Aula 15 - Ácidos nucleicos e replicação

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Universidade Federal do Ceará
Centro de Ciências
Departamento de Bioquímica
Nucleotídios e Ácidos Nucleicos
Replicação do DNA
Profa. Dra. Lady Clarissa Rocha
DNA x RNA
mensageiro;
transportador;
ribossômico.
Ácidos Nucleicos
• Uma base nitrogenada
• Uma pentose
• Um fosfato.
ribose
desoxirribose
pirimidina
purina
Unidades básicas dos ácidos nucleicos: NUCLEOTÍDEOS
Pentoses
Bases nitrogenadas
Desoxirribonucleotídeos
Ribonucleotídeos
A ligação entre nucleotídios sucessivos nos ácidos nucleicos é 
feita pelas ligações fosfodiéster
As bases nitrogenadas são ligadas através de pontes de 
hidrogênio, formando fitas COMPLEMENTARES
Propriedades das bases nitrogenadas x Estrutura tridimensional 
dos ácidos nucleicos
• Os átomos dos anéis das bases
nitrogenadas sofrem ressonância;
como resultado, as bases
nitrogenadas e portanto os ácidos
nucleicos absorvem luz UV em
comprimentos de onda próximos a
260 nm;
• Insolúveis em pH neutro devido a
hidrofobicidade das bases
nitrogenadas;
• Interações hidrofóbicas, van der Waals e dipolo-
dipolo entre as bases de uma mesma cadeia
promovem um empilhamento que minimiza o
contato entre as bases e a água. Isso contribui
bastante para a estabilização da estrutura
tridimensional dos ácidos nucleicos.
• Outra forma de interação importante ocorre entre
as bases de duas cadeias diferentes. As bases formam
pontes de H entre os grupos amino e carbonila,
permitindo o pareamento de bases definidos por
Watson e Crick, onde A pareia com T e C pareia com
G.
• Diferentes níveis estruturais:
- Primário: determinado pela sequencia de nucleotídios e
sua estrutura covalente;
- Secundário: determinado por uma estrutura estável
regular;
- Terciário: determinado pelo complexo enovelamento de
um cromossomo dentro da cromatina.
A estrutura do ácido nucleico
O DNA em formas tridimensionais diferentes
- Duas cadeias helicoidais em
torno do mesmo eixo;
- Esqueleto hidrofílico para
fora e bases hidrofóbicas para
dentro da dupla hélice;
- Bases de uma mesma fita
empilhadas em planos
paralelos e pareadas com as
bases da outra fita.
O DNA é uma dupla hélice
Modelo de Watson e Crick para a estrutura do DNA
- As duas fitas do DNA são antiparalelas, isto é, correm
em direções opostas;
- As duas fitas do DNA são complementares,
obedecendo aos pareamentos A-T e G-C;
- A estrutura tridimensional da dupla hélice é
estabilizada por duas forças: pontes de H entre os
pares de bases e interações que promovem o
empilhamento das bases.
- A composição em bases no DNA varia entre as espécies,
mas não varia entre os tecidos corporais de uma mesma
espécie;
- A composição de bases não se altera com a idade do
organismo, seu estado nutricional ou a mudança de
ambiente;
- Quantidade de A = T e G = C
A + G = T + C
Composição de bases distintas nas moléculas de DNA
A dupla hélice pode ser desnaturada
• Transformação física pelo calor ou
extremos de pH;
• Rompimento das pontes de H
desfazem o pareamento entre as
bases;
• Efeito hipercrômico.
• A temperatura de fusão varia entre DNAs de diferentes espécies;
• A temperatura de fusão é maior quanto maior for a proporção de
pares C-G. Por quê?
Replicação do DNA
• O metabolismo do DNA compreende:
- Replicação: síntese fiel de novas cópias de DNA – alto grau de
acurácia a fim de evitar erros que podem ocasionar graves
consequências que serão transmitidas às gerações futuras;
- Reparo: detecção e correção de eventuais erros na replicação –
manter a integridade da informação genética;
- Recombinação: rearranjo de sequências – mecanismos que
levam à diversidade biológica.
Aspectos universais sobre a replicação
• A replicação do DNA é SEMICONSERVATIVA: cada fita serve de molde
para a síntese de uma nova fita; ao final, a duas moléculas de DNA
conterão uma fita velha e uma recém sintetizada;
• A replicação é BIDIRECIONAL e começa na origem: as duas fitas de DNA
são sintetizadas simultaneamente, iniciando em um ponto específico do
DNA, chamado origem;
• A síntese do DNA prossegue na DIREÇÃO 5’ 3’ e é SEMIDESCONTÍNUA:
uma fita é sintetizada continuamente (fita líder) e a outra é sintetizada de
forma descontínua (fita atrasada); isso é decorrente do antiparalelismo das
duas fitas e da replicação bidirecional no sentido 5’ 3’.
Maquinaria enzimática da replicação
• Endonucleases X Exonucleases
- Remoção de nucleotídios;
• DNAs polimerases
- Adição de nucleotídios;
- Requerimentos:
 Um molde – a própria fita de DNA;
 Um iniciador (primer) – oligonucleotídio de RNA
complementar ao molde. A DNA polimerase não é capaz de
realizar síntese de novo.
Maquinaria enzimática da replicação
Maquinaria enzimática da replicação
• DNA polimerase 1
- Primeira a ser purificada e caracterizada;
- Em E. coli: 1 erro a cada 103 ou 104 replicações;
- 1 erro a cada 109 ou 1010 nucleotídios adicionados.
- A que se deve esse alto grau de fidelidade na replicação?
 Alta capacidade de realizar o pareamento correto entre as
bases nitrogenadas – especificidade enzimática;
 Atividade exonucleásica 3’ 5’ (atividade revisora).
Maquinaria enzimática da replicação
• A DNA polimerase 1 não é a única em E. coli:
- DNA polimerase II: função de reparo;
- DNA polimerase III: principal enzima envolvida no
alongamento do DNA.
• Qual a importância da DNA polimerase 1 na replicação?
- Exclusiva atividade exonucleásica 5’  3’ – detecta e corrige
bases não pareadas; substitui iniciador de RNA por DNA com a
sua atividade polimerásica.
Maquinaria enzimática da replicação
Maquinaria enzimática da replicação
• O DNA é a única macromolécula que requer um sistema de reparo – é
insubstituível;
•Alterações na informação genética codificada no DNA: erros de replicação;
fatores ambientais – radiação, agentes mutagênicos.
Reparo do DNA
Reparo do DNA
• Reparo de despareamento pós replicação:
- O sistema de reparo distingue a fita molde da fita
nova através de metilação da fita molde nas adeninas
das sequências 5’-GATC-3’;
- Os nucleotídios despareados na fita nova são
substituídos e depois a fita nova também é metilada
pela enzima Dam metilase.