Por que a dupla hélice do DNA sempre gira no sentido horário?

Douglas Alberto Ferraz de Campos Filho

Por que o DNA gira para a direita? A lógica estrutural da dupla hélice da vida

Desde sua descrição em 1953 por James Watson e Francis Crick, a estrutura do DNA tornou-se um dos ícones da ciência moderna. A famosa dupla hélice, base da hereditariedade em praticamente todos os seres vivos, apresenta uma característica curiosa: sua forma mais comum na natureza, conhecida como B-DNA, gira da esquerda para a direita, ou seja, é dextrógira. Essa orientação não é aleatória, mas resultado de fatores químicos, físicos e evolutivos profundamente interligados.

A quiralidade como ponto de partida

Um dos principais motivos para a hélice do DNA girar para a direita está na quiralidade de seus componentes moleculares. O DNA é formado a partir da D-desoxirribose, um açúcar quiral cuja configuração espacial impõe restrições geométricas às ligações químicas subsequentes. Estudos de estereoquímica molecular demonstram que, quando nucleotídeos construídos com açúcares da série D se polimerizam, a conformação helicoidal dextrógira apresenta menor impedimento estérico, ou seja, reduz colisões desfavoráveis entre átomos, tornando a estrutura energeticamente mais estável.

Esse princípio é amplamente discutido na bioquímica estrutural, que mostra como pequenas assimetrias moleculares podem determinar a organização tridimensional de macromoléculas inteiras.

Empilhamento das bases e estabilidade energética

Outro fator decisivo é o empilhamento das bases nitrogenadas – adenina, timina, citosina e guanina. No B-DNA, a hélice dextrógira favorece interações hidrofóbicas e forças de van der Waals entre as bases, que se organizam como “degraus” internos da escada helicoidal. Esse empilhamento eficiente contribui significativamente para a estabilidade termodinâmica do DNA, especialmente em meio aquoso, condição predominante nos sistemas biológicos.

Pesquisas em biofísica molecular indicam que a estabilidade do DNA depende mais dessas interações de empilhamento do que das próprias ligações de hidrogênio entre pares de bases.

A geometria do esqueleto açúcar-fosfato

A cadeia principal do DNA, formada por açúcares e grupos fosfato, também impõe limitações geométricas. Os ângulos de ligação e rotações possíveis ao longo do esqueleto molecular favorecem naturalmente uma torção para a direita. Modelos computacionais e análises cristalográficas mostram que tentar forçar essa cadeia a formar uma hélice sinistrógira, mantendo os mesmos componentes, resulta em maior tensão estrutural e menor estabilidade.

Assim, a hélice dextrógira representa um mínimo energético, conceito central da química física e da biologia estrutural.

Evolução e ancestralidade comum

Além dos fatores físico-químicos, a biologia evolutiva oferece uma explicação complementar. Todos os organismos vivos conhecidos compartilham um ancestral comum que já utilizava DNA dextrógiro. Como essa configuração mostrou-se altamente eficiente para processos essenciais – como replicação, transcrição e reparo – não houve pressão seletiva significativa para substituí-la.

As chamadas máquinas moleculares da célula, como DNA polimerases e helicases, evoluíram especificamente para interagir com essa geometria. Uma mudança generalizada para uma hélice sinistrógira exigiria a reorganização completa desses sistemas, o que tornaria tal transição evolutivamente improvável.

Exceções que confirmam a regra: o caso do Z-DNA

Embora raro, existe o Z-DNA, uma forma helicoidal que gira para a esquerda. Essa conformação ocorre em condições específicas, como alta concentração salina ou determinadas sequências ricas em citosina e guanina. Estudos sugerem que o Z-DNA pode desempenhar papéis regulatórios na expressão gênica, mas ele representa uma exceção funcional, não o padrão estrutural dominante.

Uma solução elegante da natureza

A predominância do DNA dextrógiro não é fruto do acaso, mas o resultado de uma convergência entre química, física e evolução. A hélice à direita oferece a melhor combinação entre estabilidade, eficiência funcional e compatibilidade com os sistemas celulares, ilustrando como leis fundamentais da matéria moldam a própria base da vida.

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Douglas Alberto Ferraz de Campos Filho, médico piracicabano, especialista em pneumologia, tisiologia e em terapia intensiva