Nucleotideos e Acidos Nucleicos

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Resumo bioquímica nucleotídeos e ácidos nucleicos – Princípios da 
bioquímica de Lehninger 
Introdução 
 Os nucleotídeos apresentam uma variedade de funções no metabolismo celular. 
Estes são a moeda energética nas transações metabólicas, são as ligações químicas 
essenciais nas respostas da células a hormônios e a outros estímulos extracelulares e 
também são os componentes estruturais de uma estruturas ordenada de cofatores 
enzimáticos intermediários metabólicos e por último, estes compõe os ácidos nucleicos, 
sendo estes o DNA e o RNA, os repositores moleculares de informações genética. Tais 
compostos, tem papel fundamental uma vez que estes armazenam informações genéticas 
de uma geração a outra. 
Nucleotídeos e ácidos nucleicos tem pentoses e bases caracterizadas 
 Os nucleotídeos apresentam três componentes característicos, que são 1 uma base 
nitrogenada, 2 uma pentose, açúcar de cinco carbonos e 3 um ou mais fosfatos. A 
molécula a qual não possui um grupo fosfato e denominada nucleosideo. As bases 
nitrogenadas derivam-se de dois compostos relacionados, os quais são, a pirimidina e a 
purina. As bases e as pentoses comuns dos nucleotídeos comuns são compostos 
heterocíclicos. 
 Tanto o DNA, quanto o RNA possuem duas bases púricas principais, adenina e 
guanina, e duas pirimídicas. No DNA a pirimidina e a citosina, enquanto que no RNA e 
a uracila. Apenas em alguns casos muito raros a timina e encontrada no RNA ou a uracila 
no DNA. 
 Os ácidos nucleicos, possuem ainda dois tipos de pentoses, as quais são: nos 
DNA´s a pentose e a desoxirribose e nos RNA´s há a ribose. Nos nucleotídeos, ambos os 
tipos de pentoses estanho na sua forma de β-furanose, anel fechado com cinco átomos. 
Obs.: embora o DNA e o RNA, possuam bases nitrogenadas diferentes, não são estas as 
quais definem, se a molécula e DNA ou RNA, mas sim sua pentose, sendo que o composto 
que possui desoxirribose, é por definição DNA mesmo que este possua em sua base 
nitrogenada uma uracila, já o composto que possui a ribose logo este e o RNA, da mesma 
forma que o DNA, mesmo que haja uma timina essa molécula e classificada como RNA. 
 Embora os nucleotídeos que contém as principais purinas e pirimidinas, sejam 
mais comuns o DNA e o RNA, existem também algumas bases secundarias. No DNA, as 
mais comuns são as formas metiladas das bases principais, estas bases apresentam muitas 
vezes funções de regulação, bem como a proteção de informação genética. 
Ligações fosfodiester ligam nucleotídeos conservativos nos ácidos nucleicos 
 Os nucleotídeos consecutivos de ambos DNA e RNA, as ligados covalentemente 
por pontes, de grupos fosfato, nos quais o grupo 5´-fosfato de uma unidade nucleotidica 
e ligado ao grupo 3´-hidroxila do próximo nucleotídeo, criando dessa maneira uma 
ligação fosfodiester. O esqueleto do DNA e RNA, são hidrofílicos, os grupos de hidroxila 
dos resíduos de açúcar formam ligações de hidrogênio com a agua. 
Obs.: a orientação 5’ 3’, de uma fita de ácido nucleico refere-se a uma extremidade da 
fita, não a orientação da ligação fosfodiester individual ligando seus nucleotídeos 
constituintes. 
Obs.: a sequência a qual a fita e escrita e sempre da região da fita 5’ que está a esquerda, 
para a região 3’ que está a direita, ou seja, a sequência de escrita e sempre dada da 
esquerda para a direita. 
As propriedades das bases nucleotidica afetam a estrutura tridimensional dos ácidos 
nucleicos 
 As purinas e as pirimidinas, quando livres são compostos fracamente básicos, logo 
são chamados de bases. As purinas e as pirimidinas comuns, do DNA e do RNA, são 
compostos aromáticos, sendo esta uma propriedade importante para a estrutura, a 
distribuição dos elétrons e a absorção de luz dos ácidos nucleicos. Todas as bases 
nucleotidica realizam a absorção da luz UV, e os ácidos nucleicos são caracterizados por 
uma forte absorção em comprimentos de onda próximos a 2600 nm. 
 As bases púricas e pirimídicas, são ainda hidrofóbicas e relativamente insolúveis 
em agua perto do pH neutro da célula. Em pH´s ácidos ou alcalinos, as bases tornam-se 
carregadas e a sua solubilidade em agua aumenta. 
 Os grupos funcionais das purinas e das pirimidinas são anéis nitrogenados, grupos 
carbonila e grupos amino exociclicos. As ligações de hidrogênio envolvendo os grupos 
amino e carbonila são a forma mais importante de interação entre duas cadeias 
complementares de ácidos nucleicos. Os padrões mais comuns de interação são aqueles, 
que foram definidos por Watson e Crick, em que a ligação ocorre da seguinte maneira, a 
adenina liga-se a timina e a guanina liga-se a citosina, a guanina e a citosina, predominam 
no DNA e no RNA. 
Estrutura dos ácidos nucleicos 
 Como no caso das proteínas, nos ácidos nucleicos em alguns casos faz-se 
necessário a utilização de uma sequência hierárquica, primário, secundário, terciário. A 
estrutura primaria dos ácidos nucleicos e sua estrutura covalente e sequencia nucleotidica. 
Qualquer estrutura regular estável, adotada por alguns ou todos os nucleotídeos em um 
ácido nucleico pode ser considerada como estrutura secundaria. O enovelamento 
complexo de grandes cromossomos dentro da cromatina eucariótica e o nucleoide 
bacteriano ou o elaborado enovelamento de grandes moléculas de tRNA ou rRNA 
geralmente são considerados estruturas terciarias. 
O DNA é uma dupla-hélice que armazena informação genética 
 Em 1940 pesquisadores verificaram que quando se extraia o DNA de uma 
linhagem virulenta de uma bactéria e injetava-se esse DNA em outra bactéria não 
virulenta, esta última tornava-se virulenta, desta afirmação pode-se então constatar que o 
DNA carregava a sua linhagem virulenta. 
 Segundo a estrutura demonstrada por Watson e Crick, os esqueletos hidrofílicos 
de grupos fosfatos e desoxirriboses alternados estão do lado de fora da dupla-helice, 
orientados para a agua circundante. O pareamento perfeito das duas fitas cria um sulco 
maior e um sulco menor na superfície do duplex. Cada base nucleotidica de uma fita esta 
pareada no mesmo plano com a base de outra fita. Watson e Crick verificaram ainda que, 
os pares das bases nitrogenadas, unidos por ligação de hidrogênio de G com C e de A 
com T, são aquelas as quais se enquadram melhor dentro da estrutura do DNA. Bem como 
já havia sido previsto pelos dois pesquisadores, esta estrutura poderia ser replicada de 
forma logica, em que primeiro e realizada a separação das duas cadeias e depois há a 
síntese de uma nova cadeia que é complementar a cada uma delas. Cada cadeia 
preexistente funciona como molde para realizar a síntese da cadeia complementar. 
O DNA pode ocorrer em formas tridimensionais diferentes 
 O DNA é uma molécula extremamente flexível. Tendo uma rotação considerável 
e a possibilidade em vários tipos de ligações no esqueleto açúcar-fosfato e flutuação 
térmica pode produzir enovelamento, alongamento e desnaturação, fusão, das cadeias. 
Tais variações normalmente não afetam as propriedades-chave do DNA descritas pela 
dupla de pesquisadores já citada. A estrutura mais comum e conhecida como forma B do 
DNA ou B-DNA. A forma B e a estrutura mais estável para uma molécula de DNA de 
sequência aleatória sob condições fisiológicas, sendo assim o ponto de referência padrão 
em qualquer estudo das propriedades do DNA. 
Certas sequência de DNA adotam estruturas incomuns 
 Outras variações estruturais dependes de sequência encontradas em cromossomos 
grandes podem afetar a função e o metabolismo dos segmentos de DNA em suas 
adjacências. Exemplo, ocorrem curvaturas na hélice de DNA, sempre que quatro ou mais 
resíduos de adenosina aparecem sucessivamente em uma cadeia. Seis adenosinas uma 
após a outra, produzemuma curvatura de 18°. Um tipo de sequência de DNA bastante 
comum e o palíndromo, o termo e aplicado a regiões de DNA com repetições invertidas 
de sequência de bases tendo simetria dupla nas duas cadeias de DNA. 
RNA’s mensageiros codificam para cadeias polipeptídicas 
 O RNA, e a segunda maior forma de ácidos nucleicos nas células, tem muitas 
funções. Na expressão genica, o RNA atua como intermediário pelo uso de informação 
codificada no RNA para especificar a sequência de aminoácidos da proteína funcional. 
 Uma vez que a síntese proteica acontece nos ribossomos e o DNA fica 
praticamente confinado no núcleo celular, uma outra molécula deve transportar a 
mensagem genética do núcleo para o citoplasma, já em meados de 1950, o RNA já era o 
candidato para esta função, este possui grande valia dentro da célula, uma vez que se a 
síntese proteica aumenta, logo a quantidade de RNA citoplasmático também aumenta. A 
molécula que carrega a informação genética do DNA para os ribossomos é o RNA 
mensageiro. O processo de formação de um RNA mensageiro a partir de um molde de 
DNA é conhecido como transcrição. 
 O comprimento do RNA, é determinado pelo comprimento da cadeia 
polipeptídica a qual este codifica. Exemplo, uma cadeia polipeptídica de 100 aminoácidos 
requer um mRNA, de no mínimo 300 nucleotídeos, por que cada aminoácido e codificado 
por um grupo de 3 nucleotídeos. 
 
Muitos RNA´s possuem estruturas tridimensionais mais complexas 
 O RNA mensageiro e apenas uma das várias classes existentes de RNA celular. 
RNA´s transportadores são moléculas adaptadoras na síntese proteica, ligadas 
covalentemente a um aminoácido em uma extremidade, elas pareiam com mRNA de 
forma que os aminoácidos são unidos a um polipeptídio crescente na sequência correta. 
RNA´s ribossômicos são os componentes dos ribossomos. Existe uma grande variedade 
de ribossomos com funções variadas, como as ribozimas que possuem a função 
enzimática. 
 O produto de transcrição do DNA e sempre o RNA de fita simples. O pareamento 
de bases do RNA, funciona de maneira similar ao DNA, guanina pareia com citosina e 
uracila com timina, 
Química dos ácidos nucleicos 
 O papel do DNA como repositório da informação genética depende em parte da 
sua estabilidade inerente. As transformações químicas que ocorrem geralmente são muito 
lentas na ausência de um catalizador enzimático. Entretanto, o armazenamento a longo 
prazo da informação inalterada é tão importante para a célula que mesmo relações muito 
lentas que alteram a estrutura do DNA podem ser fisiologicamente significativas. 
Processos de carcinogenese e envelhecimento podem estar intimamente ligados ao 
acumulo lento e irreversível de alterações de DNA. Outras alterações podem ocorrer 
também, como o caso da abertura das cadeias, para que haja a replicação do DNA ou 
transcrição. 
DNA e RNA duplas-hélices podem ser desnaturadas 
 Quando o DNA e adicionado a pH´s extremos e a temperaturas, as quais estejam 
acima dos 80 graus, a viscosidade do DNA muda tal fator indica que houve uma mudança 
da estrutura física do DNA. Da mesma forma que o pH e a temperatura tem o poder de 
desnaturar proteínas globulares, estes meios também realizam a desnaturação do DNA, 
ou fusão, da dupla hélice do DNA. O rompimento das ligações de hidrogênio, afeta a 
estrutura do DNA e isso faz com que haja duas cadeias simples completamente separadas 
uma da outra pela molécula inteira ou parte da molécula. 
 O processo de renaturação do DNA é um processo rápido e de apenas uma etapa, 
quando este foi parcialmente separado, sendo que após o pH ou a temperatura voltar ao 
normal, as ligações do DNA voltam a interagir, fazendo com que a molécula volte a se 
enrolar, realizando o pareamento das bases nitrogenadas. No entanto, se as duas cadeias 
foram separadas totalmente, o processo de renaturação ocorre em duas etapas. Na 
primeira, relativamente lente, as cadeias encontram-se por meio de colisões aleatórias 
formando um segmento pequeno da dupla-hélice complementar. A segunda etapa, mais 
rápida, as bases não pareadas remanescentes vem sucessivamente se apresentando como 
pares de bases, e as duas cadeias se unem, como se fosse o fechamento de um zíper, para 
formar a dupla-hélice. 
 
 
Ácidos nucleicos de espécies diferentes podem formar híbridos 
 A capacidade de duas cadeias de DNA parearem-se uma com a outra pode ser 
utilizada para identificar sequencias de DNA semelhantes em duas espécies distintas ou 
no genoma de uma mesma espécie. A taxa de pareamento do DNA é afetada pela 
temperatura, pelo comprimento e pela concentração dos fragmentos de DNA a serem 
pareados, pela concentração de sais na mistura de reação e pelas propriedades da sua 
própria sequência. A temperatura e de fato muito importante, pois caso esta seja muito 
baixa a velocidade de união das partes semelhantes do DNA, será improdutiva, mas caso 
esta seja elevada e temperaturas muito elevadas irão favorecer a desnaturação. 
 Tal importância desse teste e que, quanto mais próximas duas espécies forem, 
mais facilmente seus DNA´s irão hibridizarem-se. 
Nucleotídeos e ácidos nucleicos sofrem transformações não enzimáticas 
 Purinas e pirimidinas, juntamente como os nucleotídeos dos quais elas são parte, 
sofrem alterações espontâneas na sua estrutura covalente. Alterações as quais produzem 
mudanças permanentes no DNA, são denominadas mutações, e muitas evidencias 
sugerem uma ligação estreita entre o acumulo de mutações em um organismo individual 
e os processos de envelhecimento e carcinogenese. As alterações celulares, são em geral 
rapidamente identificadas pelo DNA e eliminadas pelo sistema de reparo. 
Outras funções dos nucleotídeos 
 Além das suas funções como subunidades dos ácidos nucleicos, os nucleotídeos 
tem uma variedade de outras funções em cada célula, como carreadores de energia, 
componentes de cofatores enzimáticos e mensageiros químicos. 
Os nucleotídeos carregam energia química nas células 
 O grupo fosfato ligado covalentemente na hidroxila 5’ de um ribonucleotideo 
pode ter um ou dois fosfatos adicionais ligados. As moléculas são conhecidas como 
nucleosideos, mono, di e trifosfatos. Os três fosfatos geralmente são rotulados como 
sendo, α, β e γ. A hidrolise de nucleosideos trifosfatos, produz energia para direcionar 
muitas reações celulares. O ATP e sem dúvida o mais amplamente utilizado em algumas 
reações, mas o UTP, GTP E CTP, também são utilizados em algumas reações. Os 
nucleosideos trifosfatos também servem como precursores ativados na síntese de DNA e 
RNA. A estrutura do grupo trifosfato é a responsável pela energia liberada durante a 
hidrolise do ATP e de outros nucleosideos trifosfatos.