Ácidos nucleicos_ Identificação e estrutura do genoma humano

Prévia do material em texto

Tópico 01
Genética humana
Ácidos nucleicos: Identificação e
estrutura do genoma humano
1. Introdução
Você já deve ter notado que há uma semelhança tremenda entre
os indivíduos de uma mesma espécie e, mesmo entre as espécies,
há semelhanças que são conservadas. A disciplina de genética
possibilitará que você compreenda como essas informações são
repassadas e, ainda mais, determinar qual a linguagem utilizada
para que essa informação seja repassada.
No presente módulo, iremos aprender como as informações são
conservadas entre os indivíduos, diferenciando os ácidos
nucleicos (DNA e RNA) e determinando suas principais funções.
Além disso, o módulo irá auxiliá-lo a compreender o que é o
gene e o genoma.
Todos os seres vivos são formados por células. Nestas células, o
material genético é conservado, de modo que as características
hereditárias são mantidas entre as gerações. Essa característica é
essencial para a manutenção das espécies, uma vez que mantém
as informações essenciais dos indivíduos. Essa conservação se dá
graças a forma de organização do material genético.
A organização é realizada por meio de algumas características,
como a complementariedade das bases, união entre os
nucleotídeos, formação da fita dupla de ácido
desoxirribonucleico (DNA), entre outros. Além disso, o genoma é
mantido no núcleo e na mitocôndria, protegido do ataque de
enzimas e outros compostos que possam deteriorá-lo.
Entretanto, mesmo contendo informações preciosíssimas, é
necessário que elas sejam enviadas para outras regiões da célula,
de modo a orientar as mais diversas ações celulares. Para tanto,
o material genético necessita ser transcrito, na forma de ácido
ribonucleico (RNA), que é uma molécula versátil e com diversas
funções.
Deste modo, o entendimento sobre a organização do DNA e
RNA, suas estruturas e funções, organização do gene e como eles
auxiliam na manutenção do genoma de uma espécie, são
essenciais para compreender como o organismo conserva as
informações e as mantém entre milhares de gerações.
2. Identificação do material
genético
Os seres vivos são diferenciados em duas grandes classes,
denominadas eucariotos e procariotos. Essa diferenciação se dá
graças a forma que esses indivíduos conservam o seu material
genético, ou seja, com a presença ou não de carioteca, onde o
material genético é preservado. As nossas células são todas
eucariontes, ou seja, nós possuímos núcleo delimitado, onde
conservamos o nosso material genético, ou seja, a molécula que é
responsável por fornecer as características hereditárias entre os
indivíduos. Essa molécula é da classe dos ácidos nucleicos e é
conhecida como DNA (Ácido desoxirribonucleico).
O DNA é formado pela união de milhares de unidades menores,
chamadas nucleotídeos e a sequência desses nucleotídeos é o que
conserva as informações entre as gerações de uma espécie. O
DNA não é o único ácido nucleico que existe, há ainda o RNA
(ácido ribonucleico), que tem papel essencial no transporte de
informações entre o núcleo e as outras regiões da célula.
Imagem representativa de
um nucleotídeo
Nas nossas células, o DNA é mantido concentrado no núcleo,
entretanto, a mitocôndria possui DNA próprio, responsável por
codificar proteínas específicas, relacionadas com a produção de
energia no nosso organismo. Por outro lado, o DNA contido no
núcleo é responsável por codificar todas as informações
necessárias às células.
Macromoléculas são moléculas essenciais à vida.
Existem diversas macromoléculas diferentes, como
ácidos nucleicos, proteínas, lipídeos e carboidratos. Elas
podem ter funções energéticas, estruturais, enzimáticas,
entre outras. Dessas macromoléculas, as proteínas são
as únicas formadas a partir da cópia direta do DNA.

Saiba mais sobre o DNA mitocondrial
Clique aqui

http://www.colegiogregormendel.com.br/gm_colegio/pdf/2012/textos/3ano/biologia/31.pdf
Mesmo com as mais diferentes células formando o nosso
organismo, o DNA presente em todas elas é o mesmo, ou seja,
quaisquer células do nosso organismo contêm o código
necessário para originar um indivíduo completo. Um ponto
importante de entendimento é que, mesmo sendo o DNA a
molécula responsável por conservar as nossas informações, ele
não é todo convertido em informações. Essas informações são,
na verdade, RNAs e proteínas. As proteínas são as principais
macromoléculas do organismo, responsáveis, dentre outras
coisas, por originar outras moléculas, por meio da atividade
catalítica. Os RNAs auxiliam no processo de tradução das
proteínas, ou seja, eles auxiliam na conversão do código genético
em proteínas, além de possuírem outras funções.
O conceito pode parecer confuso, porém, é exatamente isso: nem
todo o DNA presente no núcleo codifica informações, apenas
algumas regiões podem ser transcritas no organismo e gerar
RNAs que serão traduzidos em proteínas. Essas regiões são
chamadas de genes. 
3. Os ácidos nucléicos
 DNA: estrutura molecular e funções
No tópico anterior, você compreendeu como a célula conserva o
material hereditário e que esse material é formado pelos ácidos
nucleicos. Agora iremos estudar os ácidos nucleicos,
compreendendo suas características e diferenças, de modo a
aprofundarmos o nosso conhecimento sobre o código genético.
Você sabia?

As moléculas químicas responsáveis pela hereditariedade, ou
seja, por conservar as informações entre as gerações são os
ácidos nucleicos. Os ácidos nucleicos são considerados
macromoléculas, pois eles são formados pela união de milhões
de nucleotídeos, que são as suas unidades fundamentais ou
monômeros. Existem dois tipos de ácidos nucleicos diferentes, o
DNA e o RNA. Eles se diferenciam por algumas características
dos nucleotídeos que os formam.
Todo nucleotídeo é formado pela união de um açúcar (que é uma
pentose), um fosfato e uma base nitrogenada. A pentose pode ser
de duas classes: a desoxirribose ou a ribose. O que diferencia
cada uma delas é a ausência de uma hidroxila no carbono 2’ da
pentose, o que caracteriza a desoxirribose. Além disso, a pentose
funciona como o esqueleto, ou seja, como o corpo nos qual as
outras estruturas se unem.
Pentoses que formam um ácido nucleico. A. Ribose;
B. Desoxirribose
Na molécula da pentose, no carbono 5’, liga-se o fosfato (PO ),
que é responsável pela polaridade da molécula de ácido nucleico
formada, e no carbono 1’, a base nitrogenada que diferencia os
nucleotídeos.
Em 1953, a estrutura do DNA em dupla hélice foi
descrita por Watson e Crick. Eles criaram um modelo
em três dimensões para comprovar a sua teoria. Por esse
trabalho, eles ganharam o Prêmio Nobel de Fisiologia e
Medicina em 1962. 
4
–
As bases nitrogenadas são de duas grandes classes: as purinas e
as pirimidinas. Elas se diferenciam entre si pelo número de
heterociclos que as formam, sendo as purinas formadas por dois
ciclos fechados e as pirimidinas por apenas um. Ao todo, existem
cinco bases nitrogenadas diferentes: três pirimidinas, que são
Timina (T), Citocina (C) e Uracila (U) e duas purinas, que são
Adenina (A) e Guanina (G). As diferentes bases nitrogenadas dão
nome aos nucleotídeos. 
As bases nitrogenadas são um ponto essencial para a diferença
entre os ácidos nucleicos. Além da pentose ser diferente, no
DNA, quatro bases nitrogenadas se repetem ao longo da
molécula. São elas: Adenina, Timina, Citosina e Guanina. O
RNA, por sua vez, não possui Timina. No seu lugar, aparece a
Uracila.
Diferentes bases nitrogenadas que formam o DNA e RNA.
Agora que você já compreende as estruturas que compõem um
nucleotídeo, precisamos entender como esses nucleotídeos
formam os ácidos nucleicos. Um ácido nucleico,
independentemente de ser DNA ou RNA, é formado pela união
de milhares de nucleotídeos. Essa união se dá pela ligação do
fosfato de um nucleotídeo à hidroxila presente no carbono 3’ do
próximo. Essa ligação é chamada fosfodiéster. Essa ligação é
extremamente estável e muito difícil de ser desfeita. Alémdisso,
forma uma espécie de “coluna vertebral”, que mantém a
estrutura dos ácidos nucleicos unidas.
O DNA fica concentrado no núcleo ou nas mitocôndrias. Ele
possui ainda como característica apresentar uma dupla fita, ou
seja, ele é formado pela união de duas moléculas de ácidos
nucleicos unidas entre si. Essa união se dá entre as bases
nitrogenadas dos nucleotídeos, entretanto, ela não ocorre ao
acaso.
Um dos pontos mais importantes para a manutenção das
características de uma espécie é a conservação das informações
entre as gerações. Um dos principais responsáveis por isso é a
complementariedade das bases. O fato das bases serem
complementares significa que elas se unem sempre em pares
específicos, nunca ao acaso.
A complementaridade é a seguinte: Adenina sempre formará par
com a Timina da outra fita de DNA, enquanto a Guanina sempre
será complementar à Citosina. Essa regra vale para a fita de
RNA, entretanto, nesta, a Timina é substituída por Uracila.
Estrutura básica do DNA, destacando a
complementariedade das bases e a ligação
fosfodiéster entre os nucleotídeos.
Outro aspecto importante da complementariedade é que as
bases nitrogenadas mantêm a interação entre elas por meio de
ligações de hidrogênio, que é um tipo de interação por nuvem
eletrônica que conserva a estabilidade da dupla fita de DNA.
Devido a diferenças estruturais, as bases são capazes de realizar
um número diferente de ligações de hidrogênio entre si. Assim, a
Adenina faz duas ligações de hidrogênio com Timina ou Uracila,
enquanto a Guanina faz três com a Citocina.
A interação por nuvem eletrônica é fraca, porém, quanto maior o
número de interações, mais forte essa ligação será. Sendo assim,
quanto maior a quantidade de Citosinas e Guaninas em uma fita
de DNA, mais forte será essa interação e mais difícil será
desfazê-la.
Como os nucleotídeos não são unidos ao acaso, é possível
estabelecer uma relação matemática entre eles, sendo a
quantidade de Adeninas igual a quantidade de Timinas e a
quantidade de Citosinas igual a quantidade de Guaninas.
Ademais,
Adeninas + Citosinas = Guaninas + Timinas
A partir dessa relação matemática, é possível determinar o
percentual de bases em determinada sequência de DNA.
A ligação complementar entre as bases nitrogenadas sempre
ocorre entre uma purina e uma pirimidina. Essa informação é
importante, pois permite que a estrutura do DNA se mantenha
estável, isso porque a ligação complementar entre esses
diferentes tipos de bases nitrogenadas permite que a dupla-
hélice formada tenha a angulação perfeita.
Outra informação relevante a respeito da estrutura do DNA é
que a fita dupla possui orientação, ou seja, as duas fitas que
formam o DNA ficam unidas de modo inverso uma a outra, ou
seja, uma das fitas é iniciada pelo fosfato livre no carbono 5’,
sendo denominada extremidade 5’, e é finalizada com as
hidroxilas da pentose livres, sendo denominada extremidade 3’,
em conotação a hidroxila 3’ livre. Já a outra fita, complementar a
essa, inicia-se com a hidroxila livre e termina com o fosfato livre.
A ligação complementar entre as bases, associada às duplas
ligações entre elas, faz com que a estrutura possua uma
organização espacial, possuindo sulcos e voltas com tamanhos
pré-estabelecidos, o que confere ao DNA a forma de uma dupla-
hélice. Como já foi dito anteriormente, os cientistas que
determinaram a estrutura do DNA pela primeira vez foram
Watson e Crick, em 1953, utilizando, para isso, estudos com
difração de raio-X. O seu trabalho foi reconhecido
mundialmente e eles receberam o prêmio Nobel de Medicina e
Fisiologia em 1962.
RNA: estrutura molecular, tipos e funções
Agora você já aprendeu muita coisa sobre o DNA e precisamos
compreender o que é o RNA e qual a sua função na célula. O
ácido ribonucleico (RNA) é um ácido nucleico muito parecido
com o DNA, porém ele possui diferenças importantes, que
destacamos no capítulo anterior. Ele é parte importante do
nosso material genético, porém a função dele é completamente
diferente do DNA.
O DNA tem como papel central conservar e armazenar as
informações hereditárias; o RNA, por outro lado, é a cópia fiel
dos genes, ou seja, das sequências de DNA que contêm
informação e que podem gerar uma proteína.
O RNA é caracterizado por ser uma fita simples de nucleotídeos,
unidos entre si por uma ligação fosfodiéster. Estruturalmente,
ele possui hidroxila no carbono 2’ da pentose e ainda não possui
Timina como base nitrogenada na sua molécula formada. A
estrutura em fita simples faz com que o RNA possa ter diferentes
conformações tridimensionais, o que dá a essa macromolécula
uma versatilidade que não está presente no DNA.
Existem diversos tipos de RNA. Dentre eles, destacamos o RNA
mensageiro (RNAm), RNA ribossômico (RNAr), RNA
transportador (RNAt) e o microRNA de interferência (snRNAs).
Você sabia que diversos cientistas colaboraram para que
Watson e Crick descobrissem a estrutura em dupla
hélice do DNA? Dentre eles, há a cientista Rosalind
Franklin. Ela era uma especialista em cristalografia de
Raios-X e seus estudos foram usados como base para a
teoria de Watson e Crick. Quer saber mais sobre isso?
Leia o artigo a seguir.

Todos esses RNAs estão relacionados com a síntese de proteínas
ou regulação desse processo.
O RNAm é a cópia dos genes. Após o processo de cópia que
ocorre no núcleo celular, o RNA mensageiro é enviado ao
retículo endoplasmático rugoso (RER), local celular responsável
pela síntese de proteínas. Estruturalmente, o RNAm é uma
sequência aberta de nucleotídeos. Ele será decodificado pelo
RNAt durante a síntese de proteínas e é organizado em
sequências de três nucleotídeos, denominadas códons.
O RNAt é o responsável por decodificar o código trazido pelo
RNAm do núcleo. Para tanto, ele utiliza a complementariedade
de bases, semelhante ao que ocorre no núcleo com o DNA.
Existem, ao todo, 64 RNAt diferentes, responsáveis por fazer a
tradução do RNAm enviado pelo núcleo com a informação que
irá originar uma proteína. Para tanto, ele possui uma sequência
com três nucleotídeos, denominada anticódon, que é
complementar ao códon do RNAm. Cada um dos 64 RNAt
carrega um dos 20 aminoácidos que existem, logo, podemos
concluir que existe mais de um RNAt para o mesmo aminoácido.
O RNAr é a única molécula não proteica que funciona como uma
enzima, ou seja, ele é capaz de acelerar a ligação entre os
aminoácidos presentes no RNAt. Ele está presente nos
ribossomos que podem estar concentradas no PER ou livres no
citoplasma e sua função essencial é realizar a conexão entre os
aminoácidos, por meio de uma ligação química chamada ligação
peptídica, que é uma ligação do tipo amida. Deste modo, o RNAr
é o responsável pela formação da nova proteína.
Até o momento, podemos ver que esses três RNAs atuam em
conjunto para a síntese proteica. O miRNA tem outro papel. Ele
é formado por sequências longas de RNA, entre 10 e 25
nucleotídeos, que atuam regulando a expressão dos genes pelo
bloqueio do mRNA ou bloqueiam RNAs estranhos invasores na
célula.
Os snRNAs são usados no splicing do mRNA, na regularização
gênica, na manutenção de telômeros e em diversos outros
processos celulares, eles conseguem influenciar a quantidade de
RNAm que será formado por determinado gene. Deste modo, ele
pode suprimir o processo de tradução.
4.  A estrutura dos genes e o
genoma
O código genético tem algumas características que são
importantes para manter a sua estabilidade e a conservação
entre as gerações. Como descrito no capítulo anterior, a leitura
do código é sempre feita a cada três nucleotídeos, que são
chamados de códons. Além disso, o código é chamado
degenerado ou redundante, isso pois existem mais RNAt do que
aminoácidos a serem codificados. Essa característica, em
especial, permite que eles não causem prejuízo nas proteínas
formadas, mesmo que haja pequenos erros no processo de cópia
dos genes e isso acontece porque existem mais códonsque são
convertidos no mesmo aminoácido.
Ademais, o código genético não é ambíguo, ou seja, mesmo que
haja mais de um códon para o mesmo aminoácido, aquele
aminoácido não poderá ser codificado por outros códons que
não sejam os pré-estabelecidos. Por fim, ele é considerado semi
universal, devido à sua conservação entre as diferentes espécies.
Não é sobreposto, pois existe apenas um códon iniciador e um
finalizador em cada fita de RNAm formada, além de não existir
espaço entre os códons, ou seja, a leitura é contínua.
Os códons que codificam os nossos aminoácidos são os
mesmos em diversas outras espécies! Dentre elas, estão

Todos os RNAs gerados são copiados a partir dos genes que
estão no núcleo das células. O conjunto de genes presente em
uma espécie é o seu genoma. Segundo Borges-Osório (2013),
cerca de 5% do nosso DNA contém genes. Logo, a maior parte do
DNA é considerado DNA não genômico, que é caracterizado por
DNA repetitivo e sem função codificadora.
O DNA pode, então, ser classificado como DNA repetitivo e DNA
não-repetitivo. O DNA não-repetitivo é caracterizado pela
sequência de DNA única que corresponde aos genes estruturais
da célula que codificam polipeptídeos que integram enzimas,
hormônios, receptores, etc. Ele está distribuído entre os diversos
cromossomos que formam a espécie em diferentes regiões dos
cromossomos, especialmente em regiões subteloméricas. Esse é
o DNA que é copiado na forma de RNAm e que irá originar
proteínas após a tradução.
O DNA repetitivo, por outro lado, não se conhece
completamente todas as informações contidas nestas regiões de
DNA repetitivo e pode ser subdividido em DNA moderadamente
repetitivo e DNA altamente repetitivo. O primeiro é formado por
regiões pequenas e repetidas no genoma. Esse DNA codifica
informações relevantes, como o RNAr, RNAt, receptores de
células T, entre outros. O segundo é composto por sequências
pequenas de nucleotídeos repetidos milhares de vezes e
apresentados de forma dispersa no genoma. Essas sequências de
DNA altamente repetitivo também são também chamados
de tandem e não possuem genes. 
Essas repetições em tandem estão dispersas pelos cromossomos
e podem ser classificadas de acordo com o tamanho em: DNA
satélite, microssatélite e minissatélite.
Os mini e microssatélites apesar de não serem genes, se
leveduras, fungos e bactérias, bem como outros
vertebrados.
comportam como alelos com alta variabilidade genética na
espécie.
O DNA minissatélite é caracterizado por sequências curtas e
repetitivas (Short Tandem Repeats – STR) que são utilizados
como marcadores moleculares nas análises genômicas. Os DNAs
minissatélites aparecem por exemplo em regiões próximo aos
telômeros e são considerados como uma impressão digital. Ele
consiste em regiões do DNA altamente polimórfico, ou seja,
extremamente variável entre os indivíduos. Ele se situa próximo
aos telômeros e é considerado uma impressão digital genética.
Por fim, o DNA microssatélite é caracterizado por sequências
curtas e repetitivas (Short Tandem Repeats – STR) que são
utilizadas como marcadores moleculares nas análises genômicas.
5. Conclusão
Acabamos por aqui a unidade sobre ácidos nucleicos, gene e
genoma. Espero que você tenha aproveitado todo o conteúdo
apresentado. Podemos aprender como as informações são
passadas entre as gerações e como o organismo as preserva.
Além disso, você pode entender como as informações são
enviadas do núcleo para o citoplasma e são convertidas em
informação (proteínas).
Saiba mais sobre os DNAs repetitivos na medicina
forense: 
Clique aqui

http://www.biologia.bio.br/curso/2%C2%BA%20per%C3%ADodo%20Faciplac/Gen%C3%A9tica/DNA%20forense_artigo%20de%20revis%C3%A3o.pdf
6. Referências
ALBERTS, B.; et al. Fundamentos da Biologia Molecular. Bahia:
Ed. Artmed, 2017. Disponível em:
<http://www.colegiogregormendel.com.br/gm_colegio/pdf/201
2/textos/3ano/biologia/31.pdf> Acesso em: 15 de janeiro de
2019.
CARDOSO, Mayara. InfoEscola, [s.d]. Explicação de bases
nitrogenadas. Disponível em: <
https://www.infoescola.com/bioquimica/bases-nitrogenadas/>.
Acesso em: 14 de janeiro de 2019.
DOLINSKY, Luciana C.; PEREIRA, Lissiane M. C. V. DNA
Forense – Artigo de Revisão. Saúde e Ambiente em revista.
UNIGRANRIO, Rio de Janeiro, v.2, n.2, 2007. Disponível em:
http://www.biologia.bio.br/curso/2%C2%BA%20per%C3%ADo
do%20Faciplac/Gen%C3%A9tica/DNA%20forense_artigo%20d
e%20revis%C3%A3o.pdf Acesso em: 15 de janeiro de 2019.
PRAY, L. Discovery of DNA structure and function: Watson and
Crick. Nature Education. 1(1):100, Cambridge, MA, 2008.
THIEMANN, Otavio Henrique. A descoberta de estrutura do
DNA: de Mendel a Watson e Crick. QNEsc. V.40, n 4, 2003,
edição atual. Disponível em:
<http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc17/17-a04.pdf> Acesso
em: 15 de janeiro de 2019.
YouTube (2014, janeiro, 16). Amoeba Sisters. Why RNA is Just
as Cool as DNA. 4min42. Disponível em:
<https://www.youtube.com/watch?v=0Elo-zX1k8M>. Acesso
em: 15 de janeiro de 2019.
http://www.colegiogregormendel.com.br/gm_colegio/pdf/2012/textos/3ano/biologia/31.pdf
http://www.colegiogregormendel.com.br/gm_colegio/pdf/2012/textos/3ano/biologia/31.pdf
https://www.infoescola.com/bioquimica/bases-nitrogenadas/
http://www.biologia.bio.br/curso/2%C2%BA%20per%C3%ADodo%20Faciplac/Gen%C3%A9tica/DNA%20forense_artigo%20de%20revis%C3%A3o.pdf
http://www.biologia.bio.br/curso/2%C2%BA%20per%C3%ADodo%20Faciplac/Gen%C3%A9tica/DNA%20forense_artigo%20de%20revis%C3%A3o.pdf
http://www.biologia.bio.br/curso/2%C2%BA%20per%C3%ADodo%20Faciplac/Gen%C3%A9tica/DNA%20forense_artigo%20de%20revis%C3%A3o.pdf
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc17/17-a04.pdf
https://www.youtube.com/watch?v=0Elo-zX1k8M
Parabéns, esta aula foi
concluída!
Mínimo de caracteres: 0/150
O que achou do conteúdo estudado?
Péssimo Ruim Normal Bom Excelente
Deixe aqui seu comentário
Enviar