Nucleotídeos-e-ÁcidosNucléicos

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Nucleotídeos e Ácidos Nucléicos 
Instituto de Química de São Carlos – IQSC 
Universidade de São Paulo 
Disciplina: Bioquímica I 
Docente: Profa. Dra. Fernanda Canduri 
Tópicos 
 Estrutura dos nucleotídeos 
 As bases nitrogenadas 
 Ribonucleosídeos e desoxirribonucleosídeos 
 Nomenclatura 
 Função dos nucleotídeos 
 Estrutura e função dos ácidos nucléicos 
 O Dogma Central da Biologia Molecular 
 Fluxo da informação genética 
Estrutura dos nucleotídeos 
 Os nucleotídeos são formados por uma base 
nitrogenada ligada a um açúcar (ribose), o qual possui 
ao menos um grupo fosfato ligado. 
Os nucleosídeos compreendem a base nitrogenada 
ligada apenas a um açúcar 
As bases dos nucleotídeos 
 As bases são moléculas planares, aromáticas e 
heterocíclicas 
 
 Estas bases são derivadas de uma purina ou de uma 
pirimidina 
 
Purina Pirimidina 
As bases nitrogenadas púricas 
 As mais comuns são a adenina (A) e a guanina (G) 
 As purinas se ligam a um açúcar de 5 carbonos (uma 
pentose) por meio do átomo N9 
As bases nitrogenadas pirimídicas 
 As principais são a timina (T), a citosina (C) e a uracila 
(U) 
 As pirimidinas se ligam a um açúcar de 5 carbonos 
(uma pentose) por meio do átomo N1 
Nomenclatura dos nucleotídeos e ácidos nucléicos 
Base Nucleosídeo Nucleotídeo Ác. Nucléico 
Purinas 
Adenina Adenosina Adenilato RNA 
 Desoxiadenosina Desoxiadenilato DNA 
Guanina Guanosina Guanilato RNA 
 Desoxiguanosina Desoxiguanilato DNA 
Pirimidinas 
Citosina Citidina Citidilato RNA 
 Desoxicitidina Desoxicitidilato DNA 
Timina Timidina Timidilato RNA 
 Desoxitimidina Desoxitimidilato DNA 
 Uracila Uridina Uridilato RNA 
Ribonucleosídeos e desoxirribonucleosídeos 
 Nos ribonucleosídeos, a pentose é ribose 
 Nos desoxirribonucleosídeos, a pentose é a 2’-
desoxirribose 
Os ribo e desoxirribonucleotídeos 
 Corresponde a base, a ribose, mais um ou mais grupos 
fosfato 
 O grupo fosfato pode estar ligado ao C3’ ou ao C5’ da 
pentose  3’- ou 5’-nucleotídeo 
 5’-nucleotídeo pode ser denominado nucleosídeo-5’-
fosfato 
 Os ribonucleotídeos são encontrados no RNA (ácido 
ribonucléico) 
 Os desoxinucleotídeos são encontrados no DNA (ácido 
desoxirribonucléico) 
 A, G e C são encontrados nos ribonucleotídeos e nos 
desoxiribonucleotídeos 
 U é encontrada basicamente em ribonucleotídeos, e T 
somente em desoxiribonucleotídeos 
 
Os ribo e desoxirribonucleotídeos 
Funções dos nucleotídeos e seus derivados 
 Nas células, a maioria dos nucleotídeos encontram-se 
na sua forma polimérica (DNA ou RNA) 
 Principal função: armazenamento e a transferência da 
informação 
 Nucleotídeos livres e derivados desempenham uma 
grande variedade de funções metabólicas não-
relacionadas à informação genética 
Nucleotídeos livres 
 Nucleotídeo mais conhecido: trifosfato de 
adenosina – ATP 
 
O ATP 
 O ATP é um carreador ou transmissor de energia 
 Difunde-se pela célula, fornecendo energia para as 
tarefas celulares, como reações biossintéticas, 
transporte iônico e movimento celular 
 A energia é disponibilizada pela transferência de 1 
(ou 2) dos grupos fosfato a outra molécula 
Outros derivados de nucleotídeos 
 Todos os processos básicos que recuperam energia 
dependem de vários derivados de nucleotídeos que 
transferem a energia em quantidades discretas 
 
 Apesar das variações no metabolismo energético dos 
diferentes organismos, diversos derivados de 
nucleotídeos destacam-se pela sua universalidade. 
São eles: 
 Flavina-adenina-dinucleotídeo – FAD 
 
 Nicotinamida-adenina-dinucleotídeo – NAD 
 
 Nicotinamida-adenina-dinucleotídeo-fosfato – NADP 
 
 Coenzima A 
 
FAD 
 Contém uma adenosina ligada à riboflavina por meio 
de dois grupos fosfato 
A porção flavina 
oxidada e reduzida 
NAD 
 Participa de reações 
de oxidação-redução 
 A adenosina está 
ligada por meio de 
dois grupos fosfato a 
uma ribose, e a 
nicotinamida 
Forma oxidada e reduzida do NAD 
NADP 
 A adenosina está ligada por meio de 
dois grupos fosfato a uma ribose, e a 
nicotinamida 
 Um terceiro grupo fosfato está ligado 
à ribose da adenosina na posição 2’. 
 A porção nicotinamida, derivada da 
vitamina niacina é o sítio da redução 
reversível 
 A base nicotinamida do NAD está 
ligada a uma base ribose fosforilada, 
formando um dos dois nucleotídeos 
desse dinucleotídeo 
Coenzima A (CoA) 
 Tem função central no 
metabolismo 
 É um carreador de 
grupo acil 
(CH3[CH2]nCO
-) 
 É derivada do ácido 
pantotênico – vitamina 
B3 
 
A coenzima A 
Estrutura dos ácidos nucléicos 
 Os nucleotídeos podem ser unidos 
entre si e formar polímeros, o RNA e o 
DNA 
 Os ácidos nucléicos são cadeias de 
nucleotídeos ligados por pontes de 
grupo fosfato nas posições 3’ e 5’ de 
unidades de ribose vizinhas 
 Os fosfatos são ácidos, por isso os 
ácidos nucléicos formam poliânions em 
pH fisiológico 
 A ligação entre nucleotídeos individuais é a ligação fosfodiéster 
 
As unidades terminais que não estão ligadas a outro nucleotídeo 
são as extremidades 5’ e 3’ 
 
O tamanho do polímero altera propriedades físicas como carga e 
solubilidade 
 
Um polímero de resíduos não-idênticos possui uma propriedade 
que seus monômeros não possuem: contém a informação na 
forma da sua sequência de resíduos 
Composição das bases do DNA 
 O DNA possui um número de resíduos de adenina igual ao 
de timina (A=T) e de citosina igual ao de guanina (C=G) 
 Essas relações são conhecidas como regra de Chargaff – 
anos 40 –Erwin Chargaff 
 Sua composição difere bastante entre os diversos 
organismos 
 Bactérias: conteúdo G+C varia de ~25 a 75% 
 É mais ou menos constante entre espécies relacionadas – 
mamíferos: G+C varia de 39 a 46% 
Significado da regra de Chargaff 
 A base estrutural para essa 
regra é derivada da natureza 
da fita dupla do DNA 
A dupla hélice 
 A estrutura do DNA foi determinada por 
James Watson e Francis Crick em 1953 – 
marco do surgimento da biologia 
molecular moderna 
 
 Não é apenas a molécula fundamental da 
vida, mas sua estrutura sugeriu o 
mecanismo molecular da hereditariedade 
 
 As descobertas foram baseadas nas 
regras de Chargaff e nas formas 
tautoméricas corretas das bases – 
molécula helicoidal 
As bases púricas e pirimídicas dos ácidos nucléicos podem 
assumir diferentes formas tautoméricas 
 Tautômeros são isômeros de conversão fácil, diferindo 
entre si apenas nas posições dos hidrogênios 
Jerry Donohue, em 
1963, observou que a 
forma ceto é 
predominante 
Características principais do modelo de DNA de Watson 
e Crick 
1. Duas cadeias 
circundam um eixo 
comum formando a 
dupla hélice 
 
2. As duas fitas de 
DNA são 
antiparalelas, mas 
cada uma forma 
uma hélice para o 
lado direito 
3. As bases ocupam o 
centro da hélice, e as 
cadeias de açúcar-
fosfato estão na 
periferia, minimizando a 
repulsão entre os 
grupos fosfato 
carregados. A 
superfície forma dois 
sulcos de largura 
desigual – a cavidade 
maior e a cavidade 
menor. 
 
 
Características principais do modelo de DNA de Watson 
e Crick 
Cadeia 
de açúcar 
4. Cada base está ligada a uma 
base da fita oposta por meio de 
ligações de hidrogênio, 
formandoum par de base 
planar - pareamento de fitas 
complementares – associação 
específica das duas cadeias da 
fita dupla. 
Características principais do modelo de DNA de Watson e 
Crick 
Ligações de hidrogênio dos pares de bases 
A guanina realiza três ligações de hidrogênio com 
citosina, e a timina realiza duas ligações de hidrogênio 
com adenina 
A ligação de hidrogênio 
 A molécula de água, por exemplo, possui dois átomos de 
hidrogênio que podem ser doadores e dois pares de elétrons que 
podem atuar como aceptores de ligações de hidrogênio 
Ligações de hidrogênio dos pares de bases 
Formação dos cromossomos 
Genoma 
 O genoma de um organismo 
– conteúdo específico de 
DNA – pode estar distribuído 
em diversos cromossomos, 
cada um contendo uma 
molécula de DNA separada. 
 Vários organismos são 
diplóides – dois conjuntos 
equivalentes de 
cromossomos. 
 Devido ao seu comprimento, 
as moléculas de DNA são 
descritas em termos do 
número de pares de bases 
(pb ou kb). 
O cariótipo 
humano 
O conteúdo genômico de alguns organismos 
Os genes são parte dos cromossomos 
 Foi em 1944 que Avery, Macleod e McCarty mostraram que o 
DNA, e não as proteínas, era a substância que transformava 
uma cepa não-patogênica em patogênica. 
 A natureza da fita dupla do DNA facilita a replicação. 
 Quando a célula se divide, cada fita de DNA atua como 
molde para a síntese da sua fita complementar 
Os genes direcionam a síntese de proteínas 
 Dogma central da biologia molecular: 
 
 O DNA dirige sua própria replicação e transcrição, formando 
um RNA de seqüência complementar 
 A seqüência de bases no RNA é então traduzida na 
seqüência correspondente de aminoácidos, formando uma 
proteína 
A conversão da informação do DNA em informação 
protéica não é direta. 
O DNA não é todo transcrito 
Dogma central da biologia molecular 
 A replicação do DNA é semiconservativa: Watson 
e Crick observaram que um dos filamentos de 
cada molécula filha de DNA é sintetizado, 
enquanto o outro é passado inalterado vindo da 
molécula original de DNA. 
 A replicação de DNA é feita por uma interação 
complexa e coordenada de mais de 20 proteínas, 
dentre elas, as DNA polimerases I, II e III são 
importantes na replicação do DNA, além da 
primase, helicase, topoisomerase e DNA ligase. 
 Cada fita de DNA pode atuar como um molde para a síntese de 
sua fita complementar e, consequentemente, a informação 
hereditária está codificada na sequência de bases em qualquer 
fita. 
Replicação 
http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.html 
 
http://www.youtube.com/watch?v=teV62zrm2P0 
Topoisomerase 
Helicase 
Replicação 
 RNA primase: sintetiza os iniciadores de RNA, pois a síntese de 
DNA inicia-se na terminação 5’ 
 
 Helicase: enzima dependente de ATP com a função de desenrolar a 
dupla hélice 
 
 Topoisomerase: promove o desenrolamento contínuo na forquilha 
de replicação 
 
 “Single-stranded-binding (SSB)” – proteína ligadora de fita simples: 
impede que as fitas de DNA se reanelem, mantendo a fita simples 
em estado não-pareado. 
A replicação 
DNA polimerase I 
DNA polimerase I (DNA Pol I): é uma enzima processiva, pois 
catalisa vários passos sucessivos na polimerização de nucleotídeos 
Função essencial: síntese da fita descontínua, onde remove os 
iniciadores de RNA e substitui por DNA 
Possui atividade exonucleásica 5’  3’ e 3’ 5’ 
A atividade 3’ 5’ permite que a DNA Pol I corrija erros: esse 
mecanismo de correção de erros de leitura explica a alta fidelidade 
da replicação do DNA pela DNA Pol I 
 
 DNA Pol II participa no reparo do DNA, mas também pode 
replicar DNA quando o filamento molde é danificado 
 DNA Pol III é denominada de replicase. É capaz de sintetizar 
uma fita de DNA complementar a um molde de fita simples e 
corrigir a reação de polimerização para aumentar a fidelidade 
da replicação, mas não catalisa a transferência da quebra, 
como a DNA Pol I. 
As DNA polimerases II e III 
A DNA polimerase 
Replicação 
 A exonuclease 5’ 3’ liga-se a fita dupla de DNA em locais de 
abertura na fita simples (quebras). A fita simples com quebras é 
clivada em uma região pareada além da quebra liberando o DNA 
em mononucleotídeos 
DNA ligase 
Replicação 
A bolha de replicação 
A replicação do DNA é bidirecional: uma "bolha" de replicação com 
duas forquilhas que se movimentam em sentidos opostos 
Formação das bolhas de replicação 
Transcrição 
 A transcrição consiste na síntese de RNA. Ela é realizada por um 
complexo enzimático cuja enzima chave é a RNA polimerase, 
composta de várias subunidades e que realiza a polimerização do 
RNA a partir de um molde de DNA. 
 Esse processo ocorre em três etapas principais, a iniciação, o 
alongamento e o término, cada um contendo fatores específicos 
 
Transcrição 
• Três passos da 
transcrição: iniciação 
(sítio de iniciação - 
promotor), 
elongação e 
terminação (sítio de 
terminação) 
• Sentido da leitura: 
3´  5´ 
• RNA transcrito: 
5´  3´ 
 A síntese de RNA começa em regiões do DNA chamadas de 
promotoras - seqüências específicas reconhecidas pela RNA polimerase - 
que direcionam a transcrição de genes. 
 Essas seqüências podem ser bastante variáveis, porém, mantêm 
conservadas regiões responsáveis pela função promotora (sequências de 
consenso). Nos eucariotos a principal região promotora é conhecida como 
TATA box. 
Sítio de iniciação da transcrição 
Seqüências de consenso 
A 
transcrição 
 
 
A RNA polimerase e a elongação 
 Enzima responsável pela síntese de RNA dependente de DNA 
 Acopla ribonucleosídeos trifosfatos (NTPs) em moldes de DNA em 
uma reação promovida pela liberação e subsequente hidrólise de 
PPi. 
 (RNA)n resíduos + NTP ↔ (RNA)n + 1 resíduos + PPi ↔ 2Pi 
 
H
2
O 
Crescimento da cadeia de RNA 
Transcrição 
Terminação da transcrição 
 Uma série de 4 a 10 pares de bases A·T consecutivos com as As 
na fita molde. O RNA transcrito é terminado nessa sequência ou 
logo após; 
 Uma região rica em G+C com uma seqüência palindrômica que 
imediatamente precede a série de A·T; 
 O RNA transcrito dessa região pode então formar uma estrutura 
de grampo auto complementar terminada por vários resíduos U. 
Processamento pós-transcricional 
 Os produtos imediatos da transcrição – os produtos 
primários – não são necessariamente funcionais. 
 
 Para adquirir atividade biológica, muitos deles devem 
ser especificamente alterados 
Processamento de RNAr e RNAt 
O processamento inicial, que forma os produtos conhecidos como pré-
RNAr, começa enquanto o transcrito primário ainda está sendo 
sintetizado e consiste em clivagens endonucleolíticas específicas pelas 
RNases III, P, E e F em locais de clivagem específicos 
Ácidos nucléicos de fita simples 
 O RNA ocorre principalmente como fita simples, em geral 
formando estruturas compactas em vez de cadeias frouxas 
estendidas 
 Uma fita de RNA é idêntica à fita de DNA, exceto pela 
presença de grupos 2´-OH e pela substituição da timina por 
uracila 
 Pode parear com uma fita complementar de RNA ou DNA 
 O pareamento das bases é intramolecular, formando 
estruturas em grampo ou estruturas mais complexas. 
Tipos de RNA 
 RNAt, RNAr e RNAm 
A tradução 
 O RNA que corresponde ao gene que codifica uma proteína é o 
RNA mensageiro (RNAm) 
 Este vai até o ribossomo – organela composta emgrande parte por 
RNA ribossômico (RNAr) 
 No ribossomo cada grupo de três nucleotídeos no RNAm pareia 
com três nucleotídeos complementares em uma pequena molécula 
de RNA – o RNA transportador (RNAt) 
 Cada molécula de RNAt está ligada a um aminoácido 
correspondente 
A tradução 
A tradução 
 
O ribossomo consiste de 2/3 de RNA e 1/3 de proteína. 
 
 
A reação química que une os aminoácidos de modo 
covalente é catalisada pelo RNAr (RNA + peptidil 
transferase) – exemplo de RNA catalítico 
 
 
Lembrar que: As proteínas suplantaram o RNA como 
catalisadores celulares devido à sua maior versatilidade 
química 
Eventos chaves que asseguram a síntese da proteína especificada 
pelo RNAm 
• O RNAt precisa ler o RNAm corretamente 
• O RNAt precisa carregar o aminoácido correto para a sua leitura do 
RNAm 
• Cada RNAt carrega um aminoácido específico e liga-se a um códon 
específico 
 
A região de DNA codificante para arginina é 3´-GCC-5´, a qual é 
transcrita, por pareamento de bases para o códon do RNAm 5´-CGG-
3´, o qual liga-se a um RNAt com o anticódon 3´-GCC-5´ 
Os códons 
DNA e proteínas são polímeros lineares de unidades 
repetitivas. 
A informação genética estocada na seqüência de 4 tipos 
de nucleotídeos da fita de DNA é codificada numa 
seqüência protéica com 20 possíveis aminoácidos. 
 
O mecanismo molecular desta conversão é a tradução, 
em que uma trinca de nucleotídeos (códon) é traduzido 
num aminoácido. 
Mudança pós-traducional