Genética - os seguidores de Mendel - Dos cromossomos ao DNA

Walter Sutton, um estudante de graduação no laboratório da Universidade de Columbia, nos EUA, foi o primeiro a declarar, em 1902, que os cromossomos obedecem às leis de Mendel. Ele se especializou no estudo de cromossomos de gafanhotos, dando início às pesquisas citológicas que contribuiriam para a elaboração da teoria cromossômica da hereditariedade.

Em seu trabalho, Sutton concluiu que, durante o processo de meiose, no qual são produzidos óvulos e espermatozoides, cada gameta recebe apenas um cromossomo de cada tipo. Nas outras partes do corpo, as células possuem dois cromossomos de cada tipo, herdados de cada genitor. O padrão de segregação dos cromossomos durante a meiose corresponde aos padrões de segregação propostos por Mendel.

Naquele mesmo ano, um citologista alemão, T. Boveri, reconheceu que os cromossomos individuais são diferentes uns dos outros, mas não fez nenhuma conexão com os princípios mendelianos. No entanto, o supervisor de Sutton, E. B. Wilson, ofereceu co-autoria a Boveri pela proposição da teoria cromossômica da hereditariedade.

Um ano mais tarde, Sutton publicou um trabalho intitulado "Os cromossomos na hereditariedade", no qual desenvolve com maiores detalhes sua hipótese. De acordo com alguns pesquisadores, com este trabalho de Sutton se inicia o estudo da citogenética.

Apesar do nascimento de uma disciplina - a citogenética - que une os estudos da célula (citologia), dos genes e de sua transmissão às gerações seguintes (genética) ter ocorrido no ano de 1903, a palavra gene só foi criada em 1909, pelo botânico dinamarquês Wilhelm Johannsen, quando ele descreveu os fatores da hereditariedade nas experiências de Mendel.

No que se refere ao termo genética, ele foi usado quatro anos antes pelo geneticista William Bateson em uma carta, mas só passou a ser utilizado pelos cientistas após a criação do termo gene por Johannsen. O termo gene vem da palavra grega genos, que significa nascimento.

Morgan, Beadle e Tatum

Depois dos gafanhotos, as moscas se tornaram um organismo modelo nos estudos da hereditariedade. Estudando as moscas Drosophila melanogaster, o pesquisador Thomas Hunt Morgan e seus colaboradores da Universidade de Columbia mostraram, no ano de 1911, que os genes estão localizados nos cromossomos e são as unidades da hereditariedade. Eles confirmaram a teoria cromossômica da hereditariedade e, por isso, Thomas Hunt Morgan recebeu, em 1933, o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina.

No ano de 1941, os cientistas George Beadle e Edward Tatum mostraram, por meio de experimentos com o fungo vermelho do pão, Neurospora crassa, que os genes agem regulando eventos químicos distintos. Eles concluíram que a função de um gene é dar instruções para a formação de uma enzima particular, que regula um evento químico.

Beadle e Tatum propuseram que, em geral, um gene codifica para a produção de uma enzima. A hipótese de Beadle e Tatum ficou conhecida como "um gene, uma enzima". Posteriormente, o nome da hipótese foi modificado para "um gene, um polipeptídeo", já que algumas proteínas são compostas por diferentes cadeias de polipeptídeos, codificados por genes separados.

O DNA revelado pelos raios X

Os cientistas interessados em ampliar os estudos de genética iniciaram suas pesquisas pelo nível celular, com os cromossomos, e, pouco a pouco, foram se aprofundando, até chegar ao nível molecular.

O DNA havia sido descoberto, no ano de 1868, pelo biólogo suíço Friedrich Miescher, mas permaneceu sem muita importância por cerca de 70 anos. Em 1943, o cientista britânico William Astbury extraiu o DNA de células, mergulhou uma agulha na solução viscosa de DNA e puxou um filamento contendo muitas moléculas alinhadas, quase que em paralelo, umas com as outras. Ele obteve, então, um padrão de difração de raios X para visualizar a molécula de DNA.

Os padrões de difração de raios X de moléculas cristalizadas podem revelar suas estruturas com precisão atômica. Esta técnica revelou o DNA como uma estrutura regular e periódica. Astbury sugeriu que as bases de nucleotídeo do DNA estavam empilhadas umas sobre as outras como "uma pilha de moedas".

Em 1952, Alfred Hershey e Martha Chase mostraram, com o auxílio de marcadores radioativos, que, quando um vírus infecta uma célula hospedeira (a bactéria Escherichia coli), para nela se reproduzir, é o seu DNA que invade a bactéria e não a sua capa protéica. Este experimento corroborou a hipótese feita pelos cientistas Avery, McLeod e McCarty no ano de 1944, de que o DNA é a molécula responsável pela hereditariedade. O experimento de Alfred Hershey e Martha Chase ofereceu suporte para a idéia de que os genes são feitos de DNA.

Muito já se sabia sobre o DNA no ano de 1953:

• que o DNA é composto de nucleotídeos formados por três partes: um grupo fosfato, um açúcar com cinco átomos de carbono (pentose) e bases nitrogenadas (adenina, citosina, guanina e timina);

• que no DNA de qualquer tipo de célula a quantidade de adenina é, aproximadamente, a mesma de timina, enquanto que a quantidade de citosina é aproximadamente a mesma de guanina. Isto foi demonstrado por Erwin Chargaff, em 1949;

• e que o DNA possui grande simetria e consistência em sua estrutura.

A estrutura molecular do DNA

Dois pesquisadores do laboratório Cavendish, na Inglaterra, se dedicaram a obter mais informações sobre a estrutura química do DNA. O físico Francis Crick e o zoólogo James Watson se apressaram em desvendar a estrutura do DNA antes de qualquer pessoa. Eles competiam com o químico Linus Pauling.

Enquanto Watson e Crick trabalhavam em seu modelo, Pauling publicou um trabalho sugerindo uma estrutura de tripla hélice para o DNA. O modelo de Pauling foi criticado por conter imperfeições químicas. Ao ler o trabalho de Pauling, Watson convenceu seus colegas de que tinha a interpretação correta. Um dos colegas, Maurice Wilkins, mostrou a Watson as imagens mais recentes de difração de raios X do DNA. Ao ver as imagens, Watson teve certeza de que sua idéia estava correta e começou a construir, junto com Crick, o novo modelo da estrutura do DNA.

O modelo de Watson e Crick revelou as seguintes propriedades:

• o DNA é uma dupla hélice, com o açúcar e o fosfato dos nucleotídeos formando os dois filamentos da hélice - e as bases nitrogenadas apontando para o interior da hélice e empilhando-se umas sobre as outras;

• as bases nitrogenadas usam pontes de hidrogênio para parearem especificamente, com uma adenina sempre se opondo a uma timina, e uma citosina sempre se opondo a uma guanina;

• os dois filamentos da dupla hélice correm em direções opostas.

Em 1962, Watson, Crick e Wilkins receberam o prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina pela descoberta da estrutura molecular do DNA.