Regras de Chargaff

As regras de Chargaff afirmam que o DNA de qualquer espécie deve ter uma razão estequiométrica de 1:1 de bases purina e pirimidina (ou seja, A + G = T + C) e, mais especificamente, que a quantidade de guanina deve ser igual à de citosina e a quantidade de adenina deve ser igual à de timina. Esse padrão é encontrado em ambas as fitas do DNA. As regras foram descobertas pelo químico austríaco Erwin Chargaff,[1][2] no final dos anos 1940.

Definições

Primeira regra de paridade

A primeira regra sustenta que uma molécula de DNA de fita dupla, globalmente, tem igualdade de pares de bases percentuais: % A =%T e % G =%C. A validação rigorosa da regra constitui a base dos pares Watson-Crick no modelo de dupla hélice do DNA.

Segunda regra de paridade

A segunda regra sustenta que % A ≈%T e %G ≈% C são válidos para cada uma das duas fitas de DNA.[3] Isso descreve apenas uma característica global da composição de base em uma única fita de DNA.[4]

Pesquisa

A segunda regra de paridade foi descoberta em 1968.[3] Ela afirma que, no DNA de fita simples, o número de unidades de adenina é aproximadamente igual ao da timina (%A ≈ %T), e o número de unidades de citosina é aproximadamente igual ao da guanina (%C ≈ %G).

A primeira generalização empírica da segunda regra de paridade de Chargaff, chamada de Princípio de Simetria, foi proposta por Vinayakumar V. Prabhu[5] em 1993. Este princípio afirma que, para qualquer oligonucleotídeo, sua frequência é aproximadamente igual à frequência de seu oligonucleotídeo reverso complementar. Uma generalização teórica[6] foi derivada matematicamente por Michel E. B. Yamagishi e Roberto H. Herai em 2011.[7]

Em 2006, foi demonstrado que essa regra se aplica a quatro[2] dos cinco tipos de genomas de fita dupla; especificamente, ela se aplica aos cromossomos eucarióticos, aos cromossomos bacterianos, aos genomas virais de DNA de fita dupla e aos cromossomos arqueanos.[8] Não se aplica a genomas organelares (mitocôndrias e plastídios) menores que ~ 20-30 kbp, nem se aplica a genomas de DNA de fita simples (viral) ou a qualquer tipo de genoma de RNA. A base para esta regra ainda está sob investigação, embora o tamanho do genoma possa desempenhar um papel.

Histograma mostrando como 20309 cromossomos aderem à segunda regra de paridade de Chargaff

Proporções relativas (%) de bases de DNA

A seguinte é uma amostra representativa dos dados de Erwin Chargaff em 1952, listando a composição de DNA de vários organismos:[9]

Organismo%A%G%C%TA/TG/C%GC%AT
Phi-X17424,023,321,531,20,771,0844,855,2
Milho26,822,823,227,20,990,9846,154,0
Polvo33,217,617,631,01,051,0035,264,8
Pollo28,022,021,628,40,991,0243,756,4
Rato28,621,420,528,41,011,0042,957,0
Humano29,320,720,030,00,981,0440,759,3
Echinoidea32,817,717,332,11,021,0235,064,9
Trigo27,322,722,827,11,011,0045,554,4
Levedura31,318.717.132.90.951.0935.864,4
E. coli24,726,025,723,61,051,0151,748,3

Referências
  1. Elson D, Chargaff E (1952). «On the deoxyribonucleic acid content of sea urchin gametes». Experientia. 8 (4): 143–145. PMID 14945441. doi:10.1007/BF02170221
  2. Chargaff E, Lipshitz R, Green C (1952). «Composition of the deoxypentose nucleic acids of four genera of sea-urchin». J Biol Chem. 195 (1): 155–160. PMID 14938364. doi:10.1016/S0021-9258(19)50884-5Acessível livremente
  3. Rudner, R; JD; Chargaff, E (1968). «Separation of B. Subtilis DNA into complementary strands. 3. Direct analysis». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 60 (3): 921–2. Bibcode:1968PpAS...60..921R. PMC 225140Acessível livremente. PMID 4970114. doi:10.1073/pnas.60.3.921Acessível livremente
  4. Prabhu VV (1993). «Symmetry observation in long nucleotide sequences». Nucleic Acids Research. 21 (12): 2797–2800. PMC 309655Acessível livremente. PMID 8332488. doi:10.1093/nar/21.12.2797
  5. Yamagishi MEB (2017). Mathematical Grammar of Biology. Col: SpringerBriefs in Mathematics. [S.l.]: Springer. ISBN 978-3-319-62688-8. arXiv:1112.1528Acessível livremente. doi:10.1007/978-3-319-62689-5
  6. Yamagishi MEB, Herai RH (2011). Chargaff's "Grammar of Biology": New Fractal-like Rules. Col: SpringerBriefs in Mathematics. [S.l.: s.n.] ISBN 978-3-319-62688-8. arXiv:1112.1528Acessível livremente. doi:10.1007/978-3-319-62689-5
  7. Mitchell D, Bridge R (2006). «A test of Chargaff's second rule». Biochem Biophys Res Commun. 340 (1): 90–94. PMID 16364245. doi:10.1016/j.bbrc.2005.11.160
  8. Bansal M (2003). «Estructura del ADN» (PDF). Current Science. 85 (11): 1556–1563
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