3 Nucleotídeos, Ácidos Nucleicos e Organização do Material Genético

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Nucleotídeos, Ácidos Nucleicos e
Organização do material genético
DISCIPLINA:BASES MOLECULARES DOS SISTEMAS ORGÂNICOS
PROFª DENISE CASTRO PARENTE
http://learn.genetics.utah.edu/content/basics/dna
CARACTERÍSTICAS IMPORTANTES DO DNA
A informação genética do DNA é transportado pela seqüência dos seus nucleotídeos;
O material genético precisa se replicar de forma confiável;
O material genético precisa ter a capacidade de se variar; 
- diferentes espécies e membros de uma mesma espécie
As amostras de DNA isoladas de diferentes tecidos de uma mesma espécie tem a 
mesma composição de bases
Fluxo da Informação Genética
Polipeptídeo
O DNA é o material genético em todos os organismos exceto em 
alguns vírus (vírus de RNA- ex:mosaico do tabaco)
AS ESTRUTURAS DO DNA E DO RNA
Análise da estrutura do DNA em 3 níveis de complexidade:
•Composição do nucleotídeo;
A ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA 
• Cadeia de nucleotídeos unidos
A ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA :
COMPONENTES DO NUCLEOTÍDEO
1-Um grupo fosfato
2-Um açúcar (pentose)
3- Uma base nitrogenada: compostos 
fracamente básicos(bases)
A e G são bases com dois anéis: PURINAS
C, T e U são bases com um anel: PIRIMIDINAS
Ligação 
glicosídica
Carga -
DNA
RNA
•O DNA é constituído por muitos 
nucleotídeos ligados por ligações 
covalente
• A hidroxila do C3’ faz um ataque 
nucleofílico ao fosfato alfa do novo 
nucleotídeo q vai ser adicionado e 
os outros fosfatos são liberados na 
forma de pirofosfato
• Só pode ser incorporado 
nucleotídeo trifosfatado
• Vários nucleotídeos ligados 
dessa forma constituem uma 
cadeia de POLINUCLEOTÍDIOS;
• Sentido 5’-3’
• Catalisado por DNA polimerase 
(DNA) RNA polimerase (RNA)
• Dupla-hélice;
•As ligações açúcar-fosfato estão no lado externo da hélice (esqueleto)
•Antiparalelas
•Ligação entre duas cadeias: PONTES DE HIDROGÊNIO (entre o grupo ceto e amino)
•Especificidade do pareamento A=T/ C=G
ESTRUTURA SECUNDÁRIA DO DNA: estrutura helicoidal
• As bases puricas e pirimídicas são hidrofóbicas e relativamente insolúveis 
em água perto do pH neutro da célula 
• Os pares de base são empilhados 
entre duas cadeias perpendiculares ao 
eixo da molécula(degraus de uma 
escada em caracol)- Cerne Hidrofóbico 
(apolar) devido ao anel aromático das 
bases
•O pareamento de bases é específico:
• A T
G C 
DNA ricos em GC tem ponto 
de fusão do que os ricos em 
AT
Todos os pares de base 
consistem em uma purina 
e uma pirimidina
• Os dois filamentos são 
COMPLEMENTARES 
Estrutura do DNA: Dupla hélice
• James Watson e Francis Crick – 1953
Deduziram a estrutura correta do DNA
BASEADAS EM DOIS TIPO PRINCIPAIS DE EVIDÊNCIAS:
-Dados químicos de Chargaff
"regra de Chargaff"
• T=A / C=G 
• Conc. de purina=conc. de Pirimidina
(existe uma inter-relação fixa)
- Padrões de difração de raios X (Rosalin Franklin): estrutura 
helicoidial e as bases estão perpendiculares ao eixo da 
molécula 
CONCLUSÃO DE WATSON E CRICK: O DNA tem uma CONCLUSÃO DE WATSON E CRICK: O DNA tem uma 
estrutura de dupla hélice com giro para direita
Estrutura do DNA: Dupla hélice
1- Se uma molécula de DNA de dupla fita tem 15% de timina, quais são as 
porcentagens das outras bases??
Adenina= 15%
Guanina =35%
Citosina=35%
2.
Estabilidade da molécula de DNA
• Pontes de hidrogênio – cerne hidrofóbico 
contribui para estabilidade das moléculas 
de DNA
•Ligações hidrofóbicas (forças de 
empilhamento) – As bases são 
relativamente insolúveis em água e tendem 
a se empilhar umas sobre as outras; No 
RNA- única fita devido a presença da 
hidroxila(atrai água)
•Ligações covalentes – unem os átomos, 
ligações fosfodiéster
• O papel do DNA como um repositório da informação 
genética depende em parte da sua estabilidade 
inerente.
• Processos como carcinogênese e o envelhecimento 
podem estar intimamente ligados ao acúmulo lento e 
irreversível de alterações no DNA.
Estrutura do DNA: Formas alternativas da 
dupla hélice
• DNA: não é uma molécula estática
• Alteram-se em função do seu ambiente
A B Z
B – 10 Å
 Forma clássica descrita por Watson e Crick e mais
abundante;
 Dupla-hélice gira para a direita;
 Conclui uma volta a cada 10pb (pares de base).
Obs: Em solução, geralmente o DNA assume a conformação B.
Quando há pouca água disponível ou em altas concentrações
de sais para interagir com a dupla hélice, o DNA assume a
conformação A.
DNA TIPO B
Sulco 
menor
Sulco 
maior
•Distância dos pares de 
base: 0,34nm
• 10 pares de base por giro 
de 360º
•Sulco menor e Sulco maior 
(Interação proteínas) 
A formação dos sulcos ocorre em 
função da ligação glicosídica entre a 
pentose e a base não estarem 
diretamente opostas na dupla-hélice;
-Importante na interação do DNA 
com proteínas que regulam a 
expressão gênica
DNA TIPO B
DNA TIPO A
 Dupla-hélice gira para a direita;
 Conclui uma volta a cada 11pb (pares de base);
 Apresenta estrutura mais curta e larga;
 Pouco provável essa conformação in vivo
DNA TIPO Z
 Dupla-hélice gira para a esquerda;
 Cadeia aparece na forma de zigue-zague;
 Apresenta estrutura mais longa e fina;
 Conclui uma volta a cada 12pb (pares de base);
 Em eucariotos o DNA tende a assumir a
conformação Z-DNA devido à metilação do DNA.
ESTRUTURAS ESPECIAIS PODEM SE FORMAR DO DNA E NO RNA
DNA PODEM FORMAR ESTRUTURAS SECUNDÁRIAS: H-DNA
•Uma base se pareia com outra base que 
está formando uma ponte de hidrogênio;
•Ocorre em longas sequências contendo 
apenas purinas(a/g) ou pirimidinas(c/t)
•Se degrada mais facilmente- maiores 
taxas de mutação
ESTRUTURAS ESPECIAIS PODEM SE FORMAR DO DNA E NO 
RNA
ESTRUTURAS ESPECIAIS PODEM SE FORMAR DO DNA E 
NO RNA
Metilação do DNA
Checagem dos conceitos
3 que aspectos da estrutura do DNA contribuem para a estabilidade da molécula? 
Por que o RNA é menos estável que o DNA?
-Dupla hélice
-Pontes de hidrogênio
--ligações fosfodiéster
-RNA: fita única, hidroxíla no 
carbono 2 torna o RNA menos 
estável e a a presença da 
hidroxila(atrai água)
ESTRUTURA DOS CROMOSSOMOS
Como comprimir a imensa quantidade de DNA nos limites da fronteira da célula?
*DNA humano: 6 bilhões de pares de base= 2 metros
-Dobrado e condensado= deixa o DNA inascecível, incapaz de ser copiado ou lido;
-O DNA funcional deve ser capaz de se expandir e se abrir.
SUMÁRIO
-Estrutura terciária: super enovelamento
-Estrutura dos cromossomos eucariotos
-Centrômeros e telômeros
SUPERENROLAMENTO
Enrolado
Super enrolado
•O DNA pode formar superenrolamento para a 
direita (negativo) ou para a esquerda (positivo). 
•A maior parte do DNA nas células apresenta o 
superenrolamento negativo- facilita a separação 
da dupla fita de DNA durante a replicação e 
transcrição
•Depende de topoisomerases
A ESTRUTURA DOS CROMOSSOMOS
EUCARIOTICOS
Nas células eucarióticas, enormes moléculas de DNA de fita dupla são empacotadas
em cromossomos;
•Para que o DNA se encaixe no núcleo, é necessário um enorme esforço, cuja a intensidade 
varia durante o ciclo celular;
•Interfase: cromossomos menos condensados
•Mitose e meiose: extremamente condensados
A ESTRUTURA DOS CROMOSSOMOS
EUCARIOTICOS
A estrutura terciária (cromossomo) não é estática-ela muda em resposta aos processos 
celulares
- Puffs cromossômicos: regiões da cromatina relaxada onde ocorre transcrição ativa
Fonte: Alberts., 2016
CROMATINA
•O DNA eucarioto está intimamente associado a proteínas –histonas (mais abundantes);
•Essa combinação é chamada de cromatina
•EUCROMATINA (menos condensada): muitos genes, replicado durante toda a fase S, 
transcrição frequente;
•HETEROCROMATINA: poucos genes, replicado na fase S tardia, transcrição rara
As histonas são proteínas que 
compactam o DNA nos cromossomos
Octâmero de 8 proteínas(duas cópias 
H2A, H2B, H3 e H4)
são responsáveis pelo primeiro nível 
fundamental de compactação à 
cromatina, o nucleossomo
Carga positiva (elevadaconcentração 
de arginina e lisina)- atrai as cargas 
negativas dos fosfatos de DNA
HISTONAS
Fonte: Alberts., 2016
NUCLEOSSOMO
• Cada nucleossomo é composto por 8 proteínas 
histonas- onde o DNA se enrola cerca de 2 vezes 
(cerca de 167pb)
•DNA ligador: entre os nucleossomos (30 a 40 pb)
- Onde se ligam as proteínas não histonas.
•Os nucleossomos se dobram para produzir uma 
fibra de 30 nm;
H1: Quinto tipo de histona
- Uma histona de ligação: auxilia
a manter os nucleossomos unidos em uma fibra de 
30 nm
•Que formam alças de 300nm;
•As fibras de 300nm são comprimidas e dobradas
Checagem dos conceitos
Mudanças na estrutura da cromatina
Embora o DNA precise estar compactado para caber no núcleo da célula, ele precisa ser desenrolado periodicamente 
para que ocorra replicação e transcrição.
Qual a natureza da alteração da estrutura da cromatina que produz puffs cromossômicos?
A enzima acetiltransferase
prende grupos acetil no AA lisina 
na calda das histonas, reduzindo 
a carga positiva desse AA , 
desestabilizando o nucleossomo
-Acetilação
-Metilação-sequências metiladas apresentam baixos níveis de transcrição
Os cromossomos eucariotos têm centrômeros e telômeros
Os cromossomos se separam na mitose e meiose e permanecem estáveis durante 
muitas divisões celulares devido a estruturas especiais dos cromossomos:
- Centrômeros e telômeros
Figura: Típico cromossomo mitótico
altamente compactado
Centrômero
-Local onde as fibras do fuso mitótico e meiótico se 
prendem- fundamental para o deslocamento correto dos 
cromossomos
-Rico em heterocromatina
-Tem uma histona diferente, CenH3, traz mudança ao na 
estrutura da cromatina e permite a fixação das fibras
mitose
Os cromossomos eucariotos têm centrômeros e telômeros
Telômeros:
• extremidades naturais de um cromossomo
•função é impedir o desgaste do material genético e manter a estabilidade estrutural do cromossoma.
•Apresentam sequências repetidas de TTAGGG, seguido por vários nucleotídeos de guanina(sobressai do 
cordão complementar)
•Proteínas especiais se ligam a fita única rica em G- protege da degradação e evita a união com a 
extremidade de outro cromossomo
Protuberância 3’= 50 a 500 
nucleotídeos
https://pt.wikipedia.org/wiki/Timina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Adenina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Guanina
O DNA eucarioto tem várias classes de variação de 
sequências
DNA de sequência única: ocorre 1 vez ou apenas algumas vezes no genoma
-1 cópia: 25 a 50% dos genes que codificam proteínas nas maioria dos eucariotos
-Família de genes- genes de sequência única em cópias semelhantes, mas não idênticas.
-Ex: B-globina (7 genes da globina nos seres humanos- cromossomo 11)
Os polipeptídeos codificados por esse gene se unem aos polopeptídeos da alfa-globina para aformar a 
hemoglobina
DNA moderadamente repetitivo:
150 a 300pb repetidas milhares de vezes (em tandem ou intercaladas)
Os genes para rRNA e para tRNA compõe o DNA repetitivo
DNA altamente repetitivo
Sequências curtas (10pb em tandem)
Localizadas especialmente nos telômeros e centrômeros
Rara transcrição
O DNA eucarioto tem várias classes de variação de 
sequências
 São processos importantíssimos para
a replicação, recombinação e
transcrição do material genético;
 Desnaturação: pontes de hidrogênio
entre as fitas complementares são
rompidas;
 Renaturação: inverso da
desnaturação.
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO