconservativa: cada uma das cadeias serviria como molde para as novas cadeias. As duas novas cadeias formadas ficavam assim com uma cadeia antiga e uma cadeia nova.

• Hipótese conservativa: a molécula de DNA permanecia inteiramente íntegra, formando apenas de molde para a cadeia-filha, esta formada por duas novas cadeias.

• Hipótese dispersiva: cada molécula-filha seria formada por partes/porções da nova cadeia e da cadeia antiga.

As investigações de Meselson e Stahl em 1958 permitiram esclarecer esta questão. Realizaram duas experiências para confirmar qual seria a hipótese da replicação do DNA.

Na primeira experiência, cultivaram bactérias de escherichia coli em dois meios de cultura, um deles contendo um isótopo de azoto pesado (15N) e o outro contendo o azoto normal (14N). Depois extraíram o seu DNA e colocaram as amostras num solução de cloreto de césio, centrifugando-as. Concluíram que o DNA contendo o 15N era mais denso que o que continha o 14N.

Na segunda experiência, cultivaram as mesmas bactérias num meio de cultura com 15N. Depois de várias gerações de bactérias se terem desenvolvido neste meio, transferiram-nas para o meio de cultura com 14N. Colocaram-na na centrifugadora e retiraram três amostras. Uma imediatamente após a transferência, outra retirada 20 minutos após a centrifugação e outra retirada 40 minutos após a mesma.

As bactérias que incorporaram o 15N na sua constituição são mais densos, depositando-se próximo do fundo do tubo de ensaio. As bactérias que incorporaram o 14N na segunda e na terceira amostra são menos densos, encontrando-se na parte superior do tubo de ensaio.

Quando as bactérias foram transferidas para o meio que continha o 14N, as mesmas utilizaram esse azoto para produzirem as novas cadeias. Na amostra que esteve 20 minutos na centrifugação, encontramos a primeira geração, com cada molécula de DNA com uma cadeia com o 15N e outra cadeia com o 14N, confirmando assim o modelo semiconservativo. Devido à sua constituição, apresentam densidade intermédia.

Na segunda geração, encontramos 4 moléculas de DNA, 2 com uma cadeia de 15N e outra com 14N e 2 com cadeias de 14N, confirmando-se mais uma vez a hipótese semiconservativa. Na terceira geração, será de esperar 75% constituído por 14N e 25% constituído 15N e 14N, sendo sempre crescente a percentagem de moléculas de DNA constituídas na sua totalidade por 14N. Nunca irá atingir os 100% porque as duas cadeias com o 15N irão sempre servir de molde para a nova cadeia que irá se formar.

Atualmente, sabe-se que a replicação também envolve a ação de algumas enzimas e apresenta alguma complexidade, incluindo a DNA-polimerase.