ESTRUTURA2

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Estrutura e Função de Nucleotídeos e Ácidos Nucléicos
Professora Ma. Melissa Kayser
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Introdução
Em 1870, Miescher isolou substâncias que tinham caráter ácido e eram formadas por carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio (azoto) e fósforo, chamou de “nucleína”, no núcleo de células com pus, encontradas em bandagens cirúrgicas.
Tais substâncias foram chamadas de ácidos nucléicos e sabe-se que elas estão relacionadas com o controle da atividade celular e com os mecanismos da hereditariedade.
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Ácidos Nucléicos
 São macromoléculas presentes em todas as células, tanto livres como combinados com proteínas (nucleoproteínas):
	- ARN ou RNA (ácido ribonucléico)
	- DNA ou ADN (ácido desoxirribonucléico) 
 
(O armazenamento da informação biológica é a única função conhecida do DNA).
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Ácidos Nucléicos
DNA: Armazenamento da informacão genética.
Estabilidade
RNA: várias funções:
RNA ribossomal (rRNA) - componentes estruturais de ribossomos.
RNA mensageiro (mRNA) – intermediário.
RNA transferência (tRNA) - moléculas adaptadoras que traduzem informação do mRNA em aminoácidos.
Os ácidos nucléicos são constituídos por nucleotídeos.
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Nucleotídeos
Desempenham papel:
 Fundamental na informação genética;
 No metabolismo intermediário; 
 Molécula-sinal em respostas celulares  cAMP***
 No armazenamento de energia (ATP)*;
 Na constituição de coenzimas (NADP+; NAD+; FAD; coenzima A)**
Além do seu papel como subunidades dos ácidos nucléicos, os nucleotídeos possuem uma variedade de outras funções em cada célula: como transportadores de energia*, componentes de cofatores enzimáticos** e mensageiros químicos***.
**Neste caso é um cofator orgânico.
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Nucleotídeos: formados por três diferentes tipos de moléculas:
um açúcar (pentose): desoxirribose no DNA e ribose no RNA.
um grupo fosfato.
uma base nitrogenada.
Nucleotídeo de DNA
Nucleotídeo de RNA
OBS.: A molécula sem o grupo fosfato é chamada nucleosídeo.
OH
OH
OH
H
Adenina, Guanina, Citosina, Timina e Uracila 
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As pentoses
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As Pentoses:
A adição de uma pentose a uma base nitrogenada produz um nucleosídeo. Os nucleosídeos de A, C, G, T e U são denominados, respectivamente, Adenosina, Citidina, Guanosina, Timidina e Uridina.
Se o açúcar em questão é a RIBOSE, temos um ribonucleosídeo, característico do RNA. Se o açúcar é a desoxirribose - 1 hidroxila a menos em C2 - temos um desoxirribonucleosídeo, característico do DNA. 
A ligação com a base nitrogenada ocorre sempre através da hidroxila do carbono anomérico da pentose.
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O Fosfato:
A adição de um ou mais radicais fosfato à pentose, através de ligação tipo éster com a hidroxila do carbono 5 da mesma, dá origem aos Nucleotídeos.
 
Os grupos fosfato são responsáveis pelas cargas negativas dos nucleotídeos e dos ácidos nucléicos.
 A adição do segundo ou terceiro grupo fosfato ocorre em seqüência, dando origem aos nucleotídeos di e trifosfatados.
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Bases Nitrogenadas:
Compostos heterocíclicos de carbono e nitrogênio:
 Pirimidinas (bases pirimídicas): anel heterocíclico único: citosina (C) e timina (T) no DNA; citosina (C) e uracila (U) no RNA.
Purinas (bases púricas): dois anéis heterocíclicos: guanina (G) e adenina (A): presentes tanto no DNA quanto no RNA.
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Ligação Glicosídica:
Ligação covalente estabelecida entre o carbono 1’ da pentose e o N1 das pirimidinas ou o N9 das purinas.
Pentose + base nitrogenada = nucleosídeo.
Figura representativa de nucleosídeos de DNA
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Ácidos Nucléicos
Numeração: 
Pentose = Carbonos – 1’ a 5’
Base nitrogenada – pirimidinas = 1 a 6 				purinas = 1 a 9
Ligação pentose – pirimidina – C 1’ N-1 	 pentose – purina – C 1’- N-9 
			
Fosfato 5’: mono-, di-, tri- = fósforo   
 = ligação éster (baixa energia)
  = ligação fosfoanidro (alta energia)
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Nomenclatura
Base Nucleosídeo Nucleotídeo Ác. nucléico 
Adenina	Adenosina		Adenilato		RNA	
			Deoxiadenosina	Deoxiadenilato	DNA	
Guanina	Guanosina		Guanilato		RNA	
			Deoxiguanosina	Deoxiguanilato	DNA	
Citosina	Citidina		Citidilato		RNA	
			Deoxicitidina		Deoxicitidilato 	DNA	
Timina		Timidina		Timidilato		DNA
Uracila		Uridina		Uridilato		RNA	
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DNA
Está presente no núcleo das células eucarióticas, nas mitocôndrias e nos cloroplastos, e no citosol das células procarióticas. 
Nas células germinativas e no ovo fertilizado, dirige todo o desenvolvimento do organismo, a partir da informação contida em sua estrutura. 
É duplicado cada vez que a célula somática se divide.
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Estrutura do DNA
Consiste de duas cadeias (fitas) helicoidais polinucleotídicas, enroladas ao longo de um mesmo eixo, formando uma dupla hélice.
Na dupla hélice as duas fitas de DNA são complementares (A = T e G ≡ C) e apresentam polaridades opostas: antiparalelas:
. polaridade 5’. 3’ em uma fita e 3’. 5’ na outra.
Grupo fosfato e desoxirribose (parte hidrofílica): localizados na parte externa da molécula.
Bases nitrogenadas (parte hidrofóbica): empilhadas dentro da dupla hélice,com suas estruturas hidrofóbicas de anéis quase planos muito próximos e perpendiculares ao eixo da hélice.
1
2
3
4
5
5
4
3
2
1
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DNA 
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DNA - Pareamento de Bases:
Bases são complementares.
Pontes de hidrogênio: entre os grupamentos amino e carbonil de duas bases: ocorrem em função da configuração eletrônica e da configuração espacial da molécula:
A = T são 2 pontes de hidrogênio
G ≡ C são 3 pontes de hidrogênio
G ≡ C É MAIS ESTÁVEL
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DNA fita dupla: cadeias antiparalelas
Ligações (Pontes) de Hidrogênio entre pares de bases
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Ligação Fosfodiéster
Ácidos nucléicos são polímeros lineares de nucleotídeos unidos por ligações fosfodiéster. 
Ocorre entre o fosfato do carbono 5 da pentose de um nucleotídeo e a hidroxila do carbono 3 da pentose do nucleotídeo seguinte.
A cadeia resultante é bastante polar e possui:
Uma extremidade 5’  fosfato de carbono 5 da pentose livre
Uma extremidade 3’  hidroxila de carbono 3 da pentose livre
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Moléculas de ácidos nucléicos possuem polaridade
e extremidades 5’ e 3’ distintas
Por convenção, as bases de uma seqüência são sempre descritas da extremidade 5’ para extremidade 3’ 
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Estabilidade do DNA
Propriedades
Desnaturação = separação da dupla fita
Quebra das pontes de H e das interações hidrofóbicas;
Causado por calor ou pH extremos (da mesma forma que o calor e extremos de pH causam desnaturação das proteínas globulares - proteínas in vivo);
Nenhuma ligação covalente no DNA é quebrada.
pH extremos – DNA em pH 12
Ácido - hidrolisa DNA e RNA
Base – hidrolisa RNA
Renaturação ou anelamento
Quando a temperatura, ou o pH, retorna ao nível biológico.
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A dupla hélice de DNA pode ser desnaturada reversívelmente:
Aquecimento
Extremos de pH
Separação
das fitas
Associação das fitas
por pareamento
de bases
Fitas separadas do DNA
com alças aleatórias
DNA parcialmente 
desnaturado
Anelamento
Desnaturação
DNA dupla hélice
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Desnaturação e Renaturação da fita dupla de DNA
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Replicação (ou duplicação) do DNA
Processo complexo que requer pelo menos 15 proteínas.
As duas cadeias vão se separando à medida que progride a duplicação em ambas, através da associação à cadeia original de nucleótidos de bases complementares (DNA matriz)
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Estrutura terciária do DNA
Cada molécula de DNA dupla-fita está organizada em cromossomos
bactérias e vírus: cromossomo único
células eucarióticas: vários cromossomos
46 cromossomos de uma 
célula somática humana
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O DNA no núcleo:
•Um cromossomo : uma molécula de DNA
•Genoma: o conjunto de cromossomos de uma dada espécie
•Genoma Humano: 46 cromossomos
•22 CROMOSSOMOS AUTOSSÔMICOS (X2)
•2 CROMOSSOMAS SEXUAIS
•Total: 6 x 109 pares de nucleotídeos
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Composição química dos Cromossomos Eucarióticos 
Cromatina é o conteúdo interno do núcleo da célula = DNA e Proteínas associadas (Histonas (protéinas básicas)
e não-Histonas (proteínas ácidas).
As histonas têm um papel estrutural importante (H1, H2a, H2b, H3 e H4) no empacotamento do DNA nos cromossomos. 
Necleossomo
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Nucleossoma
É o nome dado, nos seres eucariontes, à unidade fundamental da cromatina. 
Consiste numa unidade de DNA, dividida em duas espirais, que se enrolam em torno de um disco protéico, constituído por quatro pares de proteínas chamadas histonas (H2A, H2B, H3 e H4).
Estas histonas se ligam formando um cerne protéico, em volta do qual a dupla fita de DNA dá quase duas voltas completas. 
Podem ser vistos com o auxílio de um microscópio eletrônico, onde aparecem com o aspecto de pequenas contas de um colar, ao longo do DNA.
A molécula de DNA do fio cromossômico enrola-se, a intervalos regulares, sobre grânulos formados por moléculas de proteína. Esses grânulos protéicos envolvidos por DNA constituem o nucleossomo.
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Nas células eucarióticas, o DNA cromossomal está associado
a proteínas na cromatina formando nucleossomos
Enovelamento do DNA em torno dos nucleossomos compacta o DNA ~ 7 vezes.
Nos procariotos, o DNA cromossômico está associado a proteínas semelhantes a histonas no nucleóide (- que significa similar ao núcleo - é a região de algumas células procarióticas onde se concentra o material genético). 
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Níveis superiores de organização da cromatina
Voltas de DNA cromossomal
Fibras de 30nm: compactação de 100 vezes
Um nanômetro vale 1,0×10−9 metros
 – ou um milionésimo de milímetro.
1 nm = 0,000000001 metro ou
1 nm = 0,000001 mm
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Estrutura do RNA
Em relação ao DNA, 4 diferenças são importantes: 
O RNA possui uracila no lugar da timina na seqüência de bases.
A pentose do RNA é a ribose.
O RNA é formado por uma fita única, com eventual pareamento de bases intracadeia. 
A molécula do RNA é muito menor que a do DNA.
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Várias classes de RNAs
• RNAs mensageiro: Corresponde a apenas 5% do total de RNA da célula. Atua transportando a informação genética do núcleo da célula eucariótica ao citosol, onde ocorrerá a biossíntese protéica. É utilizado como molde nesta biossíntese.
• RNAs ribossômico: É encontrado, em associação com várias proteínas diferentes, na estrutura dos ribossomos. Corresponde a até 80% do total de RNA da célula.
• RNA transportador: É a menor molécula dos 3 tipos de RNA. Está ligado de forma específica a cada um dos 20 aminoácidos encontrados nas proteínas. Corresponde a 15% do RNA total da célula.
• Pequenos RNAs nucleares
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Estruturas de RNA
mRNA  são ácidos nucléicos que transportam a informação de um ou de uns poucos genes até o ribossomo, onde as proteínas correspondentes serão sintetizadas.
Fita simples;
Tendem a assumir conformação helicoidal;
Auto-complementariedade - estrutura mais complexas;
Pareamento: A-U, G-C e G-U!
Estrutura 3ária função de seqüência (~ a proteínas)
interações com grupo OH de C-2’
rRNA  são componentes estruturais dos ribossomos, grandes complexos que realizam a síntese de proteínas.
tRNA  são moléculas adaptadoras que traduzem fielmente a informação presente no mRNA numa sequência específica de aminoácidos.
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Estrutura
secundária com
grampos e alças
formando um trevo
tRNA
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O RNA mensageiro transmite a informação genética
armazenada no DNA
Tradução
de mRNAs
Transcrição
RNAs codificadores de
proteínas
RNAs não
Codificadores
(RNA adicional, inclui sequências que regulam a síntese de proteínas).
rRNAs: componentes estruturais dos ribossomos - catalisam a tradução de um mRNA em uma cadeia polipeptídica.
mRNAs
tRNAs: moléculas adaptadoras que traduzem a informação presente no mRNA em uma seqüência específica de aminoácidos.
rRNA faz a leitura 1ª e depois o tRNA se liga ao mRNA.
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Tradução
Sumariamente, o processo de tradução é realizado da seguinte maneira: 
Ao combinar-se com os ribossomos, o mRNA tem sua seqüência de códons lida, e para cada códon o respectivo tRNA é atraído até os ribossomos, e pela complementaridade de bases é feita a ligação entre o códon (do mRNA) e o anticódon (do tRNA), liberando o aminoácido carregado pelo tRNA que é então ligado à cadeia crescente do polipeptídio. 
Moléculas de tRNA ou RNA transportador (= transfer RNA) agem como adaptadores entre a seqüência codificante dos nucleotídeos do mRNA e o aminoácido que é codificado. 
 Uma ponta dessa molécula (tRNA) carrega o aminoácido e uma outra ponta consiste de uma seqüência de três nucleotídeos conhecida como anticódon. A síntese da proteína é encerrada quando os ribossomos encontram um códon de parada no mRNA.
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Síntese ou transcrição do RNA
Excepto em alguns vírus, o RNA são sintetizados a partir de uma parte da molécula de DNA.
É uma cadeia de DNA que serve de matriz mas não é sempre a mesma para todos os RNA. 
	(DNA  RNA por transcrição)
Duplicação do DNA 
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Tradução do gene em proteínas
(RNA mensageiro é o intermediário)
GENE => molécula de DNA que codifica => síntese de cadeia de aminoácidos => proteína.
Código DNA => sequência dos nucleótidos (3 a 3 bases) que determinam a incorporação de 1 aminoácido => sequência dos aminoácidos na proteína.
DNA dirige a síntese das proteínas através de um RNA mensageiro => residindo a informação genética na ordem ou sequência das bases azotadas.
Cada grupo de 3 bases do RNA mensageiro (mRNA) é específico de 1 dado aminoácido=> códão ou tripleto (ex: CCG; CCA; AGG)
Tradução – transferência de informação do mRNA para a estrutura da molécula protéica.
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Código Genético – correspondência entre cada tripleto (códão) de RNA e cada um dos 20 aminoácidos habituais das proteínas (desde 1964).
Códão que dá origem à síntese de qualquer proteína
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O papel do RNA mensageiro
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Estruturas fundamentais que intervêm na tradução
RNA de transferência e ribossomos
tRNA – é responsável pela formação de um complexo ativado com cada aminoácido e pelo seu transporte até ao tripleto que lhe corresponde na cadeia de mRNA
Ribossomos – estruturas celulares que servem de “posto de transferência”; têm 60 a 65% de rRNA (RNA ribossômico) e 35% a 40% de proteína.
Onde deve começar 
a tradução
Emparelhamento correto
 entre códãos e anticódãos
Formação da ligações
peptídicas
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rRNA em Ribossomo
tRNA
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Obrigada pela atenção!
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