Estrutura e função dos ácidos nucleicos

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ESTRUTURA E FUNÇÃO 
DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
Anderson Assaid Simão
Ácidos nucleicos
Compostos orgânicos que estão envolvidos em todos os processos vitais; regulando 
estes processos; considerados as substâncias mestras da vida
São responsáveis pelas informações hereditárias e controle das atividades 
celulares
Governam o desenvolvimento do corpo e suas características específicas
Ácidos nucleicos
São polímeros de nucleotídeos
Tipos de ácidos nucleicos
Ácido Desoxirribonucleico – DNA Ácido Ribonucleico - RNA
Nucleotídeos
Os nucleotídios, unidades básicas dos ácidos nucléicos, são constituídos de:
 Uma pentose (açúcar com cinco carbonos)
 Uma base nitrogenada (anel heterocíclico de átomos de carbono e 
nitrogênio).
 Um grupo fosfato (molécula com um átomo de fósforo cercado por 4 
oxigênios)
Pentoses
(RNA) (DNA)
1’
2’
3’
4’
5’
1’
2’
3’
4’
5’
Bases nitrogenadas
Adenina Guanina
Citosina Timina
(DNA)
Uracila
(RNA)Pirimidina
Purina
(anel simples)
(anel duplo)
Grupo fosfato
Ligação entre o Fosfato e a Pentose
Esta ligação é feita através de uma ligação fosfodiéster com a 
hidroxila ligada ao carbono-5’ da pentose
5’
Ligação entre a Base e a Pentose
Esta ligação é feita covalentemente através de uma ligação N-β-
glicosídica com a hidroxila ligada ao carbono-1’ da pentose.
Ligação N-β- glicosídica
(covalente)
Pirimidina
Puricas
Nucleosídio: composto formado pela união da 
pentose + base nitrogenada 
Ligação dos componentes do nucleotídeo
9
1´
1
Puricas
Pirimidinas
Ligação N- glicosídica – covalente
Ligação éster
Esta ligação é feita covalentemente 
através de uma ligação N-β-glicosídica
com a hidroxila ligada ao carbono-1’ 
da pentose.
Esta ligação é feita através de uma 
ligação éster com a hidroxila ligada ao 
carbono-5’ da pentose
Os nucleotídeos se ligam entre si p/ formar os polímeros de 
AN
Ligação
Fosfodiéster
A ligação ocorre entre o 
grupo 5’ fosfato de um 
unidade nucleotídica c/ o 
grupo 3’- hidroxil do 
próximo nucleotídeo 
Orientação das ligações fosfodiéster nas 
cadeia de AN
5’
3’
Espinha dorsal dos AN 
consiste em fosfatos e 
resíduos de pentoses 
alternados, e as BN 
podem ser consideradas 
como grupos laterais 
ligadas a esta espinha 
dorsal em intervalos 
regulares
RNA DNA
Adenina
Citosina
Uracila
Guanina
Guanina
Citosina
Timina
Adenina
Descoberta do DNA 
Bactéria virulenta,
encapsulada, viva.
Bactéria não-virulenta,
não-encapsulada, viva.
Bactéria virulenta,
encapsulada, viva.
Bactéria virulenta,
morta pelo calor.
Calor
DNA armazena a informação genética
Streptococcus pneumoniae
Bactéria não-virulenta, viva.
DNA isolado de bactéria
virulenta, morta.
Bactéria não-virulenta, não-
encapsulada, viva.
Bactéria virulenta,
encapsulada.
Bactéria virulenta, morta pelo calor.
Bactéria não-virulenta,
não-encapsulada, viva.
Mistura de Bactéria
não-virulenta viva e
virulenta morta.
• Estudos de Chargaff
– Composição das bases varia de uma espécie p/ outra
– Composição das bases não muda com a idade do organismo nem 
com o estado nutricional
– Amostras de DNA isoladas de diferentes tecidos da mesma espécie 
tem a mesma composição de bases 
– Em todos os DNAs o conteúdo de adenina é igual ao de timina (A=T)
– Conteúdo de citosina é igual ao de guanina (G=C)
– A + G (Purinas) = T + C (Pirimidina) 
• Estudos por Raios X
– DNA como sendo uma molécula longa e fina
– Possui dois filamentos associados entre si
– Molécula helicoidal
James Watson & Francis Crick (1953)
Estrutura dos Ácidos Nucléicos
(DNA)
James Watson & Francis Crick (1953)
Estrutura Tridimensional do DNA
As fitas são duplas; dispostas em formato helicoidal; dupla hélice
Bases N. (hidrofóbicas) das duas fitas estão empilhadas dentro da 
dupla hélice
Grupos fosfatos e pentoses - esqueletos hidrofílicos – externos
Melhor encaixe das bases é Adenina c/ Timina e Guanina c/ Citosina
Adenina se liga a Timina por meio de duas ligações de hidrogênio
Guanina se liga a Citosina por meio de três ligações de hidrogênio
As fitas são anti-paralelas
As duas fitas de DNA são complementares
As fitas não são iguais nem na composição nem na sequência bases
3’
5’
5’
3’
(James Watson & Francis Crick )
Estrutura Tridimensional do DNA
Fenda
maior
Fenda
menor
Cavidade
maior
Cavidade
menor
Formação das L.H. entra as bases
LIGAÇÃO ENTRE DUAS FITAS DE DNA
(ligações de hidrogênio são formadas em decorrência da presença de 
grupos ceto (C=O) e amino (C-NH2) nas bases)
 Ligações covalentes – unem os átomos;
 Forças de Van der Walls – entre os anéis aromáticos de 
bases adjacentes (ao lado);
 Forças hidrofóbicas – forçam as bases a se esconderem 
dentro da dupla hélice;
 Ligações de hidrogênio – entre as bases adjacentes.
FORÇAS QUE ESTABILIZAM A DUPLA-HÉLICE
DNA em formas tridimensionais diferentes
Forma ZForma BForma A
Ocorrem devido a flexibilidade da molécula de DNA; rotações em torno da ligação N - β –
glicosídica; em torno das ligações no esqueleto açúcar-fosfato; devido a mudanças 
estruturais e térmicas causando dobramentos da cadeia
 Forma clássica descrita por Watson e Crick e
mais abundante;
 Dupla-hélice gira para a direita;
 Apresenta uma cavidade maior e uma menor;
 Conclui uma volta a cada 10,5 pares de base.
Obs: Em solução, geralmente o DNA assume a conformação
B. Quando há pouca água disponível para interagir com a
dupla hélice, o DNA assume a conformação A.
DNA TIPO B
DNA TIPO A
 Dupla-hélice gira para a direita;
 Forma desidratada do tipo B;
 Conclui uma volta a cada 11 pares de base;
 Apresenta estrutura mais curta e larga;
 Forma presente nas regiões híbridas de
DNA:RNA e em RNA dupla fita.
DNA TIPO Z
 Dupla-hélice gira para a esquerda;
 Ocorre quando o açúcar e a base nitrogenada
ficam do mesmo lado da ligação glicosídica;
 Cadeia aparece na forma de zigue-zague;
 Apresenta estrutura mais longa e fina;
 Conclui uma volta a cada 12 pares de base;
 Em eucariotos o DNA tende a assumir a
conformação Z-DNA devido à metilação do DNA.
Outras estruturas do DNA
Certas sequências na molécula do DNA podem formar estruturas comuns e incomuns 
Aplicado a regiões c/ repetições invertidas de sequências de bases tendo 
simetria dupla nas duas cadeias do DNA
Tais sequências são auto complementares dentro de cada cadeia e forma outros 
tipos de estruturas: grampo e cruciforme
Grampo
Cruciforme
Uma única cadeia de DNA envolvida Ambas as cadeias de DNA envolvidas
Repetição invertida ocorre dentro de cada cadeia individual do DNA, não tem 
sequência complementar dentro da mesma cadeia.
Não forma grampus e estrutura cruciforme
Outras estruturas do DNA
DNA
(Ácido desoxirribonucleico)
Funções Armazenar e transmitir a 
Informação genética
Armazenamento da informação genética
O DNA carrega as informações genéticas e hereditárias, através de uma 
codificação química chamada de código genético. 
- 3 nucleotídeos determinam 1 aminoácido
- O código genético é degenerado (+ de 1 códon pode codificar o 
mesmo aminoácido
- É universal (válido para todas as espécies)
- Está sujeito a mutações
Replicação do DNA
É a cópia do DNA usando a própria molécula do DNA como molde
Permite que as células filhas recebam a mesma quantidade de DNA da célula mãe
Fita parental Fita parentalFitas filhas
c
Origem 
c
Origem de replicação Forquilha de replicação
Replicação do DNA
Copiada em pedaços
DNA ligase uneos fragmentos
Replicação do DNA
Nucleotídeo adicionados de forma continua
A replicação do DNA é semi-conservativa
Molécula parental original
Moléculas-filhas da primeira 
geração
Moléculas-filhas da segunda 
geração
Estabilidade do DNA
• A estabilidade e regularidade estrutural da molécula de DNA,
deve-se principalmente ao fato dos anéis de desoxirribose não
possuirem grupos hidroxila no C 2’
– Os grupos hidroxila tanto do C2' como C3' são muito reativos
• Podem participar de uma série de ligações pouco usuais
permitindo uma variedade enorme de conformações para a 
molécula de ácido nucléico
• Isto não seria uma característica desejável para uma molécula
que tem armazenado e transmitido a informação genética
durante estes milhões de anos de evolução
• O exercício de tal função exige estabilidade e regularidade
DNA é a única macromolécula para a qual existem sistemas de reparos
As enzimas envolvidas no processo de duplicação garantem a transferência de 
informação genética de forma intacta
RNA
(Ácido Ribonucleico)
Função Transmissão da informação 
Genética e Catalítica
Atua como um intermediário pelo uso da informação 
genética codificada no DNA p/ especificar a sequência de 
aminoácidos na proteína 
Interpreta e executa a informação do DNA 
 Polímero linear de nucleotídeos unidos por
ligações fosfodiéster 5’3’;
 Ribose - açúcar presente;
 Timina (T) é substituída pela Uracila (U);
 Normalmente fita simples, embora possa
apresentar pareamento intracadeia (estrutura
similar ao DNA tipo A);
 Alguns vírus apresentam RNA fita dupla como
genoma;
ESTRUTURA DO RNA
Descoberta da função do RNA 
Em eucariotos o DNA está confinado no núcleo e a síntese de proteínas ocorre nos 
ribossomos localizados no citosol
Qual molécula carrega essa informação no núcleo até os citosol ???
Resposta = RNA
RNA é encontrado 
tanto no núcleo como 
na citoplasma
Transcrição
Como RNA realiza a expressão gênica
É a síntese do RNA utilizando a molécula do DNA como molde
É realizada por um sistema enzimático que converte a informação genética contida em um 
segmento da fita dupla da molécula de DNA (gene) em uma fita simples de RNA com 
sequência de bases complementares a uma das fitas do DNA
Transcrição do RNA
Nem todo DNA pode ser transcrito, apenas o gene
Processo da Transcrição
É feito pela enzima RNA Polimerase 
Só transcreve trechos do DNA que são genes
Começa no trecho do DNA chamado Promotor
Promotor é uma sequência de bases que a enzima reconhece se liga e abre a dupla 
hélice do DNA
Enzima percorre o gene e sintetiza a molécula de RNA
Sequência de bases do RNA é dada pela sequência das bases do DNA
Se no DNA tem Timina no RNA vai ser Uracila
DNA volta a se fechar 
Expressão Gênica
Após a sua síntese a molécula de RNA passa por um processo pois esta ainda não é 
completamente codificante
Splicing
Introns: não codificante
Removidos 
Éxons: codificante
Ligados uns aos outros 
RNA mensageiro:
Contêm a informação para a 
síntese de proteínas.
Sequência de 3 nucleotídeos 
= códon
Os RNAm representam cerca 
de 4% do RNA celular total.
RNA transportador: 
Transporta aminoácidos para 
que ocorra a síntese de 
proteínas.
Lê a informação codificada no 
RNAm
Apresenta anticódon
Os RNAt correspondem a 10% 
do RNA total da célula.
RNA ribossômico:
Componentes da maquinaria 
de síntese de proteínas 
presente nos ribossomos.
Os RNAr correspondem a 85 % 
do RNA total da célula, e são 
encontrados nos ribossomos 
(local onde ocorre a síntese 
protéica).
Tipos de RNAs produzidos pela transcrição 
RNAs são responsáveis pela tradução
Síntese de proteínas a partir da informação genética contida no DNA, transcrita 
em RNA e convertida em proteínas
Se a célula vai produzir a proteína hemoglobina, primeiro ela transcreve o gene 
desta proteína em RNA e depois faz a tradução em proteína
Síntese vai até que chegue 
no ribossomo um códon de 
parada 
Expressão Gênica
Estrutura Tridimensional do RNA
Moléculas de RNA exercem suas 
funções como fitas simples
RNA pode fazer pareamento de 
bases c/ regiões complementares 
em sua cadeia e assumir 
conformação helicoidal
Mas nunca de dupla hélice
Moléculas de RNA e DNA parecem 
semelhantes, diferindo pelo fato do 
RNA apresentar grupo hidroxil na 
posição 2’ da pentose e Uracil no 
lugar de Timina
Pareamento das bases
G=C
A=U
Interação de empilhamento das bases 
ajuda na estabilização da estrutura
Quando sequências complementares 
estão presentes a estrutura 
predominante é a helicoidal a direita 
Simples 
fita
Bolha
Alça 
interna
Grampo
Grampo. Hélice do tipo A
Estrutura Tridimensional do RNA
Quebras na hélice regular causadas por pareamento incorreto (alça interna) 
ou não pareamento (protuberância)
Alças do tipo grampo
formam-se entre 
sequências auto 
complementares 
vizinhas; são o tipo 
mais comum de 
estrutura recorrente 
na molécula do RNA
Estrutura do RNA
Diferença estrutural entre DNA e RNA
Localização celular
Ribossomos
Nucleoide (DNA compactado)
Pili
Flagelo
Envelope celular 
(membrana)
Célula procariótica (bactérias):
Não tem organelas (núcleo, 
mitocondrias, etc)
Material genético compactado 
no nucleóide (não 
compartimentalizado)
Cromossomo único, circular 
fechado (na maioria das 
bactérias, ex: Escherichia coli)
Célula eucariótica:
núcleo, mitocôndrias e cloroplastos
Ribossomos
Envelope nuclear
Núcleo
Ribossomos
Mitocondrias
Cloroplasto
Forma celular
Heterocromatina: parte inativa do DNA, não codificante
Eucrocromatina: parte ativa do DNA, codificante, corresponde a 5% do DNA
Química dos Ácidos Nucléicos
DNA dupla-fita
Desnaturação Anelamento
Parcialmente 
desnaturado
Desnaturação total
Associação por
pareamento de bases
DNA fita simples
• DNA: pode ser desnaturado e 
renaturado.
• agentes desnaturantes: 
aquecimento e extremos de pH.
•Rompe as ligações de 
hidrogênio entre os pares das 
bases e do empilhamento das 
bases
 desaminação de bases;
 hidrólise das ligações N-glicosídicas entre açúcar-base;
 formação de dímeros de pirimidina induzidos por
radiação e lesão oxidativa.
Todas são alterações que ocorrem lentamente, mas são 
significantes por causa da baixa tolerância das células por 
alterações no material genético.
Alterações na estrutura do DNA que causam mudanças 
permanentes na informação genética codificadas no DNA são 
chamadas de 
mutações
Reações espontâneas das bases e nucleotídeos 
Reações espontâneas
Reações espontâneas
- Depurinação: hidrólise da ligação N-β-glicosídica criando lesão 
no DNA chamada sítio apúrico
+
Energia
Outras funções dos Nucleotídeos 
Moeda energética
Outras funções dos Nucleotídeos 
Componente de cofatores enzimáticos
Muito Obrigado pela Atenção