Aula 13 - Ácidos nucléicos

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Prof. Dr. Thiago Henrique Napoleão
Departamento de Bioquímica – UFPE
E-mail: thiagohn86@yahoo.com.br
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ÁCIDOS NUCLÉICOS
Os ácidos nucléicos – RNA (ácido ribonucléico) e DNA (ácido desoxirribonucléico) – são substâncias essenciais para os seres vivos, pois mantêm a informação genética que controla a atividade celular e a hereditariedade.
 
Ocorrem em todas as células vivas e são responsáveis pelo armazenamento e transmissão da informação genética e por sua tradução que é expressa pela síntese de proteínas.
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ÁCIDOS NUCLÉICOS
Os ácidos nucléicos são polinucleotídeos onde os resíduos nucleotídicos estão ligados em uma seqüência específica.
Os ácidos ribonucléicos (RNAs) possuem um espectro mais amplo de funções, sendo encontrados em várias classes.
O ácido desoxirribonucléico (DNA) constitui a base química da hereditariedade e está organizado em genes que contêm a informação para a síntese de um produto biológico funcional (proteína ou RNA).
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Os nucleotídeos possuem três componentes característicos:
 Uma base nitrogenada
 Uma pentose (carboidrato)
 Um fosfato
A molécula sem o fosfato é chamada de nucleosídeo
NUCLEOTÍDEOS
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NUCLEOTÍDEOS
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BASES NITROGENADAS
São moléculas planares, aromáticas e heterocíclicas.
As bases nitrogenadas são derivadas de dois compostos parentais, a pirimidina e a purina.
Anel pirimídico
Anel pirimídico + anel imidazólico
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BASES NITROGENADAS
Purinas
Pirimidinas
Principais bases nitrogenadas encontradas nos ácidos nucléicos
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BASES NITROGENADAS DO DNA E RNA
O DNA e RNA são constituídos por duas bases púricas principais, a adenina (A) e guanina (G).
As principais bases pirimídicas são citosina (C), timina (T) e uracila (U), sendo que timina está presente no DNA e a uracila no RNA.
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PENTOSES
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NUCLEOTÍDEOS
Ribonucleotídeos
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NUCLEOTÍDEOS
Desoxirribonucleotídeos
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Os nucleotídeos são unidos uns aos outros para formar DNA e RNAs
Os nucleotídeos são ligados por meio de “pontes” de grupo fosfato, onde o grupo 5’-fosfato de uma unidade nucleotídica está unido ao grupo 3’-hidroxila (pentose) do nucleotídeo seguinte, criando uma ligação fosfodiéster.
ESQUELETO COVALENTE DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
O esqueleto de pentoses e grupos fosfato alternados é altamente polar
A base nitrogenada funciona como um grupo lateral
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Características do esqueleto covalente dos ácidos nucléicos
Os esqueletos dos ácidos nucléicos são altamente hidrofílicos.
Em pH fisiológico, os grupos fosfatos estão ionizados e carregados negativamente, de forma que os ácidos nucléicos são poliânions.
Essas cargas negativas estão neutralizadas por interações iônicas com proteínas, íons metálicos e poliaminas.
Interações hidrofóbicas permitem o empilhamento das bases, de forma que elas se posicionam com os planos de seus anéis paralelos.
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Características do esqueleto covalente dos ácidos nucléicos
O esqueleto covalente está sujeito a uma hidrólise lenta e não enzimática da ligação fosfodiéster.
A ausência do grupo 2’-hidroxila no DNA o torna mais resistente a esse processo que o RNA.
A estrutura de uma fita de ácido nucléico é sempre escrita na direção 5’→3’:
Exemplo ao lado: ATG
A seqüência de nucleotídeos unidos covalentemente é a estrutura primária de um ácido nucléico.
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Duas fitas de ácidos nucléicos podem se associar através de pontes de H
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Ácido desoxirribonucléico (DNA)
A estrutura do DNA consiste em uma dupla hélice (duas cadeias helicoidais de ácido desoxirribonucléico em volta do mesmo eixo) mantidas em posição por:
pontes de hidrogênio entre as bases púricas e pirimídicas das respectivas fitas.
interações de van der Waals e hidrofóbicas entre as bases adjacentes empilhadas.
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Pareamento de bases na estrutura do DNA
O pareamento das duas fitas é muito específico:
 Timina pareia com adenina 
 Guanina pareia com citosina.
As duas fitas não são idênticas, mas complementares. Elas são antiparalelas.
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O GENE
O gene - a unidade fundamental da hereditariedade - é uma sequência de nucleotídeos do DNA.
 É um segmento de DNA que leva à produção de uma cadeia polipeptídica ou de um RNA.
 Os genes de eucariotos contêm ainda seqüências que não são traduzidas (íntrons) que se intercalam aos segmentos codificadores (éxons), que são traduzidos.
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Metilação de bases do DNA
A metilação pode servir como um mecanismo de defesa que ajuda a célula a distinguir seu DNA de um DNA estranho, marcando seu próprio DNA com grupos metila.
Geralmente, onde o DNA metilado é encontrado a transcrição é restrita (o  cromossomo X inativo de fêmeas de mamíferos é extensamente metilado).
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Metilação de bases do DNA
A metilação do DNA controla varias funções do genoma:
 Recombinação durante a meiose
 Controle da replicação
 Controle de DNAs “parasitas” que se inserem no genoma humano (ex.: DNA viral)
 Estabilização e manutenção da expressão gênica
 Regulação da diferenciação celular
 Inativação do cromossomo X
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Modificações na molécula de DNA
Reações espontâneas que ocorrem na molécula de DNA
 Desaminação de uma base
 Hidrólise da ligação glicosídica base-açúcar
 Formação de dímeros de pirimidina induzida por radiação
 Lesões oxidativas
O organismo possui um sistema de reparo do DNA.
Contudo, processos como a carcinogênese e o envelhecimento podem estar ligados ao acúmulo lento de alterações irreversíveis no DNA
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Ácidos ribonucléicos (RNAs)
Os RNAs também são polímeros de nucleotídeos púricos e pirimídicos ligados por ligações 3’,5’-fosfodiéster. Entretanto, diferentemente do DNA, no RNA:
A molécula de açúcar é a ribose, em vez da desoxirribose.
Em vez de timina, o RNA contém uracila.
O RNA existe na forma de uma fita simples, mas pode se associar dobrando-se sobre si própria.
Como a molécula de RNA é complementar a um das fitas de seu gene, seu teor de guanina não é necessariamente igual ao de citosina, nem o de uracila igual ao de adenina.
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Ácidos ribonucléicos (RNAs)
A informação contida em uma fita simples do RNA está baseada em sua estrutura primária (seqüência).
A seqüência do RNA é complementar à fita molde do gene que o originou (do qual ele foi transcrito) e é a mesma (exceto por U em lugar de T) da fita codificadora do gene.
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Ácidos ribonucléicos (RNAs)
Existem variadas espécies de RNA e quase todas estão envolvidas em algum aspecto da síntese protéica:
RNAs mensageiros
RNAs transportadores (ou de transferência)
RNAs ribossômicos
RNAs de interferência
microRNAs
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Ácidos ribonucléicos (RNAs)
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RNA mensageiro (RNAm)
 Os RNAs mensageiros transportam a informação genética do DNA para os ribossomos, fornecendo moldes que especificam as seqüências de aminoácidos nas cadeias polipeptídicas.
 O RNA mensageiro possui as trincas (códons) de bases nitrogenadas que definem os aminoácidos. 
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RNA mensageiro eucariótico
 Cobertura: 7-metilguanosinatrifosfato (extremidade 5’)
 Cauda poliA: de 20 a 250 unidades com resíduos adenilato (extremidade 3’)
Modificações pós-transcrição
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RNA mensageiro eucariótico
 Cobertura: está envolvida no reconhecimento do RNAm pela máquina de tradução e provavelmente também ajuda a estabilizar o RNAm, impedindo o ataque de 5’ exonucleases.
 Cauda poliA: funciona como um sítio de ligação para uma ou mais proteínas específicas e, assim, ajuda a proteger o RNAm da degradação enzimática. 
 Os RNAm deeucariotos são interrompidos por seqüências não-codificadoras, os íntrons, que são transcritos do DNA assim como o resto do gene.
 Os íntrons são removidos por diferentes formas de processamento.
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RNA mensageiro eucariótico
Existem 4 classes de íntrons no RNAm eucariótico:
a) Íntrons I e II: auto-processantes.
b) Íntrons III: são processados dentro de um
complexo protéico chamado spliceossomo.
c) Íntrons IV: removidos por exonucleases.
O spliceossomo é formado por proteínas específicas (snRNPs) e uma classe de RNAs conhecidos como snRNAs (pequenos RNAs nucleares).
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RNA transportador (RNAt)
 Os RNAt lêem a informação codificada no RNAm e transferem o aminoácido apropriado a uma proteína (cadeia polipeptídica) em crescimento.
 As moléculas de RNAt têm dimensão de 74 a 95 nucleotídeos e são geradas pelo processamento nuclear de uma molécula precursora.
 As células possuem de 40 a 50 RNAt diferentes.
 A estrutura primária de todas as moléculas de RNAt possibilita o dobramento extenso e a complementaridade intra-fita para gerar uma estrutura secundária que se assemelha a uma folha de trevo.
 Todas as moléculas de RNAt possuem 4 braços.
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RNA transportador (RNAt)
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RNA transportador (RNAt)
Braço aminoácido
Braço anticódon
Contém 7 nucleotídeos não pareados e o anticódon
Transporta um aminoácido específico esterificado pelo seu grupo carboxila ao resíduo A na extremidade 3’
Braço D
Braço TΨC
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RNA ribossômico (RNAr)
 São moléculas necessárias à montagem dos ribossomos e que desempenham papel fundamental na ligação do RNAm ao ribossomo.
 Os ribossomos são formados por duas subunidades, contendo cada uma dúzias de proteínas ribossômicas e pelo menos um grande RNAr.
 Em mamíferos, a subunidade maior (60S) contém um RNAr 5S, um RNAr 5,8S e um RNAr 28S.
 A subunidade 40S contém um único RNAr 18S.
 Com exceção do RNAr 5S, todas as moléculas de RNA ribossômico são processadas a partir de uma molécula precursora.
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RNA ribossômico (RNAr)
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RNA ribossômico (RNAr)
RNAr 5S
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RNA ribossômico (RNAr)
RNAr 5,8S
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RNA ribossômico (RNAr)
RNAr 18S
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microRNAs (miRNA)
Os miRNAs têm comprimentos de 21 a 25 nucleotídeos e são gerados pelo processamento de produtos de genes/unidades de transcrição específicos.
Os miRNAs formam dúplexes RNA-RNA imperfeitos com regiões dos RNAm que não são traduzidas, bloqueando a tradução.
Além de bloquear a tradução, a ligação dos miRNAs pode levar à degradação do RNAm.
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microRNAs (miRNA)
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RNA de interferência (siRNAs)
 Também chamados de RNAs interferentes pequenos (siRNAs)
Formam híbridos RNA-RNA perfeitos com RNAs mensageiros.
 A síntese das proteínas especificadas pelo RNAm diminui porque os complexos siRNAs/RNAm são degradados.
 Os siRNAs constituem alternativas extremamente potentes e úteis na tecnologia de supressão dos genes, uma vez que podem romper a função gênica sem criar um organismo mutante.
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RNA de interferência (siRNAs)
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Ribozimas
As ribozimas, ou enzimas de RNA, catalisam uma variedade de reações, principalmente do metabolismo de RNA e síntese protéica.
Muitas ribozimas são íntrons com capacidade de autoprocessamento, quer dizer, são capazes de autoeliminar-se unindo os dois éxons adjacentes. 
Ribozima do tipo cabeça de martelo
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