Aula 02 de Bioquímica

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Aula 02 de Bioquímica – Estrutura e Função dos Ácidos Nucleicos 
 
Nucleotídeos e nucleosídeos são unidades fundamentais de construção dos ácidos 
nucleicos, como o DNA e o RNA, que são moléculas essenciais para o armazenamento, 
transmissão e expressão da informação genética nos seres vivos. 
Nucleotídeos: 
Os nucleotídeos são compostos químicos complexos e são formados por três 
componentes principais: um açúcar (pentose), uma base nitrogenada e um grupo fosfato. 
Existem duas pentoses encontradas nos nucleotídeos: a ribose, presente no RNA, e a 
desoxirribose, presente no DNA. 
As bases nitrogenadas podem ser de quatro tipos diferentes: adenina (A), timina (T), 
citosina (C), guanina (G) no DNA ou adenina (A), uracila (U), citosina (C) e guanina 
(G) no RNA. No DNA, A forma pares com T e C forma pares com G. No RNA, A forma 
pares com U e C forma pares com G. 
Quando o açúcar se liga à base nitrogenada e ao grupo fosfato, forma-se um 
nucleotídeo. A sequência específica de nucleotídeos no DNA e no RNA determina a 
sequência de aminoácidos em uma proteína durante a síntese proteica, bem como as 
instruções para o funcionamento das células. 
1. Açúcar (Pentose): Os nucleotídeos contêm um açúcar de cinco carbonos, chamado 
pentose. Existem dois tipos de pentoses encontradas nos nucleotídeos: a ribose, que está 
presente no RNA, e a desoxirribose, que está presente no DNA. A diferença entre elas é 
a presença de um grupo hidroxila (-OH) no carbono 2 da ribose, que está ausente na 
desoxirribose. Essa diferença no açúcar é fundamental para as características distintas 
do DNA e do RNA. 
2. Base Nitrogenada: Os nucleotídeos contêm uma base nitrogenada, que é uma 
molécula que contém átomos de nitrogênio e é responsável por codificar informações 
genéticas. Existem quatro bases nitrogenadas encontradas nos nucleotídeos do DNA: 
adenina (A), timina (T), citosina (C) e guanina (G). No RNA, a timina é substituída pela 
uracila (U), e as bases são adenina (A), uracila (U), citosina (C) e guanina (G). 
3. Grupo Fosfato: Os nucleotídeos contêm um ou mais grupos fosfato. O grupo fosfato é 
um íon fosfato (PO4³⁻) que está ligado ao carbono 5' do açúcar (ribose ou desoxirribose) 
por uma ligação fosfodiéster. A presença do grupo fosfato é o que diferencia os 
nucleotídeos dos nucleosídeos, que são compostos apenas pelo açúcar e a base 
nitrogenada, sem o grupo fosfato. 
A combinação desses três componentes nos nucleotídeos é fundamental para a 
construção do DNA e do RNA e para a transmissão da informação genética nas células. 
As sequências específicas de nucleotídeos no DNA e no RNA carregam a informação 
genética necessária para a síntese de proteínas e para o funcionamento das células. A 
estrutura única e a sequência desses componentes são essenciais para a diversidade de 
funções e características dos organismos vivos. 
 
Nucleosídeos: 
Os nucleosídeos são moléculas mais simples que os nucleotídeos e possuem apenas dois 
dos três componentes presentes nos nucleotídeos: um açúcar (pentose) e uma base 
nitrogenada. Ou seja, os nucleosídeos não têm o grupo fosfato que faz parte dos 
nucleotídeos. 
Por exemplo, no DNA, temos o nucleotídeo chamado de desoxiadenosina monofosfato 
(dAMP), que contém a desoxirribose (açúcar), a adenina (base nitrogenada) e um grupo 
fosfato. Se retirarmos o grupo fosfato desse nucleotídeo, teremos o nucleosídeo 
desoxiadenosina, que é formado apenas pela desoxirribose e pela adenina. 
Em resumo, a principal diferença entre nucleotídeos e nucleosídeos é a presença ou 
ausência do grupo fosfato. Os nucleotídeos são compostos por um açúcar, uma base 
nitrogenada e um grupo fosfato, enquanto os nucleosídeos possuem apenas o açúcar e a 
base nitrogenada. Ambos têm papéis importantes na formação do DNA e do RNA e na 
transmissão da informação genética nos seres vivos. 
A estabilidade química do DNA e a instabilidade química do RNA desempenham papéis 
fundamentais em suas respectivas funções biológicas e processos celulares. 
O DNA é quimicamente estável devido à presença do açúcar desoxirribose em sua 
estrutura. A desoxirribose não possui um grupo hidroxila (OH) no carbono 2, o que 
torna a molécula menos suscetível a reações químicas que poderiam levar à quebra das 
ligações fosfodiéster. Além disso, a timina, uma das bases nitrogenadas do DNA, forma 
apenas dois pontes de hidrogênio com a adenina, o que também contribui para a 
estabilidade da dupla hélice do DNA. 
Essa estabilidade química é de extrema importância para o papel do DNA como o 
material genético hereditário dos organismos. O DNA armazena informações genéticas 
de longo prazo de forma segura e precisa. Quando as células se dividem durante a 
reprodução, o DNA é replicado de maneira precisa, garantindo que as informações 
genéticas sejam transmitidas de uma geração para outra sem sofrer danos ou alterações 
significativas. 
O RNA, por outro lado, é quimicamente menos estável do que o DNA. Isso ocorre 
porque o RNA possui um açúcar chamado ribose, que tem um grupo hidroxila (OH) no 
carbono 2. Essa hidroxila torna a molécula mais reativa e suscetível a reações químicas, 
incluindo hidrólise. Além disso, a presença da uracila em vez da timina no RNA 
também contribui para sua maior instabilidade, pois a uracila é menos estável em 
condições fisiológicas. 
A instabilidade química do RNA é essencial para sua função como intermediário na 
síntese de proteínas. O RNA mensageiro (mRNA) é transcriado a partir do DNA e 
carrega as informações genéticas do núcleo para os ribossomos no citoplasma, onde 
ocorre a síntese de proteínas. Como o RNA precisa ser dinamicamente regulado e 
degradado após sua função, sua instabilidade química permite que ele seja rapidamente 
degradado e substituído por moléculas de mRNA recém-transcritas. 
Essa dinâmica do RNA é crucial para a regulação da expressão gênica e para garantir 
que as proteínas sejam produzidas na quantidade e no momento adequado para as 
necessidades celulares. A rápida degradação do RNA também evita o acúmulo de 
moléculas de RNA desnecessárias que poderiam prejudicar o funcionamento celular. 
Em resumo, a estabilidade química do DNA é essencial para preservar e transmitir 
informações genéticas de longo prazo, enquanto a instabilidade química do RNA é 
fundamental para a regulação precisa da síntese proteica e para a dinâmica da expressão 
gênica nas células. Essas características distintas do DNA e RNA são adaptadas às suas 
funções específicas e contribuem para a complexidade e diversidade da vida nos 
organismos vivos. 
Explicação da relação do RNA e o coeficiente de sidementação 
O RNA é uma molécula de ácido nucleico, mas há algumas diferenças importantes entre 
eles. Existem vários tipos de RNA, mas os três principais são o RNA mensageiro 
(mRNA), o RNA transportador (tRNA) e o RNA ribossômico (rRNA). Cada tipo de 
RNA desempenha um papel específico na síntese de proteínas. 
O RNA mensageiro (mRNA) carrega a informação genética do DNA e é responsável 
por transportar o "código" necessário para a síntese de proteínas para os ribossomos, 
onde ocorre a tradução. 
O RNA transportador (tRNA) ajuda a traduzir o código do mRNA em sequências de 
aminoácidos durante a síntese de proteínas. 
O RNA ribossômico (rRNA) faz parte da estrutura dos ribossomos, que são as fábricas 
onde ocorre a síntese de proteínas. 
O coeficiente de sedimentação é uma medida utilizada em bioquímica e biologia 
molecular para descrever a taxa na qual uma partícula, como uma molécula de RNA ou 
uma proteína, se move através de um gradiente de densidade em uma centrífuga. 
Quando amostras biológicas são centrifugadas, as moléculas mais densas ou maiores 
sedimentam mais rapidamente do que as moléculas menos densas ou menores. O 
coeficiente de sedimentação é uma unidade de medida que indica quão rapidamente 
uma molécula se move nesse gradiente, sendo expresso em unidades Svedberg (S).Os coeficientes de sedimentação são úteis para caracterizar moléculas biológicas, como 
o RNA e as subunidades ribossômicas, uma vez que essas moléculas têm diferentes 
tamanhos e composições que afetam sua taxa de sedimentação. Essa informação é 
importante para entender a estrutura e função dessas moléculas e suas interações em 
processos biológicos. 
Os coeficientes de sedimentação do RNA são usados para caracterizar os diferentes 
tipos de RNA presentes nas células e para estudar suas interações com outras moléculas, 
incluindo antibióticos. 
Em relação ao RNA ribossômico (rRNA), os coeficientes de sedimentação são usados 
para identificar e distinguir as subunidades ribossômicas, que são componentes 
essenciais dos ribossomos, onde ocorre a síntese de proteínas. Os ribossomos consistem 
em uma subunidade maior (subunidade 50S em procariotos e 60S em eucariotos) e uma 
subunidade menor (subunidade 30S em procariotos e 40S em eucariotos). O RNA 
ribossômico é um componente importante dessas subunidades e suas taxas de 
sedimentação ajudam a diferenciá-las. 
A aplicação dos coeficientes de sedimentação do RNA na utilização de antibióticos está 
relacionada ao mecanismo de ação desses medicamentos. Os antibióticos são 
substâncias usadas para tratar infecções causadas por bactérias. Alguns antibióticos, 
como os antibióticos aminoglicosídeos, atuam interferindo com a síntese de proteínas 
nas bactérias. Eles se ligam ao RNA ribossômico bacteriano e impedem que os 
ribossomos realizem a síntese proteica normalmente. 
A seletividade desses antibióticos para bactérias em vez de células humanas está 
relacionada às diferenças entre os ribossomos bacterianos e eucarióticos. Como os 
ribossomos bacterianos têm coeficientes de sedimentação diferentes dos ribossomos 
eucarióticos, os antibióticos podem se ligar especificamente aos ribossomos bacterianos 
e não aos eucarióticos, evitando efeitos colaterais em células humanas. 
A determinação dos coeficientes de sedimentação do RNA é uma importante ferramenta 
de pesquisa na área de desenvolvimento de antibióticos. Os cientistas estudam os 
ribossomos bacterianos para entender como os antibióticos se ligam e interferem com a 
síntese proteica bacteriana, o que pode levar ao desenvolvimento de medicamentos mais 
eficazes e seletivos contra infecções bacterianas, minimizando os efeitos adversos em 
células humanas. 
Ligação Fosfodiéster 
A ligação fosfodiéster é a ligação covalente que ocorre entre o grupo fosfato de um 
nucleotídeo e o carbono 3' do açúcar (ribose ou desoxirribose) de outro nucleotídeo 
adjacente na sequência do DNA ou RNA. Essa ligação é essencial para a formação da 
espinha dorsal da molécula, que é uma característica chave do DNA e RNA. 
A ligação fosfodiéster confere estabilidade estrutural ao DNA e RNA, pois é uma 
ligação covalente forte e resistente a quebras. Ela forma uma "escada" na estrutura 
helicoidal do DNA, com os nucleotídeos formando os degraus, e o grupamento fosfato 
formando as "hastes" da espinha dorsal. Essa espinha dorsal protege a sequência de 
bases nitrogenadas dentro da molécula e ajuda a manter a integridade do código 
genético, permitindo que as informações genéticas sejam transmitidas com precisão 
durante a replicação e transcrição. 
pH Fisiológico: 
Em pH fisiológico, que é em torno de 7, o grupamento fosfato possui uma carga 
negativa (PO₄³⁻). Essa carga negativa é importante para a interação com outras 
moléculas e íons no ambiente celular. No DNA e no RNA, os grupamentos fosfato 
adjacentes repelem-se mutuamente, contribuindo para a estabilização da estrutura 
helicoidal e para a organização compacta da molécula. 
Caráter Ácido e Solubilidade em Água: 
O grupamento fosfato confere ao DNA e RNA um caráter ácido devido à presença de 
íons fosfato (PO₄³⁻) que liberam prótons em solução aquosa. Isso faz com que o DNA e 
RNA sejam moléculas polianiônicas, com muitos grupos carregados negativamente ao 
longo de suas espinhas dorsais. Essa característica ácida contribui para a regulação do 
pH intracelular e para a interação com íons metálicos e outras moléculas carregadas no 
ambiente celular. 
Além disso, a presença dos grupamentos fosfato confere solubilidade em água ao DNA 
e RNA. Os grupamentos hidroxilas (-OH) no açúcar (ribose ou desoxirribose) também 
contribuem para a solubilidade em água dessas moléculas. Essa característica é 
fundamental para a sua função biológica, já que a maior parte das reações celulares 
ocorre em meio aquoso. 
Interação com Proteínas Básicas 
O grupamento fosfato tem afinidade por interações com grupos básicos em proteínas. 
Muitas proteínas regulatórias e enzimas contêm resíduos de aminoácidos com carga 
positiva, como lisina e arginina, que podem formar ligações iônicas com os 
grupamentos fosfato carregados negativamente no DNA e RNA. 
Essas interações com proteínas básicas são fundamentais para a regulação da expressão 
gênica e a formação de complexos proteína-ácido nucleico. Por exemplo, fatores de 
transcrição são proteínas que se ligam ao DNA para controlar a transcrição de genes, e 
muitas dessas interações ocorrem por meio de ligações com os grupamentos fosfato do 
DNA. 
Em resumo, o grupamento fosfato é essencial para a estruturação e estabilidade do DNA 
e RNA, bem como para suas interações com outras moléculas, incluindo proteínas, no 
ambiente celular. Suas propriedades ácidas e sua carga negativa têm papéis 
fundamentais na regulação do pH e na interação com íons e proteínas no ambiente 
celular. Essas características são cruciais para a função biológica do DNA e RNA como 
portadores de informações genéticas e intermediários na síntese de proteínas. 
Outros papéis dos nucleotídeos 
1- Metabolismo Energético: 
Os nucleotídeos desempenham papéis essenciais no metabolismo energético das células. 
Um exemplo importante é o trifosfato de adenosina (ATP), que é uma molécula 
composta por adenina, ribose e três grupos fosfato. O ATP é frequentemente chamado 
de "moeda energética" da célula porque armazena e libera energia química utilizada nas 
reações celulares. 
Quando as células necessitam de energia para realizar atividades metabólicas, o ATP é 
hidrolisado para formar difosfato de adenosina (ADP) e um grupo fosfato inorgânico 
(Pi). Essa reação libera energia que é usada para impulsionar diversas reações celulares, 
como síntese de proteínas, contração muscular e transporte ativo de substâncias através 
das membranas celulares. 
O ciclo de regeneração do ATP e ADP é fundamental para manter a disponibilidade 
constante de energia nas células e sustentar a maioria dos processos biológicos. 
2- Mediador Fisiológico: 
Além do papel no metabolismo energético, os nucleotídeos também atuam como 
mediadores fisiológicos, transmitindo sinais e informações em diversas vias de 
sinalização celular. 
Por exemplo, o monofosfato de adenosina cíclico (cAMP) é uma molécula derivada do 
ATP que atua como um segundo mensageiro em muitas vias de sinalização celular. 
Quando certos sinais externos ativam receptores na membrana celular, ocorre a ativação 
de uma enzima chamada adenilato ciclase, que converte o ATP em cAMP. O cAMP, por 
sua vez, ativa várias proteínas quinases e outras proteínas-alvo, desencadeando 
respostas celulares específicas. 
Outros nucleotídeos, como o guanosina trifosfato (GTP), também desempenham papéis 
importantes como mediadores em vias de sinalização intracelulares e regulam diversas 
funções celulares. 
3- Função de Precursor: 
Os nucleotídeos também servem como precursores para a síntese de diversas moléculas 
importantes no metabolismo celular. Por exemplo, as bases nitrogenadas dos 
nucleotídeos podem ser usadas para sintetizar várias coenzimas essenciais, como o 
NAD+ (nicotinamida adenina dinucleotídeo) e o FAD (flavina adenina dinucleotídeo), 
que participam de reações de oxidação e redução nas células. 
Além disso, a síntese de DNAe RNA a partir dos nucleotídeos é fundamental para a 
replicação e transcrição genética, garantindo a herança genética e a síntese de proteínas. 
4- Componente de Coenzimas: 
Muitos nucleotídeos, como o NAD+, o FAD e o coenzima A (CoA), são componentes 
importantes de coenzimas envolvidas em reações metabólicas. Essas coenzimas atuam 
como transportadoras de grupos funcionais e elétrons durante reações bioquímicas. 
Por exemplo, o NAD+ é reduzido a NADH durante a glicólise e outras vias 
metabólicas, capturando elétrons e prótons liberados durante a quebra de moléculas de 
açúcar para posteriormente transferi-los para a cadeia de transporte de elétrons, onde 
ocorre a produção de ATP através da fosforilação oxidativa. 
Em resumo, os nucleotídeos desempenham papéis cruciais no metabolismo energético, 
atuando como transportadores de energia (ATP) e mediadores de sinalização (cAMP, 
GTP), além de serem precursores para síntese de coenzimas importantes. Eles também 
são componentes essenciais na síntese de ácidos nucleicos, regulando a expressão 
genética e a síntese de proteínas. A presença diversificada de nucleotídeos é 
fundamental para a complexidade e a funcionalidade da maquinaria bioquímica nas 
células. 
Bases nitrogenadas menos comuns 
Além das bases nitrogenadas mais conhecidas, adenina (A), timina (T), citosina (C), 
guanina (G) e uracila (U), que são encontradas no DNA e RNA, existem outras bases 
nitrogenadas menos comuns e que desempenham papéis específicos em alguns sistemas 
biológicos. 
As bases nitrogenadas menos comuns, como a irosina, pseudouridina e 5-metilcitidina, 
têm sido objeto de estudos de pesquisa em busca de aplicações terapêuticas 
promissoras. Embora a maior parte das terapias atualmente disponíveis se concentre nas 
bases nitrogenadas mais conhecidas (A, T, C, G e U), as bases menos comuns têm o 
potencial de serem alvos terapêuticos ou componentes de novas abordagens 
terapêuticas. 
ZDV 
A zidovudina, também conhecida como ZDV ou AZT (azidotimidina), é um 
medicamento antirretroviral usado no tratamento da infecção pelo vírus da 
imunodeficiência humana (HIV), o vírus responsável pela síndrome da 
imunodeficiência adquirida (AIDS). A zidovudina foi o primeiro medicamento 
antirretroviral a ser aprovado para uso no tratamento da infecção pelo HIV, e sua 
descoberta representou um avanço significativo no combate à epidemia da AIDS. 
A zidovudina é um análogo de nucleosídeo, o que significa que possui uma estrutura 
similar a um dos componentes dos nucleotídeos presentes no DNA. Ela se assemelha à 
timidina, uma das bases nitrogenadas que compõem o DNA, mas contém uma molécula 
adicional de azoto (azoteto) que confere sua ação antirretroviral. Ao ser incorporada ao 
DNA viral, a zidovudina interfere na síntese do DNA viral e impede que o vírus HIV se 
replique adequadamente. Isso ajuda a diminuir a carga viral no organismo e a controlar 
a progressão da infecção pelo HIV. 
O mecanismo de ação da zidovudina se baseia na inibição da transcriptase reversa do 
HIV, uma enzima essencial para a replicação viral. A transcriptase reversa converte o 
RNA do HIV em DNA, permitindo sua integração no genoma das células humanas 
infectadas. A zidovudina atua como uma cadeia terminadora de DNA, interrompendo o 
crescimento do DNA viral e impedindo que a transcrição reversa prossiga. Isso resulta 
na diminuição da replicação do vírus e na redução da carga viral no corpo. 
Embora a zidovudina tenha sido um dos primeiros medicamentos antirretrovirais e 
tenha sido fundamental no tratamento da infecção pelo HIV, atualmente, existem muitos 
outros medicamentos antirretrovirais disponíveis que são utilizados em combinação 
para tratar a infecção pelo HIV. Essas combinações de medicamentos são conhecidas 
como terapia antirretroviral altamente ativa (HAART), ou tratamento combinado do 
HIV (TAR). 
A zidovudina ainda é usada como parte de regimes terapêuticos para algumas pessoas 
com HIV, mas seu uso pode ser limitado por efeitos colaterais e pela necessidade de 
monitoramento da função hematológica devido à sua capacidade de causar anemia e 
outras alterações nas células sanguíneas. Além disso, a terapia antirretroviral evoluiu 
para incluir medicamentos mais potentes, seguros e com menos efeitos colaterais, 
permitindo a oferta de tratamento altamente eficaz e bem tolerado para pacientes com 
HIV. 
Imagine que a zidovudina (ZDV) é uma pecinha de lego especial que 
precisa ser ativada antes de entrar em ação no corpo. Essa pecinha é 
importante para combater o vírus HIV, mas ela não consegue fazer 
isso sozinha. 
Então, para que a ZDV possa fazer o seu trabalho, ela precisa de um 
"empurrãozinho" especial. Esse "empurrãozinho" é dado por uma 
enzima chamada quinase, que é como uma mãozinha que coloca um 
novo bloquinho de lego na ZDV. 
Quando a quinase adiciona esse novo bloquinho, chamado de fosfato, 
à ZDV, a pecinha de lego fica "ativada" e pronta para combater o vírus 
HIV. Agora, com essa nova parte, a ZDV pode se encaixar 
perfeitamente no vírus e impedir que ele se replique e cause danos ao 
organismo. 
Agora, com a ZDV ativada, ela pode fazer o seu trabalho de combater 
o vírus HIV e ajudar o corpo a controlar a infecção. 
Então, resumindo, a ZDV é como uma pecinha de lego que precisa ser 
ativada por uma enzima chamada quinase, que adiciona um fosfato a 
ela. Essa ativação permite que a ZDV combata o vírus HIV e ajude o 
corpo a se defender da infecção. 
A zidovudina (ZDV) é um medicamento antirretroviral que foi projetado 
especificamente para inibir a replicação do vírus da imunodeficiência humana (HIV) e 
impedir que ele se multiplique no organismo. A ZDV tem como alvo uma enzima viral 
chamada transcriptase reversa, que é essencial para a replicação do HIV. 
A principal razão pela qual a ZDV tem seletividade para inibir a replicação do HIV, em 
vez de afetar a replicação da célula hospedeira ou célula normal, está relacionada à 
diferença nas enzimas envolvidas no processo de replicação do HIV e da célula 
hospedeira. 
No caso do HIV, a transcriptase reversa é uma enzima específica do vírus, responsável 
por converter o RNA viral em DNA, que é integrado ao genoma das células humanas 
infectadas. A ZDV é um análogo de nucleosídeo, ou seja, tem uma estrutura semelhante 
à das bases nitrogenadas que compõem o DNA. Ao ser incorporada na cadeia de DNA 
viral em crescimento, a ZDV age como um "terminador" da síntese do DNA, impedindo 
que a replicação do HIV prossiga. 
Por outro lado, nas células humanas normais, a replicação do DNA é realizada por 
enzimas diferentes, como a DNA polimerase. A ZDV não é tão efetiva em inibir essas 
enzimas celulares, porque elas têm características estruturais distintas em comparação 
com a transcriptase reversa do HIV. Isso faz com que a ZDV tenha maior afinidade pela 
transcriptase reversa do HIV do que pelas enzimas celulares, tornando-a mais seletiva 
para o tratamento da infecção pelo HIV.