Estrutura e função dos ácidos nucleicos

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ESTRUTURA & FUNÇÃO 
DOS ÁCIDOS 
NUCLEICOS
Prof. Adriano Azevedo
NUCLEOTÍDEOS
Sem o grupo fosfato a molécula é 
chamada de NUCLEOSÍDEO.
O que faz cada componente do nucleotídeo?
-Altamente Hidrofóbicas;
-Voltadas Para o Interior (DNA e RNA);
- Pontes de Hidrogênio e Interações Hidrofóbicas;
-Estabilizam a Molécula;
-Pontes de Hidrogênio Permitem o Pareamento de Bases;
-Essencial para a Hereditariedade e Fluxo da Informação 
(Replicação, Transcrição e Traduação);
BASES NITROGENADAS
De uma forma geral o açúcar atua como elo entre a base 
e o grupamento fosfato, participando diretamente da 
formação da ligação fosfodiéster e das características de 
estabilidade química entre DNA e RNA.
C1´ - Ligar a bases 
nitrogenada
C2´ - Apresenta ou 
não uma hidroxila
C3´ - Participa da 
ligação fosfodiéster;
C4´ - Liga o C3´ ao 
C5´;
C5´ - Encontra-se 
covalentemente ligado 
ao grupamento fosfato.
Não Se Esqueça!
O DNA é Quimicamente “ESTÁVEL”
O RNA é Quimicamente “INSTÁVEL”
Importante Para Seus Papéis Biológicos
E o Grupamento Fosfato?
Encontra-se protonado em 
pH fisiológico
Confere Caráter Ácido e 
Solubilidade em Água
Interage com Proteínas Básicas 
(importante para determinados 
processo de regulação)
Participa da Ligação 
Fosfodiéster
Mas o que é uma ligação fosfodiéster?
O sentido da ligação sempre é 5´→ 3´
Consequências
Polaridade das Fitas dos Ácidos Nucléicos
Crescimento da Fita Nascente Sempre Será 5’ → 3´
Os Nucleotídeos Fazem Outra Coisa da Vida, 
Além de Atuarem Como Unidades 
Monoméricas dos Ácidos Nucléicos
Metabolismo Energético
ATP, AMP. ADP, 
GMP, GTP
Mediador Fisiológico
Adenosina é 
importante no 
controle do fluxo 
sanguíneo 
coronariano
ADP atua na agregação 
plaquetária (coagulação 
sanguínea)
AMPc e o GMPc 
atuam como segundos 
mensageiros
GTP participa do capping 
do mRNA e da formação de 
microtúbulos
Função de Precursor
GTP precursor da tetraidrobiopterina, 
necessária para as reações de 
hidroxilações (alguns 
neurotransmissores) e produção de 
NO
Componente de 
Coenzimas
NAD+, NADP+, FAD e 
Coenzima A’
Outros Papéis dos Nucleotídeos
Existem outras bases nitrogenadas além 
das quatro mais conhecidas
Alguns nucleotídeos nos ácidos nucléicos 
também podem apresentar bases derivadas 
minoritárias;
 Frequentemente possuem papéis na regulação ou 
proteção da informação genética;
 Podem ser empregadas com finalidades terapêuticas;
ZDV
Zidovudina
Fármaco análogo da 
timidina
Anteriormente chamado 
de AZT
No corpo a ZDV é fosforilada pela quinase 
que normalmente fosforila nucleosídeos e 
nucleotídeos
Uma vez fosforilada a ZDV é incorporada 
à molécula de DNA viral.
A incorporação da ZDV impede que o 
crescimento do DNA viral, pois impede que 
novos nucleotídeos sejam adicionados
A ZDV não tem a OH3´ necessária para 
adição de novos nucleotídeos.
SULFATO DE ABACAVIR >> Análogo da Guanosina;
EMTRICITABINA* & LAMIVUDINA* >> Análogos da Citosina;
TENOFOVIR ALAFENAMIDA* & TENOFOVIR DISOPROXIL FUMARATO* >> 
NRTIs derivados da Adenosina 
Outros agentes NRTI (p. ex., didanosina e estavudina) raramente são 
usados devido a reações adversas, incluindo neuropatia, lipodistrofia e 
toxicidade mitocondrial.
* Também têm atividade contra o vírus da hepatite b (HBV)
https://www.uptodate.com/contents/didanosine-united-states-and-canada-not-available-drug-information?search=zdv&topicRef=13978&source=see_link
https://www.uptodate.com/contents/stavudine-drug-information?search=zdv&topicRef=13978&source=see_link
O que impede a ZDV de 
interagir com a maquinaria de 
replicação da própria célula 
hospedeira ou normal?
A Transcriptase reversa tem 
uma maior afinidade por ZDV do 
que as DNA polimerares humanas. 
Portanto, atinge apenas a 
replicação viral.
Estrutura do DNA
Dupla Hélice
As fitas são mantidas juntas por 
pontes de hidrogênio
Regras de Chargaff
A composição de bases pode ser especificada 
sem ambiguidade, a partir do % de GC;
Na estrutura de Watson e Crick as duas cadeias da 
hélice são antiparalelas e complementares;
O modelo imediatamente sugere um mecanismo 
para a transmissão da informação genética.
Replicação do DNA
Origens de Replicação
Requer a participação de várias 
enzimas
DNA 
Polimerase
Helicase
Topoisomerases
Girases
Primases
Ligases
Replicação do DNA
(Características Especiais)
Primer
ForquilhadNTPs Sentido 
5´→3´
Fita Líder (Leading 
Strand ou Contínua)
Fita Atrasada 
(Lagging Strand 
ou Descontínua)
Processo 
Semiconservativo
Fragmentos de 
Okazaki
Telomerase
Modificações no DNA - DESNATURAÇÃO
Agentes Desnaturantes
Ruptura das pontes de hidrogênio e das interações 
hidrofóbicas entre bases empilhadas
Nenhuma ligação covalente é quebrada
Processo Reversível
Modificações no DNA
Espécies Reativas de 
Oxigênio
1. Possivelmente é a fonte mais 
importante de alterações 
mutagênicas no DNA;
2. Apesar das células possuírem 
um elaborado sistema de defesa 
para destruir os radicais livres 
(catalase e a superóxido 
dismutase) o processo é 
acumalativo;
Modificações no DNA DESAMINAÇÃO
Perda espontânea dos grupos amino 
exocíclicos nas bases;
A Desaminação da C, no DNA, em U, é facilmente 
reconhecido como DNA estranho e é removido por um 
sistema de reparo
100 eventos espontâneos por dia, numa 
célula média de mamífero;
A Desaminação da A e G é cerca de 100x mais lenta;
Modificações no DNA DEPURINAÇÃO
Hidrólise da ligação glicosídica 
entre a base e a pentose;
Ocorre muito mais rápido para as 
purinas que para as pirimidinas;
Modificações no DNA DÍMEROS DE PIRIMIDINA
Modificações no DNA Metilação
As metilações nas ilhas CpG possuem 
significados estrutural e regulatório;
Os sítios metilados são reconhecidos por proteínas 
envolvidas em funções do DNA, como recombinação, 
replicação, transcrição, reparo e defesa;
O nível de expressão é inversamente 
relacionada ao grau de metilação;
O Tamanho do DNA e a Manutenção da 
Funcionalidade
 O DNA é uma molécula instável fisicamente;
 Extremamente longa;
 O menor cromossomo humano contém ~4,6 x 107 pb;
 O DNA de uma célula diplóide humana tem aproximadamente 2m e 
cerca de 20.000 genes;
 Acondicionado em estruturas microscópicas nas células ;
 Mantendo suas funções de transcrição e replicação altamente 
reguladas;
O DNA deve ser empacotado no núcleo ou na 
mitocôndria de forma organizada, de tal forma a permitir 
o acesso ordenado a parte dos milhares de genes, sem 
inviabilizar processos vitais, tais como transcrição, 
replicação, divisão celular e crossing over.
Dois Núcleos Duas Soluções
Núcleo Interfásico Núcleo Mitótico
✔ Núcleo da Síntese;
✔ Transcrição;
✔ O DNA é armazenado na forma de 
cromatina
✔ Núcleo da Divisão Celular;
✔ Migração para os pólos da célula;
✔ O DNA é armazenado na forma de 
cromossomo
Como Chegamos a Essas 
Estruturas?
 No núcleo interfásico, a dupla hélice de DNA está sujeita 
a pelo menos dois níveis de organização;
 Nucleossomos e Filamentos de Cromatina;
 O nucleossomo é a unidade mais fundamental de 
empacotamento;
 São formados pela helicoidização do DNA ao redor de 
um cerne proteico;
 Octâmero de proteínas básicas, chamadas de histonas;
 H1, H2A, H2B, H3 e H4;
O DNA fica mais curto e 
mais grosso
Assume aspecto de um colar de 
contas / Filamento de Cromatina
A estabilização do nucleossomo é dada pela 
interação da carga positiva das Lys e Arg 
presentes nas histonas com a carga negativa dos 
fosfatos do DNA
A cromatina interfásica parece 
consistir dessas fibras de cromatina, 
provavelmente organizados em 
longas alças. 
O colar de contas sofre um enovelamento 
sobre si, formando os Fibras de Cromatina;
 A necessidade de migração dos cromossomos 
durante a divisão celular faz com que a cromatina 
se condense ainda mais;
 A condensação prossegue, durante a metáfase, 
até formar uma estrutura altamente condensada;
 Cromossomos;
CROMOSSOMOS
Em resumo, pelo menos três níveis de condensaçãosão 
necessários para acondicionar o DNA em um 
cromossomo eucariótico.
1. Embalagem do DNA em nucleossomos, para produzir 
o filamento de cromatina interfásico de 10 nm de 
diâmetro. Razão de compactação de ~6.
2. Superelicoidização da fibra de 10 nm do nucleossomo, 
para produzir a fibra de cromatina de 30 nm. Razão de 
compactação de ~40. 
3. Finalmente, as proteínas cromossômicas não-histonas 
formam um arcabouço, que é envolvido na condensação 
da cromatina de 30 nm nos cromossomos metafásicos.
Cromossomo 
Funcional
Para serem organelas funcionais, os cromossomos dos 
eucariotos parecem necessitar de apenas três classes 
de elementos:
(1) Centrômeros;
(2) Telômeros;
(3) Origens de Replicação;
CENTRÔMERO
 Região em que as cromátides-irmãs estão unidas e que os 
microtúbulos se juntam (cinetócoro);
 Constrição Primária;
 Essencial para a segregação durante a divisão celular;
 Dividem os cromossomos em duas regiões chamadas de braços;
 Definem as posições anatômicas (proximal e distal) nos 
cromossomos;
 Permitem a classificação dos cromossomos em Metacêntricos, 
Submetacêntricos, Acrocêntricos e Telocêntricos.
TELÔMEROS
 São estruturas especializadas, constituídas de DNA e 
Proteínas, que cobrem as extremidades dos cromossomos 
eucarióticos;
 Funções:
 (1) Manter a Integridade Estrutural dos Cromossomos 
(fusão e anel);
 (2) Garantir a Replicação Completa das extremidades dos 
Cromossomos;
 (3) Auxiliar o Estabelecimento da Arquitetura 
Tridimensional do Núcleo e/ou do Pareamento 
Cromossômico;
 A verdadeira natureza da sequência do telômero 
pode nem ser importante;
 O comprimento é altamente variável e sujeito a 
controle genético;
 Telomerase → Normalmente expressa apenas em 
células embrionárias;
 Logevidade;
 Doenças relacionadas com a idade;
 Neoplasias → Reativação e Imortalização;
ORIGENS DE REPLICAÇÃO
 Na maioria das células diplóides, o DNA normalmente 
replica apenas uma vez por ciclo;
 Múltiplos sítios de replicação ao longo do DNA;
 Regiões com dezenas de Kb de comprimento;
 Agilidade e Eficácia;
CROMATINA FUNCIONAL
 Funcionalmente a cromatina pode ser dividida 
em três tipos de regiões:
 1. Eucromatina;
 2. Heterocromatina Facultativa;
 3. Heterocromatina Constitutiva;
Observações Importantes
 As histonas são uma classe de proteínas homogêneas altamente conservadas e 
estão inespecificamente envolvidas na regulação da expressão gênica.
 As proteínas não-histonas são ácidas e altamente heterogêneas, por isso 
apresentam papéis na regulação da expressão de genes específicos; 
 As proteínas histonas além de participarem da helicoidização do DNA, também 
atuam no processo de transcrição e replicação;
 A transcrição e a replicação só podem ocorrer se as pontes de hidrogênio entre as 
duplas fitas do DNA forem rompidas;
 Desmancho do nucleossomo;
 Acetilação e Desacetilação;
 A acetilação das Lys das histonas induz a transcrição e a desacetilação reprime a 
transcrição;
“O ápice da expressão de um gene é a proteína funcional, mas 
para entendê-la precisamos compreender os aspectos 
funcionais do genoma, do transcriptoma e do proteoma”
Organização Gênica e o Fluxo da Informação Genética
✔Sequências Estruturais:
• Éxons e Íntrons
✔Sequências Funcionais:
• Promotores e Elementos Reguladores;
• Acentuadores, Silenciadores e Regiões de Controle de 
Locus;
• Podem ser cis ou trans-atuantes;
✔Dogma Central;
✔RNAs Informacionais 
✔RNAs Funcionais;
“A maioria dos loci autossômicos são expressos a partir de ambas as cópias alélicas. 
Por isso, o fenótipo relacionado a um determinado gene depende da combinação 
dessas expressões alélicas”
Transcrição
(Características Gerais)
✔ Baseada no pareamento complementar de bases;
✔ É assimétrica: ocorre apenas em um filamento do DNA;
✔ O filamento de DNA que é transcrito é chamado de 
filamento molde;
✔ O RNA tem a mesma seqüência do filamento não-molde.
✔ O crescimento do RNA é sempre no sentido 5’→3’.
Transcrição
(Eucariotos)
✔ Três RNA Pol. Nucleares;
✔ Especificadade de função e de promotores;
✔A RNA Pol. I é responsável pela síntese de apenas um tipo de 
RNA;
✔ RNA pré-ribosomal, que contém o precursor dos rRNAs 18S, 
5,8S e 28S;
✔A RNA Pol. III sintetiza tRNAs, o rRNA 5S e alguns outros RNAs 
pequenos especializados.
✔A RNA Pol. II é uma imensa enzima com 12 subunidades e requer muitos outros fatores 
protéicos para sua atividade;
✔A principal função é a síntese dos mRNAs e alguns RNAs especializados;
✔ Ela requer um dispositivo de outras proteínas, chamadas de Fatores de Transcrição (TFII), 
para formar o complexo de transcrição ativo;
✔ Reconhecer milhares de promotores;
✔ Muitos promotores Pol. II possuem algumas características de seqüência em comum, 
incluindo uma seqüência TATA (seqüência consenso TATAA), próxima ao pb –30, e uma 
seqüência Inr (iniciadora), próxima ao sítio de início em +1.
Transcrição Eucariotos
(Montagem)
✔A formação de um complexo fechado começa quando a proteína 
TBP (TATA binding protein) se liga a seqüência TATA;
✔ Em seguida, é ligada pelo fator de transcrição TFIIB, que 
também se liga ao DNA, de cada lado da TBP;
✔A ligação do TFIIA, embora nem sempre essencial, pode 
estabilizar o complexo FTIIB-TBP no DNA;
✔Importante nos promotores em que a ligação da TBP é 
relativamente fraca;
✔ O complexo TFIIB-TBP é em seguida ligado por um outro complexo, que consiste de 
TFIIF e RNA Pol. II;
✔ O TFIIF ajuda a levar a RNA polimerase a seus promotores;
✔ Tanto por interagir com a TFIIB quanto por reduzir a ligação da RNA polimerase a sítios 
não específicos no DNA;
✔ Finalmente, o TFIIE e o TFIIH se ligam para criar o complexo fechado;
✔ O TFIIH possui uma atividade de DNA helicase que promove o desenrolamento do DNA 
próximo ao sítio de início do RNA;
✔ Complexo Aberto;
✔ Contando todas as subunidades dos vários fatores essenciais (excluindo o TFIIA), essa 
montagem ativa mínima requer mais de 30 polipeptídeos;
Transcrição Eucariotos
(Início)
✔ O TFIIH possui uma atividade quinase;
✔ Fosforila RNA Pol II;
✔ Causa uma mudança conformacional em todo o complexo, iniciando a transcrição;
✔ Durante a síntese do 60 a 70 nucleotídeos iniciais do RNA, são liberados primeiro o 
TFIIE e depois o TFIIH, e a RNA Pol II entra na fase de alongamento da transcrição;
Transcrição Eucariotos
(Alongamento e Término)
✔ O TFIIF permanece associado à RNA Pol II por todo o 
alongamento.
✔ Durante essa etapa, a atividade da polimerase é muito 
aumentada por proteínas chamadas de fatores de 
alongamento.
✔ Uma vez completado o transcrito de RNA, a transcrição é 
terminada por mecanismos ainda não conhecidos.
✔ A RNA Pol II é desfosforilada e reciclada, pronta para 
iniciar outro transcrito.
Processamento do RNA
(Modificações Pós-Transcricionais)
✔A transcrição é o primeiro estágio na expressão gênica e o 
primeiro passo na qual a expressão é controlada;
✔Antes de sair do núcleo o transcrito primário ou Pré-RNAm 
sofre várias modificações;
✔ Splicing, Capping e Poliadenilação;
Splicing
✔ Os íntrons possuem pequenas seqüências consenso em suas extremidades ou 
próximas a ela → Sinais para a remoção;
✔ GU na extremidade 5´ e AG na extremidade 3´;
✔ Os íntrons são removidos do transcrito primário pelos 
snRNPs (snurps);
✔ Small Nuclear Ribonucleoproteins, snurps;
✔ A função dos snRNPs é aproximar as duas 
extremidades de um íntron, para que sua remoção 
possa ocorrer;
Capping e Poliadenilação
✔Capping – Resíduo de 7-metilguanosina à extremidade 5’ 
do transcrito primário;
✔A cauda Poli(A) – Adição de 80 a 250 resíduos de 
adenilatos à extremidade 3’ do transcrito primário;
✔ Proteger o mRNA da degradação prematura;
✔ Posicionamento correto do ribossomo para iniciar a 
tradução;
Tradução
✔ Emprega os três RNAs mais conhecidos;
✔ O mRNA carrega a informação genética copiada do DNA na 
forma de uma série de códigos de três bases (códon);
✔ O tRNA é a chave para a decifração do códonno mRNA;
✔ Seqüência de 3 bases (anticódon)
✔ Complementar ao códon no mRNA;
✔Especifica para um determinado aminoácido;
✔ O rRNA associa-se a um conjunto de proteínas para formar 
ribossomos ;
✔ São compostos de uma subunidade maior e uma menor;
✔ Movem-se ao longo da molécula de mRNA, catalisando a 
adição dos aminoácidos nas cadeias protéicas nascentes;
✔ Um aspecto crítico da iniciação é começar a síntese de 
proteínas no códon de início (AUG);
✔ Desse modo, torna possível a tradução do mRNA no quadro 
de leitura correto (reading frame);
✔ O códon de início AUG é reconhecido pelo 
metionil-RNAtiMet;
✔ Tanto procariotos como eucariotos possuem dois tipos 
diferentes de tRNA de Met;
Código Genético
(Propriedades)
✔ Composto por trincas;
✔ Não tem superposição;
✔ É redundante;
✔ Não tem pontuação;
✔ Contém códons de início e final;
✔ É quase universal
Creio no DNA todo poderoso
Criador de todos os seres vivos
Creio no RNA,
Seu único filho,
Que foi concebido por ordem e graça do RNA Polimerase
Nasceu como transcrito primário
Padeceu sobre o poder das nucleases, metilases e poliadenilases
Foi processado, modificado e transportado
Desceu ao citoplasma e em poucos segundos foi traduzido à proteína
Subiu ao retículo endoplasmático e ao complexo de Golgi
E está ancorado à direita de uma proteína G
Na membrana plasmática
De onde há de vir a controlar a transdução de sinais
Em células normais e apoptóticas
Creio na Biologia Molecular
Na Terapia Gênica e na Biotecnologia
No seqüenciamento do Genoma Humano
Na correção de mutações
Na clonagem da Dolly
Na vida eterna
Amém. 
Obrigado!!!