Nucleotídeos e ácidos nucleicos - Bioquímica aplicada à nutrição

Prévia do material em texto

Lauane Pereira
Nutrição - Universidade Federal da Bahia
Bioquímica aplicada à nutrição I
Nucleotídeos e ácidos nucleicos
Estrutura dos nucleotídeos
- base nitrogenada
- Pentose
- Grupo fosfato
Obs.: nucleosídeo: base nit + pentose
As bases e as pentoses são heterocíclicos
Bases nitrogenadas
- derivadas da pirimidina ou purina
- Bases púricas -> adenina e guanina
- Bases pirimidinas -> citosina, timina e
uracila
* é importante saber a numeração das bases
nitrogenadas pq os núcleos funcionais que
vão estar associados às bases nitrogenadas e
sempre vai ser descrito a numeração do
elemento que está ligado ao anel
-> a pirimidina começa com o nitrogênio de
baixo e vai no sentido horário
-> a purina começa com o nitrogênio da
esquerda e vai no sentido anti-horário
2
Nota que os hidrogênios da pirimidina saem
e o carbono se liga ao nitrogênio do outro
anel
-> as bases purinas apresentam a mesma
estrutura, só vai mudar os radicais
Ex.: a adenina tem um grupo amina no
carbono 6; a guanina tem um grupo
carbonila no carbono 6 é um grupo amina no
carbono 2
O detalhamento da numeração é importante
para compreensão de um nucleotídeo com
outro e tbm dos ácidos nucleicos
* as bases nitrogenadas quando não ligadas
se comportam como bases (de lewis) e como
elas possuem anéis aromáticos o
deslocamento dos elétrons entre um átomo e
outro do anel todas as ligações do anel vão
ter características de dupla ligação, e isso vai
fazer com que elas se estruturem
tridimensionalmente como anéis planares
que são perpendiculares e paralelos uns aos
outros.
- livres são compostos fracamente básicos
- Bases do DNA e RNA são aromáticas:
* ligações do anel com caráter de
ligação dupla
* apresentam uma estrutura planar
- absorvem luz UV 250-270 nm
- Hidrofóbicas e insolúveis em água em pH
7
Pentoses
- define a identidade do ácido nucleico
- DNA -> 2’ desóxi- D- ribose
- RNA -> D- ribose
- Ambas estão na forma beta-furanose
3
Obs.: nas pentoses dos nucleotídeos os
carbonos recebem o apóstrofo (‘) para
diferenciar dos átomos numerados das bases
nitrogenadas
Obs.: são as pentoses que vão diferenciar se
é DNA ou rna, pq pode acontecer de
encontrar uma timina no RNA e uma uracila
no DNA. Isso é pós transcrição
Grupo fosfato
- confere ao ácido nucleico carga elétrica
negativa:
* ligação com proteínas básicas, como
histonas
Estrutura dos nucleotídeos
- bases nitrogenadas estão ligadas à pentose
- Base unida ao açúcar por uma ligação
N-beta-glicosidica ao C-1 da glicose:
* base puríca-> N-9
* base pirimidica -> N-1
- grupo fosfato está ligado à pentose
- Grupo pentose unido ao açúcar por uma
ligação fosfodiéster:
* substituição da OH do C-5
Nomenclatura
Purinas= sina (nucleosídeo) ato
(nucleotídeo)
4
Pirimidinas= dina (nucleosídeo) ato
(nucleotídeo)
Nucleotídeos modificados
- DNA e rna contém algumas bases
secundárias
DNA:
- mais comuns -> bases principais metilaras
- Regulação ou proteção da informação
genética
RNA:
- principalmente em tRNAs
Obs.: quando o número da ligação está
elevado a algum expoente, significa que a
ligação está acontecendo com um átomo que
está fora do anel
Outras funções dos nucleotídeos
- moeda energética: ATP e ADP
Obs.: a ligação fosfoanidrido é mais
energética
- componentes estruturais de coenzimas
* NAD+ e FAD
* Coenzima A
- Segundos mensageiros
* cAMP
Ácidos nucleicos: níveis de organização
- a estrutura dos ácidos nucleicos pode ser
caracterizada em níveis de complexidade
hierárquicos
- Primário: sequência de nucleotídeos unidos
por ligações covalentes
- Secundário: qualquer estrutura regular e
estável formada por alguns ou todos os
nucleotídeos. (Dupla hélice de DNA,
grampos de rna)
- Terciário: enovelamento complexo de
cadeias polinucleotídicas (cromossomos)
5
- nucleotídeos consecutivos são ligados por
“pontes” de grupos fosfato
* grupo 3’- hidroxila de um nucleotídeo
liga-se ao grupo 5’-fosfato do nucleotídeo
seguinte
* forma-se a ligação fosfodiéster
- extremidade 5’ -> grupo fosfato livre
- Extremidade 3’ -> grupo hidroxila livre no
carbono 3
Obs.: a sequência de uma fita simples de
ácido nucleico é sempre escrita com a sua
extremidade 5’ à esquerda e com a
extremidade 3’ à direita- isto é, na direção 5’
para 3’.
- o esqueleto covalente dos ácidos nucleicos
consiste em fosfatos e resíduos de pentose
alternados
- Bases nitrogenadas ficam como grupos
laterais ligadas ao esqueleto
- Todos os nucleotídeos tem a mesma
orientação relativa
Oligononucleotideo= até 50 nucleotídeos
Polinucleotídeo= mais de 50
* empilhamento de bases nitrogenadas
- posicionar-se com os planos de Deus anéis
em paralelo
- Minimiza o contato com água
- Interações de van der waals e hidrofóbicas
Obs.: importante para estabilização da
estrutura tridimensional dos ácidos nucleicos
* A presença de grupos funcionais nas bases
nitrogenadas proporcionam a ligação de
hidrogênio.
- Anéis nitrogenados
- Grupos carbonila
- Grupos amina
* padrões mais comuns de ligações de
hidrogênio
- A e T (U)
- G e C
A adenina e timina só fazem duas ligações
pq elas só tem dois grupos funcionais
6
Ácido desoxirribonucleico DNA
Erwin Chargaff e col.
- bases nucleotidicas são encontradas em
proporções diferentes nos DNA de
organismos diferentes
- Quantidade de certas bases se
relacionavam
- Chave para estabelecer a estrutura
tridimensional do DNA e a forma como a
informação genética era codificada e
transmitida
-> qual o modelo tridimensional do DNA?
Estrutura secundária do DNA
-> pq ele é ácido? Devido ao seu esqueleto
covalente, pq o fosfato tem um oxigênio e
esse oxigênio tá ligado ao hidrogênio, e
quando existe uma interação com a proteína,
ele perde esse hidrogênio para interagir
* duas cadeias polinucleotidicas helicoidais
enroladas em torno do mesmo eixo: dupla
hélice de orientação à direita
* Esqueleto hidrofílico de grupos fosfato e
ribose alternados no lado de fora da dupla
hélice (hidroxila da ribose e a carga negativa
do fosfato que podem interagir e fazer
ligações de hidrogênio)
* Bases puricas e pirimidinas empilhadas
dentro da dupla hélice: anéis
perpendiculares ao eixo longitudinal
* O pareamento das duas fitas de DNA cria
2 cavidades (sulcos): 10,5 pares de base a
cada volta. Sulco maior e sulco menor
* Cavidade maior:
- sulco primário/principal
- bases + expostas ao meio
- interação com outras moléculas
* cada base nucleotídica de uma fita está
pateada no mesmo plano com a base da
outra fita
7
* As fitas da dupla hélice são antiparalelas
* As fitas são diferentes na composição e
sequência de bases nucleotídicas pq elas são
complementares. É esse pareamento
específico que permite a duplicação da
informação genética
* A dupla hélice é mantida por:
- ligações de hidrogênio entre pares de
bases completamentares
- Interações de empilhamento de bases
- Interações entre grupos fosfato e cations
* molécula extremamente flexível
* Muitas variações encontradas no DNA
celular
* Variações não afetam propriedades-chave:
- complementariedade da cadeia
8
- Cadeias antiparalelas
- Pareamento específico entre bases
* mudança-> interação DNA- proteínas
Forma B do DNA
* Estrutura proposta por Watson e Crick:
- Dupla hélice à direita
- 10,5 pares de bases por volta
- pares de bases perpendiculares ao eixo
* Mais estável em condições fisiológicas
* Forma mais abundantes encontrada nas
células
Forma A do DNA
* conformação predominante na
cristalização do DNA
* Molécula encurta-se e engrossa
* Dupla hélice à direita:
- 11 pares de bases por volta
- Sulco maior e mais profundo
- Sulco menor mais superficial
* pares de base não estão perpendiculares ao
eixo da hélice
Forma Z do DNA
* molécula mais delgada e alongada
* Dupla-hélice à esquerda:
- 12 pares de base por volta
* esqueleto de DNA com aparência de
zigue-zague
* Sulco maior pouco aparente
* Sulco menor estreito e profundo
9
* Encontrada em alguns trechos de células
(existem suposições de que ela atua na parte
de regulação)
-> DESNATURAÇÃO* rompimento das ligações de hidrogênio
entre as cadeias complementares
* Dupla hélice transforma-se em duas
cadeias simples total ou parcialmente
separadas
- importante para processos biológicos como
replicação, transcrição genica
-> renaturacao: processo inverso -> retorno
da dupla-hélice
Obs.: o RNA não se estrutura apenas em fita
simples
-> agentes desnaturantes:
* temperatura= temperatura elevada,
aumento da energia cinética
* PH= condições alcalinas ou ácidas,
formação de grupos carregados
* Presença de agentes desnaturantes=
formamida e DMSO -> formação de grupos
carregados
* bases nitrogenadas absorvem luz UV
* Diferença na absorção de luz UV:
- maior em nucleotídeos livres do que em
ácidos nucleicos
- Absorvância de luz UV ->
acompanhamento da desnaturação
-> desnaturação aumenta a absorção
(hipercrômico)
-> renaturação diminui a absorção
(hipocrômico)
* cada espécie de DNA apresenta uma
temperatura de desnaturação própria, ou
ponto de fusão (Tm)
* Tm (temperatura de melting)= temperatura
na qual metade do DNA está desnaturado
* Quanto maior a quantidade de pares de
G-C mais alto será o ponto de fusão. (Pq
elas tem 3 ligações de hidrogênio e A-T só
tem 2)
Ácido ribonucleico RNA
* maioria é de fita simples:
- confirmação helicoidal à direita
10
- Interações de empilhamento de bases
* pareamento de bases:
- rna ou DNA
- Cadeias antiparalela
Obs.: interações entre bases puricas é a mais
forte
* esqueleto covalente do RNA sujeito a
hidrólise lenta e não enzimática das ligações
fosfodiester:
- condições alcalinas
- Grupamentos 2’- hidroxila diretamente
envolvidos
Obs.: as ligações fosfodiester não são
desfeitas na desnaturação, apenas as ligações
de hidrogênio.
!!! Na ribose do RNA o carbono 2 tem uma
hidroxila, o oxigênio dessa hidroxila que vai
interagir e se ligar ao fosfato. O fosfato está
ligado a 4 oxigênios, então ele vai desfazer
uma dessas ligações fosfodiester para se
ligar ao oxigênio da hidroxila, então
OCORRE A QUEBRA da cadeia, formando
nucleotídeo isolado.
Obs.: o DNA não está sujeito a essa
hidrólise pq a desoxirribose não tem o
oxigênio
* Esruturas tridimensionais diversas
* Interações de empilhamento contribuem
para a estabilização das conformações:
- exemplos: protuberâncias, alças internas,
grampos (mais comuns)
* estrutura secundária mais complexa
na ligação n-glicosídica tem a formação de
água (hidrogênio da base com o oxigênio da
pentose)
As bases púricas e pirimídicas são
hidrofóbicas e relativamente insolúveis em
água perto do pH neutro da célula.
11
Em pH ácido ou alcalino, as bases tornam-se
carregadas e
sua solubilidade em água aumenta.
As ligações de hidrogênio envolvendo os
grupos amino e carbonila são a forma mais
importante de interação entre as cadeias
os grampos são formados quando apenas
uma cadeia de dna ou rna participa se
dobrando
Palíndromos e repetições de imagem
especular
Tais sequências
são autocomplementares dentro de cada
cadeia e, consequentemente, têm potencial
para formar estruturas cruciformes (em
formato de cruz) ou em grampo
Quando a repetição invertida ocorre dentro
de
cada cadeia individual de DNA, a sequência
é denominada
repetição de imagem especular. As
repetições de imagem especular não têm
sequências complementares dentro da
mesma cadeia e não formam grampos ou
estruturas
cruciformes.
Quebras na hélice normal de forma A
causadas pelo pareamento incorreto ou não
pareamento de bases em uma ou ambas as
cadeias são comuns e resultam em
protuberâncias ou alças internas
Alças do tipo grampos formam-se entre
sequências autocomplementares
(palindrômicas) vizinhas