Desvendando a dupla hélice

A estrutura tridimensional do DNA foi elucidada em 1953, resultado da integração de diferentes linhas de evidência experimentais acumuladas ao longo das décadas anteriores.

No início da década de 1950 já se sabia que a molécula de DNA era composta por quatro tipos de nucleotídeos, cada um formado por:

• uma base nitrogenada (adenina, timina, guanina ou citosina)
• um açúcar (desoxirribose)
• um grupo fosfato

Esses nucleotídeos formam longas cadeias poliméricas ligadas por ligações fosfodiéster, formando o esqueleto açúcar-fosfato da molécula.

As regras de Chargaff

Os estudos de Erwin Chargaff mostraram que a composição das bases no DNA apresenta duas regularidades:

• a quantidade de adenina (A) é aproximadamente igual à de timina (T)
• a quantidade de guanina (G) é aproximadamente igual à de citosina (C)

Essas proporções ficaram conhecidas como regras de Chargaff e forneceram uma pista importante sobre o modo como as bases poderiam se organizar na molécula.

A cristalografia de raios X

A principal ferramenta experimental por trás da descoberta da estrutura do DNA foi a cristalografia de raios X, técnica que permite inferir a organização tridimensional de moléculas a partir do padrão de difração produzido quando raios X atravessam fibras ou cristais.

No King’s College London, Rosalind Franklin liderou um programa sistemático de estudos de difração de raios X do DNA, trabalhando com o estudante Raymond Gosling. No mesmo departamento também trabalhava Maurice Wilkins, que havia iniciado anteriormente experimentos com DNA.

Franklin conseguiu produzir imagens de difração extremamente nítidas ao controlar cuidadosamente o grau de hidratação das fibras de DNA. Esse controle permitiu demonstrar que a molécula podia assumir duas formas estruturais principais, chamadas forma A e forma B.

A forma B, observada em condições de maior hidratação, produzia um padrão de difração característico em forma de cruz.

A Fotografia 51

Entre as imagens obtidas por Franklin e Gosling, a mais conhecida é a Fotografia 51, registrada em 1952.

Essa imagem mostrava:

• o padrão helicoidal do DNA
• a distância entre repetições da hélice
• parâmetros geométricos da molécula

Esses dados permitiam estimar características fundamentais da estrutura, como o espaçamento entre pares de bases e o passo da hélice.

Segundo análises posteriores, as fotografias de Franklin forneceram algumas das evidências experimentais mais claras de que o DNA possuía uma estrutura helicoidal regular.

Watson, Crick e o modelo da dupla hélice

Enquanto isso, no Cavendish Laboratory, James Watson e Francis Crick estavam tentando construir um modelo estrutural para o DNA.

Eles combinaram diferentes informações disponíveis na época:

• as regras de Chargaff
• dados de difração de raios X obtidos no King’s College
• princípios de química estrutural

O modelo proposto em 1953 descrevia:

• duas cadeias antiparalelas (com orientações opostas)
• um esqueleto açúcar-fosfato externo
• bases voltadas para o interior
• pareamento específico de bases: A–T e G–C

Esse arranjo explicava naturalmente como a molécula poderia ser copiada durante a replicação, já que cada fita contém a informação necessária para reconstruir a outra.

Publicações de 1953

Em abril de 1953, três artigos complementares foram publicados na revista Nature:

1. o modelo estrutural proposto por Watson e Crick
2. dados experimentais de difração apresentados por Wilkins e colaboradores
3. os resultados experimentais de Franklin e Gosling

Esses trabalhos, considerados em conjunto, estabeleceram a base experimental e teórica para a estrutura do DNA.

A controvérsia histórica

A participação de Franklin na descoberta da estrutura do DNA tornou-se objeto de debate histórico por diferentes razões.

Durante o processo de construção do modelo, Watson e Crick tiveram acesso a dados experimentais produzidos no King’s College, incluindo resultados obtidos por Franklin, antes de sua publicação formal. Entre esses dados estavam parâmetros estruturais e imagens de difração que indicavam uma estrutura helicoidal.

Essas informações foram compartilhadas informalmente dentro da comunidade científica da época, em parte por meio de Maurice Wilkins. Posteriormente, alguns historiadores da ciência questionaram se Franklin teve reconhecimento adequado pelo papel que seus dados desempenharam na formulação do modelo.

O debate ganhou visibilidade especialmente após a publicação, em 1968, do livro The Double Helix (A dupla hélice), de Watson, que descrevia os acontecimentos de forma pessoal e controversa.

Estudos históricos posteriores (Klug, 1968) indicam que Franklin já havia obtido evidências importantes sobre a estrutura helicoidal do DNA e sobre a organização do esqueleto fosfato da molécula antes da publicação do modelo de Watson e Crick.

Reconhecimento posterior

Rosalind Franklin morreu em 1958, aos 37 anos, em decorrência de câncer.

Em 1962, o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina foi concedido a Watson, Crick e Wilkins pela descoberta da estrutura do DNA.

Como o prêmio Nobel não é concedido postumamente, Franklin não pôde ser incluída. Nas décadas seguintes, análises históricas passaram a reconhecer de forma mais explícita a importância de suas contribuições experimentais para a descoberta da estrutura da molécula.