Aula 7 - Nucleic acids

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LOT2004 - BIOQUÍMICA
Prof. Anuj Kumar
anuj10@usp.br
UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA 
10/05/2023
		
	Aula 7: Ácidos Nucleicos
	Classes de biomoléculas
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			Contéudo
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“ Ácidos nucleicos”
O que é ácido nucleico?
Nucleotídeos
Nucleosídeos
Desnaturação do DNA
Estrutura do RNA
Transferência de informação biológica
Ácidos nucleico
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O que é ácido nucleico?
Os ácidos nucléicos são os biopolímeros, essenciais para todas as formas de vida conhecidas.
O termo ácido nucleico é o nome geral de DNA e RNA (Ácido desoxirribonucléico e ácido ribonucléico).
Ácidos nucleicos são compostos de nucleotídeos.
Ácidos nucleicos funcionam para criar, codificar e armazenar informações de todas as células vivas.
Eles funcionam para transmitir e expressar essas informações dentro e fora do núcleo celular.
Ácidos nucleico
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Ácidos nucleicos
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Adenina, timina, citosina, guanina
Adenina, uracila, citosina, guanina
Macromoléculas formadas por nucleotídeos
Nucleotídeos
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Nucleotídeos = Açucar + fosfato + Base nitrogenada
Ácidos nucleicos
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Unidades monoméricas: nucleotídeos
Fosfato, açúcar e base nitrogenada: unidos por ligação covalente (joint by covalent bond)
São polinucleotídeos
A ordem das bases nitrogenadas nos ácidos nucleicos do DNA contém a informação necessária para produzir a sequência correta de aminoácidos nas proteínas celulares
Bases púricas e pirimídicas: 
Referência às moléculas de purina e pirimidina 
pirimidina
purina
Ácidos nucleicos
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Púricas e pirimídicas
Bases nitrogenadas
pirimidina
purina
bases 
púricas
bases 
pirimídicas
citosina
timina
uracila
adenina
guanina
DNA
RNA
Purines consist of a six-membered and a five-membered nitrogen-containing ring, fused together. Pyridmidines have only a six-membered nitrogen-containing ring.
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Ácidos nucleicos
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Unidades de açúcar + base nitrogenada: unidas por ligação glicosídica
Nucleosídeos = açucar + base nitrogenada
Fosfato
Açúcar
Base nitrogenada
NUCLEOSÍDEO
NUCLEOTÍDEO
β-D-ribose
β-D-desoxirribose
ACÚCAR
Ribonucleosídeo
Desoxirribonucleosídeo
Ácidos nucleicos
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Unidades de açúcar + base nitrogenada
Nucleosídeos
β-D-ribose
β-D-desoxirribose
Ribonucleosídeo
Desoxirribonucleosídeo
citidina
desoxiguanosina
citosina
guanina
Ácidos nucleicos
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Unidades de açúcar + base nitrogenada
Nucleosídeos
C1’ do açúcar
LIGAÇÃO N-GLICOSÍDICA
N1 de bases pirimídicas
N9 de bases púricas
Ácido fosfórico esterificado a um dos grupos hidroxila do açúcar de nucleosídeos
NUCLEOTÍDEOS
DNA
RNA
Ácidos nucleicos
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Nomenclatura: nome do nucleosídeo + sufixo “monofosfato”
Posição do éster fosfato indicada pelo número do átomo de carbono ligado à hidroxila que foi esterificada
Nucleotídeos
adenosina 3’-monofosfato
desoxicitidina 5’-monofosfato
nucleotídeos 5’ são 
naturalmente 
mais frequentes
desoxicitidina 5’-monofosfato
citidina 5’-monofosfato
DNA
RNA
Ácidos nucleicos
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Ligação entre monômeros envolve a formação de duas ligações éster pelo ácido fosfórico
Polimerização de nucleotídeos
“Os grupos hidroxila aos quais o ácido fosfórico está esterificado são aqueles ligados aos carbonos 3’ e 5’ de resíduos adjacentes” 
[The hydroxyl groups to which the phosphoric acid is esterified are those attached to the 3 'and 5' carbons of adjacent residues]
Ligação 3’,5’-fosfodiéster
Resíduo 5’ terminal
Resíduo 3’ terminal 
ordem de numeração dos resíduos de nucleotídeos
Ácidos nucleicos
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Polimerização de nucleotídeos
Ordem de numeração dos resíduos de nucleotídeos
Ácidos nucleicos
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Polimerização de nucleotídeos
Ordem de numeração dos resíduos de nucleotídeos
Ácidos nucleicos
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FRAGMENTO DE RNA
Repetição dos resíduos de açúcar e fosfato ao longo de toda cadeia
O que muda:
Identidade das BASES NITROGENADAS
ADENINA = A
CITOSINA = C
GUANINA = G
URACILA = U
NOTAÇÃO:
ACGU
Ácidos nucleicos
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FRAGMENTO DE DNA
ADENINA = A
CITOSINA = C
GUANINA = G
TIMINA = T
Repetição dos resíduos de açúcar e fosfato ao longo de toda cadeia
O que muda:
Identidade das BASES NITROGENADAS
NOTAÇÃO:
TGCA
Ácidos nucleicos
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A estrutura do DNA
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James Watson (25 anos) e Francis Crick (37 anos)
Prêmio Nobel Fisiologia/Medicina de 1962:
“Pela descoberta da estrutura do DNA”
1953:
Análises químicas e de difração de raios-X
quantidade de resíduos A 
=
quantidade de resíduos T 
quantidade de resíduos G 
=
quantidade de resíduos C 
J.D Watson & F.H.C. CRICK
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A estrutura do DNA
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Duas cadeias de polinucleotídeos envoltas uma na outra, formando uma hélice
sulco maior da 
dupla hélice 
(~ 22 Å) 
sulco menor da 
dupla hélice 
(~ 12 Å) 
extensão de
uma volta completa
(34 Å) 
10 pares de bases nitrogenadas
diâmetro (~ 20 Å) 
as duas
fitas são
antiparalelas
Sulcos (Grooves): 
espaços onde fármacos ou proteínas podem se associar ao DNA
pH fisiológico: 
grupos fosfato carregados negativamente; associação com íons carregados positivamente (Na+, Mg2+)
A estrutura do DNA
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Ligações hidrogênio perpendiculares entre bases nitrogenadas em cadeias opostas
sulco maior da 
dupla hélice 
(~ 22 Å) 
sulco menor da 
dupla hélice 
(~ 12 Å) 
extensão de
uma volta completa
(34 Å)
10 pares de bases nitrogenadas 
diâmetro (~ 20 Å) 
as duas
fitas são
antiparalelas
A estrutura do DNA
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CADEIAS 
ANTIPARALELAS
5’
3’
5’
3’
sulco maior da 
dupla hélice 
(~ 22 Å) 
sulco menor da 
dupla hélice 
(~ 12 Å) 
extensão de
uma volta completa
(34 Å)
10 pares de bases nitrogenadas 
diâmetro (~ 20 Å) 
as duas
fitas são
antiparalelas
LIGAÇÕES HIDROGÊNIO PERPENDICULARES AO EIXO
Ácidos nucleicos
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Ácidos nucleicos
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Estruturas primária, secundária, terciária e quaternária
Níveis estruturais
Ordem das bases nitrogenadas
Conformação tridimensional da cadeia macromolecular
Enovelamento (folding) da cadeia macromolecular
Interação dos ácidos nucleicos com outras moléculas
Primary structure consists of a linear sequence of nucleotides that are linked together by phosphodiester bond. 
Secondary structure is the set of interactions between bases
.
locations of the atoms in three-dimensional space, taking into consideration geometrical and steric constraints.
Higher level of organization and complex, chromatin, linked with histone protein
Estrutura do DNA- Diferentes Formas
 
 
 Forma (DNA-B)
Forma mais estável (padrão) : 10,5 bases por volta 
 Forma A (DNA-A)
Variante da forma B pela redução da umidade relativa em 75%: 11 pares de bases por volta
 Forma Z (DNA-Z)
Rotação para a esquerda: 12 pares de base por volta 
A ocorrência de DNA A em células é duvidosa mais a ocorrência do DNA Z já foi observada em células de Procarioto e Eucarioto. Pode ter relação com a Expressão de Genes 
Rotação p/ direita
Rotação p/ esquerda
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Forma A
Forma B
Forma Z
Diferentes formas de DNA
A estrutura do DNA/RNA
No DNA:
A adenina está ligada à timina com duas ligações de hidrogênio
A guanina está ligada à citosina com três ligações de hidrogênio
No RNA:
A adenina está ligada ao Uracil com duas ligações de hidrogênio
A guanina está ligada à citosina com três ligações de hidrogênio
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DNA vs RNA
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Propriedades dos Ácidos Nucleicos 
 
 Formas Tautoméricas das Bases Nitrogenadas
 
Tautômeros são isômeros de um composto que diferem apenas na posição dos prótons e elétrons. O esqueleto de carbono do composto permanece inalterado. Uma reação que envolve a transferência simples de prótons de maneira intramolecular é chamada de tautomerismo.
(Tautomeria is the particular case of functional isomerism in which the two isomers are in dynamic chemical equilibrium).
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Mutagênese
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Propriedades dos Ácidos Nucleicos 
Timina
Adenina
Timina
Guanina
Formas Tautoméricas - Fonte de Mutações
Outras fontes de mutações 
 
 Deaminação
 
A reação que cliva a base do nucleotídeo ocorre em maior frequência nas purinas do que nas pirimidinas. 
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Outras fontes de mutações 
 
 Depurinação: Sítio AP (apurinicsítio) β-N-glycosidic bond is hydrolytically cleaved
 
A reação que cliva a base do nucleotídeo ocorre em maior frequência nas purinas do que nas pirimidinas. 
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Outras fontes de mutações 
 Radiação UV – Dímeros de Timina 
Ultraviolet light is absorbed by a double bond in thymine and cytosine bases in DNA. This added energy opens up the bond and allows it to react with a neighboring base
A luz ultravioleta é absorvida por uma ligação dupla em bases timina e citosina no DNA. Essa energia adicionada abre a ligação e permite que ela reaja com uma base vizinha
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Mutagenêse
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Desnaturação do DNA
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Ligações hidrogênio entre bases nitrogenadas
Estabilizam a dupla hélice (mantêm as cadeias de polinucleotídeos em suas posições corretas)
DESNATURAÇÃO
Temperatura suficiente para romper as ligações hidrogênio
Desnaturação do DNA
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Determinação experimental
Aumento da absorbância em 260 nm (efeito hipercrômico) 
Quando a fita dupla do DNA é convertida em fita simples, há um aumento no valor de absorbância em ~ 260 nm
Absorbância
Temperatura
70
80
90
100
Máximo de hipercromicidade: fita de DNA totalmente dissociada
Quanto mais ligações GC (3 ligações hidrogênio), maior a temperatura de desnaturação da fita
Melting Temperature (Temperatura de fusão)
The Temperature of Melting (Tm) is defined as the temperature at which 50% of double stranded DNA is changed to single-standard DNA. The higher the melting temperature the greater the guanine-cytosine (GC) content of the DNA.
(A temperatura de fusão (Tm) é definida como a temperatura na qual 50% do DNA de fita dupla é alterado para DNA de padrão único. Quanto mais alta a temperatura de fusão, maior o conteúdo de guanina-citosina (GC) do DNA).
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Ácidos Nucleicos podem ser Desnaturados 
 Rompimento das pontes de hidrogênio entre as bases. Depende da composição de bases do DNA 
 Condições de Temperatura e pH
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Ácidos Nucleicos podem Renaturar 
 Propriedade de Hibridização do DNA de diferentes fontes
 Baseado na complementaridade
 Espécies próximas mais extensa é a hibridização de suas moléculas de DNA.
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			 Tipos de RNA 
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		 Funções de RNA
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RNA mensageiro
RNA ribosomal
RNA de transferência
RNA mensageiro: instruções transportadas para a síntese de polipeptídeos do núcleo aos ribossomos no citoplasma.
RNA ribossômico: constitui duas subunidades ribossômicas
Transferir RNA: transporta aminoácidos para o ribossomo e os associa à mensagem codificada do mRNA.
 O Dogma Central
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Síntese proteíca 
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Processos fundamentais para a transferência de informações nas células
tradução
transcrição
DNA
RNA
Proteína
duplicação
Transferência de informação biológica
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Replicação, Transcrição e Tradução são os três principais processos usados por todas as células para manter suas informações genéticas e converter as informações genéticas codificadas no DNA em produtos genéticos, que são RNAs ou proteínas, dependendo do gene.
			 Ribossomo
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			 Sumário
Então, aula de hoje, estudamos a seguir sobre ácidos nucleicos:
O que é ácido nucleico?
Nucleotídeos
Nucleosídeos
Desnaturação do DNA
Transferência de informação biológica
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			 Prova 1
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Informações importante:
Na próxima aula, a primeira prova será realizado a próxima quarta-feira, 17 de maio. Então, cada aluno deve participar.
Na primeira prova, serão feitas perguntas das matérias ensinadas nas aulas 1 a 7.
O tempo para escrever as respostas é de 3 horas (19:00 às 22:00).
A resposta de cada questão deve ser escrita a caneta e/ou lapis com as mãos. Não serão aceitos textos ou preparação de figuras digitados pelo computador ou celular.
Durante na prova, é proibido o uso de celular ou itens eletrônicos como computador, laptop, ou notepad. Por favor, desliguem seus celulares durante a prova
Muitos alunos não enviaram ainda suas listas de exercícios. Por favor, carregue-os. A resposta a cada exercício é obrigatória para todos os alunos.
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