Ácido desoxirribonucleico (ADN, em português: ácido desoxirribonucleico; ou DNA, em inglês: deoxyribonucleic acid) é um polímero composto por duas cadeias polinucleotídicas que se enrolam umas sobre as outras para formar uma dupla hélice. O polímero carrega instruções genéticas para o desenvolvimento, funcionamento, crescimento e reprodução de todos os organismos conhecidos e muitos vírus. O ADN e o ácido ribonucleico (RNA) são ácidos nucleicos. Ao lado de proteínas, lipídios e carboidratos complexos (polissacarídeos), os ácidos nucléicos são um dos quatro principais tipos de macromoléculas essenciais para todas as formas de vida conhecidas.
É um composto orgânico cujas moléculas contêm as instruções genéticas que coordenam o desenvolvimento e funcionamento de todos os seres vivos e alguns vírus, e que transmitem as características hereditárias de cada ser vivo. A sua principal função é armazenar as informações necessárias para a construção das proteínas de ARNs. Os segmentos de ADN que contêm a informação genética são denominados genes. O restante da sequência de ADN tem importância estrutural ou está envolvido na regulação do uso da informação genética.
A estrutura da molécula de ADN foi originalmente descoberta por Rosalind Franklin. No entanto, o Prémio Nobel de Fisiologia ou Medicina de 1962 foi entregue ao norte-americano James Watson e ao britânico Francis Crick, que se inspiraram em Franklin e demonstraram o funcionamento e a estrutura em dupla hélice do ADN em 7 de Março de 1953, juntamente com Maurice Wilkins.
Do ponto de vista químico, o ADN é um longo polímero de unidades simples (monômeros) de nucleotídeos, cuja cadeia principal é formada por moléculas de açúcares e fosfato intercalados unidos por ligações fosfodiéster. Ligada à molécula de açúcar está uma de quatro bases nitrogenadas mantidas juntas por forças hidrofóbicas. A sequência de bases ao longo da molécula de ADN constitui a informação genética. A leitura destas sequências é feita por intermédio do código genético, que especifica a sequência linear dos aminoácidos das proteínas. A tradução é feita por um ARN mensageiro que copia parte da cadeia de ADN por um processo chamado transcrição e posteriormente a informação contida neste é "traduzida" em proteínas pela tradução. Embora a maioria do ARN produzido seja usado na síntese de proteínas, algum ARN tem função estrutural, como por exemplo o ARN ribossômico, que faz parte da constituição dos ribossomos.
Dentro da célula, o ADN pode ser observado numa estrutura chamada cromossoma durante a metáfase. O conjunto de cromossomas de uma célula forma o cariótipo. Antes da divisão celular os cromossomas são duplicados por meio de um processo chamado replicação. Eucariontes como animais, plantas, fungos e protozoários têm o seu ADN dentro do núcleo enquanto procariontes como as bactérias o têm disperso no citoplasma. Dentro dos cromossomas, proteínas da cromatina como as histonas compactam e organizam o ADN. Estas estruturas compactas guiam as interacções entre o ADN e outras proteínas, ajudando a controlar que partes do ADN são transcritas.
Propriedades físicas e químicas
O ADN é um longo polímero formado por unidades repetidas chamadas nucleotídeos.
A cadeia de ADN tem 2,2 a 2,4 nanómetros de largura, e um nucleotídeo possui aproximadamente 0,33 nanómetros de comprimento. Embora os monômeros (nucleotídeos) que constituem o ADN sejam muito pequenos, os polímeros de ADN podem ser moléculas enormes, com milhões de nucleotídeos. Por exemplo, o maior cromossomo humano (cromossomo 1), possui 220 milhões de pares de bases de comprimento. Uma molécula de ADN do ser humano possui aproximadamente dois metros de comprimento, encapsulada em um núcleo celular de 6 µm, o equivalente a acomodar uma linha de 40 km de comprimento em uma bola de tênis.
Em organismos vivos, o ADN não existe como uma molécula única (cadeia simples), mas sim como um par de moléculas firmemente associadas. As duas longas cadeias de ADN enrolam-se como uma trepadeira formando uma dupla hélice. Os nucleotídeos estão presentes em ambas as cadeias da dupla hélice, unidos com nucleótidos da mesma cadeia por ligações fosfodiéster e à cadeia complementar por meio de pontes de hidrogénio formadas pelas suas bases. Em geral, uma base ligada a um açúcar é chamada nucleosídeo e uma base ligada a um açúcar e um ou mais fosfatos é chamada nucleotídeo. Portanto, o ADN pode ser referido como um polinucleotídeo.
A cadeia principal do ADN é formada por fosfato e resíduos de açúcar, dispostos alternadamente. O açúcar no ADN é 2-desoxirribose, uma pentose (açúcar com cinco carbonos). Os açúcares são unidos por grupos fosfato que formam ligações fosfodiester entre o terceiro e quinto átomos de carbono dos anéis de açúcar adjacentes. Estas ligações assimétricas significam que uma cadeia de ADN tem uma direção. Numa dupla hélice, a direção dos nucleotídeos de uma cadeia é oposta à direção dos nucleotídeos da outra cadeia. O formato das cadeia do ADN é designado antiparalelo. As terminações assimétricas das cadeias de ADN são designadas terminais 5' (cinco linha) e 3' (três linha). Uma das diferenças principais entre o ADN e o ARN encontra-se no açúcar, com a substituição da 2-desoxirribose no ADN pela ribose no ARN.
A dupla hélice do ADN é estabilizada por pontes de hidrogênio entre as bases presas às duas cadeias. As quatro bases encontradas no ADN são a adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T). Estas quatro bases ligam-se ao açúcar/fosfato para formar o nucleotídeo completo.
Estas bases são classificadas em dois tipos; a adenina e guanina são compostos heterocíclicos chamados purinas, enquanto a citosina e timina são pirimidinas. Uma quinta base (uma pirimidina) chamada uracila (U) aparece no ARN e substitui a timina, a uracila difere da timina pela falta de um grupo de metila no seu anel. A uracila normalmente não está presente no ADN, só ocorrendo como um produto da decomposição da citosina. Exceções para esta regra são os fagos AR9, 3NT, I10, bem como o PBS1 (muito utilizado em pesquisas), que contém uracila no seu ADN, em vez de timina.
Cada tipo de base numa cadeia forma uma ligação com apenas um tipo de base na outra cadeia. Este comportamento é designado de complementariedade de bases. Assim, as purinas formam pontes de hidrogênio com pirimidinas, i.e. A liga-se com T e C com G. Este arranjo de dois nucleotídeos complementares na dupla hélice é chamado par de bases. Além das pontes de hidrogênio entre as bases, as duas cadeias são mantidas juntas devido a forças geradas por interações hidrofóbicas entre as bases empilhadas, a qual não é influenciada pela sequência do ADN. Como as pontes de hidrogênio não são ligações covalentes, podem ser quebradas e reunidas com relativa facilidade. Desta forma, as duas fitas da dupla hélice de ADN podem ser separadas como um zíper (fecho de correr) por força mecânica ou altas temperaturas. Como resultado desta complementariedade, toda a informação contida numa das cadeias de ADN está também contida na outra, o que é fundamental para a replicação do ADN.
Os dois tipos de pares de base formam diferentes números de pontes de hidrogênio: AT forma duas pontes de hidrogênio enquanto GC formam três pontes de hidrogênio. Desta forma a interação entre GC é mais forte que AT. Como resultado, a percentagem de GC numa dupla fita de ADN determina a força de interação entre as duas cadeias. Uma parte da dupla cadeia de ADN que precisa de ser separada facilmente, tal como a TATAAT Caixa de Pribnow nos promotores bacterianos, tende a ter sequências com maior predomínio de AT, para facilitar a abertura da dupla cadeia aquando da transcrição. No laboratório, a força desta interacção pode ser medida encontrando a temperatura necessária para quebrar as pontes de hidrogénio, a temperatura de desnaturação (também chamado Tm). Quando todos os pares de base numa dupla hélice de ADN quebram as suas ligações, as duas cadeias separam-se e existem em solução como duas moléculas completamente independentes. Estas moléculas de ADN de cadeia simples não têm uma única forma comum, mas algumas conformações são mais estáveis do que outras.