Nucleotídeos e Ácidos Nucléicos

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Nucleotídeos e 
 
Ácidos nucléicos 
Introdução: 
Várias funções nas células: 
 
 √ Fonte de energia no metabolismo – ATP 
 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
 
 √ Molécula sinal em respostas celulares - cAMP 
 
 √ Componentes estruturais de coenzimas e cofatores - NAD, FAD 
 
 
 
 √ Fazem parte de intermediários metabólicos (UDP-glicose) 
 
 √ Constituintes dos ácidos nucléicos - DNA e RNA 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Introdução: 
DNA - Armazenamento da informacão genética: estabilidade! 
 
RNA - várias funções: 
• RNA ribossômico (rRNA) - componentes estruturais de ribossomos 
 
• RNA mensageiro (mRNA) - intermediário 
 
• RNA transferência (tRNA) - moléculas adaptadoras que traduzem 
informação do mRNA em amino ácidos 
 
• Ribozimas, etc … 
Fosfato 
Purina ou 
 
 Pirimidina 
 
Pentose 
Estrutura geral: 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
√ Base: Ligação covalente (N-1 das pirimidinas e N-9 nas purinas) ao 
C1’ da pentose – ligação N--glicosídica 
 
√ OH da pentose e H da base 
Purina Pirimidina 
Bases nitrogenadas: 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Purinas: 
Adenina Guanina 
Pirimidinas: 
Citosina Timina 
(DNA) 
Uracila 
(RNA) 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Conformações da ribose: 
Aldeído -Furanose 
Ribonucleotídeo 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Desoxiribonucleotídeos: 
Desoxiadenilato 
(desoxiadenosina 
5’-monofosfato) 
 
A, dA, dAMP 
 
Desoxiadenosina 
Desoxiaguanilato 
(desoxiguanosina 
5’-monofosfato) 
 
G, dG, dGMP 
 
Desoxiguanosina 
Desoxitimidilato 
(desoxitimidina 
5’-monofosfato) 
 
T, dT, dTMP 
 
Desoxitimidina 
Desoxicitidilato 
(desoxicitidina 
5’-monofosfato) 
 
C, dC, dCMP 
 
Desoxicitidina 
Nucleotídeo 
 
 
 
Simbolos 
 
Nucleosídeo 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Ribonucleotídeos: 
Nucleotídeo 
 
 
 
Simbolos 
 
Nucleosídeo 
Adenilato 
(adenosina 
5’-monofosfato) 
 
A, AMP 
 
Adenosina 
Guanilato 
(guanosina 
5’-monofosfato) 
 
G, GMP 
 
Guanosina 
Uridilato 
(uridina 
5’-monofosfato) 
 
U, UMP 
 
Uridina 
Citidilato 
(citidina 
5’-monofosfato) 
 
C, CMP 
 
Citidina 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Numeração: 
 
 
√ Pentose = Carbonos – 1’ a 5’ 
 
 
 
√ Base nitrogenada – pirimidinas = 1 a 6 
 purinas = 1 a 9 
 
√ Ligação pentose – pirimidina – C 1’ - N-1 
 pentose – purina – C 1’- N-9 
 
√ Fosfato 5’: mono-, di-, tri- = fósforo    
 = ligação éster (baixa energia) 
  = ligação fosfoanidro (alta energia) 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Nomenclatura: 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Propriedades dos nucleotídeos: 
C
o
e
fic
ie
n
te
 d
e
 e
x
tin
ç
ã
o
 m
o
la
r,  
Comprimento de onda (nm) 
Purina Pirimidina 
√ moléculas altamente conjugadas afetando estrutura, distribuição 
de elétrons e absorção de luz UV 
√ moléculas planas (pirimidina) ou quase (purina) 
√ absorbância máxima - cerca 260 nm 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Nucleotídeos e ácidos nucléicos sofrem transformações não enzimáticas: 
Desaminação 
Citosina Uracila 
5-metilcitosina Timina 
Adenina Hipoxantina 
Xantina Guanina 
√ Alterações espontâneas 
√ Perda de seus grupos amino exocíclicos 
√ Mutações 
√ Citosina – 1 em cada 107 resíduos em 24h! 
√ Adenina e guanina – 1 centésimo desta 
velocidade 
√ DNA – sem uracila 
 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Depurinação 
Nucleotídeos e ácidos nucléicos sofrem transformações não enzimáticas: 
Resíduo de 
guanosina 
(no DNA) 
Guanina 
Resíduo apurínico 
√ Alterações espontâneas 
√ Perda de uma purina 
√ Hidrólise da ligação N--glicosídica 
entre a base e a pentose 
√ Purinas – 1 em cada 105 perdidas em 
24h! 
 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Nucleotídeos e ácidos nucléicos sofrem transformações não enzimáticas: 
Timinas 
adjacentes 
Luz UV Luz UV 
Dímero ciclobutano da timina 6-4 fotoproduto 
Torção 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Ligação 
fosfodiéster 
Terminal 3’ 
Terminal 3’ 
Terminal 5’ Terminal 5’ 
Terminal 5’ 
Terminal 3’ 
√ Ligação 
Fosfodiester 
 
√ Polaridade 
5’ -> 3’ 
 
√ pH 7 = fosfatos 
c/ carga negativa 
√ neutralizadas por 
interações iônicas 
com proteínas, íons 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Adenina 
Guanina 
Timina 
Citosina 
Pontes de hidrogênio: 
Injeção 
Morre 
Bactéria encapsulada 
virulenta viva 
Bactéria não encapsulada 
não virulenta viva 
Sobrevive 
Sobrevive 
Bactéria 
encapsulada 
virulenta viva 
Bactéria virulenta 
morta por calor 
Miescher – leucócitos - nucleína (1868) 
Experimento de Avery-MacLeod-McCarty (1944): 
 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Bactéria não 
virulenta não 
encapsulada 
viva 
Mistura de bactérias 
virulentas mortas 
pelo calor e não 
virulentas 
Morre 
Bactéria virulenta morta por calor 
Pesquisa anterior – Frederick Griffith 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Bactéria não 
encapsulada 
não virulenta 
Bactéria 
encapsulada 
virulenta 
Morre 
Bactéria não virulenta viva 
DNA isolado de bactérias 
virulentas mortas por calor 
Experimento de Avery-MacLeod-McCarty 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Experimento de Hershey-Chase 
O DNA armazena a informação 
genética – confirmação! 
As moléculas de DNA apresentam composição de bases distintas 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Erwin Chargaff e colaboradores (fim da década de 1940) 
 
 Análises de DNA de vários organismos 
Conclusões: 
 
√ Composição de bases geralmente varia de uma espécie para outra 
 
√ Diferentes tecidos da mesma espécie: mesma composição de bases 
√ Mesma espécie – composição de bases não se altera com idade, 
estado nutricional ou alteração ambiental 
√ Todos DNAs – A=T e C=G (A+G = T+C) 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
√ 2 cadeias independentes 
Sulco 
secundário 
Sulco 
principal 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
√ Dupla hélice 
√ Hélices anti-paralelas 
√ Complementariedade das bases 
√ Eixo externo hidrofílico - desoxiribose + fosfato 
√ Bases hidrofóbicas (planas) no interior 
√ Bases ligadas por pontes de H+ (empilhadas – stacking) 
√ Major groove e Minor groove (ondulação) 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Sulco 
secundário 
Sulco 
principal 
√ Bases hidrofóbicas, relativamente insolúveis em água pH neutro 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
√ > solublidade em pH + ácido ou + básico 
√ Interações hidrofóbicas por “empilhamento” (base stacking) - duas 
bases planas sobrepostas 
√ stacking função de força van der Waals e interação dipolo-dipolo 
entre bases 
√ Minimiza contato com água 
Nova Nova 
Fita 
parental 
Fita 
parental 
Fitas 
filhas 
Replicação do DNA sugerida por Watson e Crick 
√ Semi conservativa 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Forma A Forma B Forma Z 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Sequência palindrômica 
Espelho repetido 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Grampo 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Cruciforme 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Estabilidade do DNA - depósito genético! 
 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Propriedades: 
 
√ Desnaturação separação da dupla fita 
• ropimentodas ligações de H 
• causado por calor ou pH (e proteínas in vivo) 
 
 
√ Renaturação ou anelamento 
• decréscimo da temperatura ou alteração no pH 
DNA dupla fita 
Desnaturação Anelamento 
DNA parcialmente 
desnaturado 
Separação 
das fitas 
Associação das 
Fitas por pareamento 
de bases 
Fitas de DNA separadas 
com alças aleatórias 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
D
e
s
n
a
tu
ra
ç
ã
o
 (
%
) 
Temperatura (oC) 
Tm (oC) 
G
+
C
 
(p
o
rc
e
n
ta
g
e
m
 t
o
ta
l 
d
e
 n
u
c
le
o
tí
d
e
o
s
) 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Desnaturação térmica do DNA 
 
√ pH 
 
√ Tamanho da molécula 
 
 
√ Composição das bases 
DNA parcialmente desnaturado: 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Hibridização: 
Amostra 1 Amostra 2 
Misturar e 
resfriar 
Duplex da 
amostra 1 
Duplex da 
amostra 2 
Duplex 
híbrido 
√ Fitas complementares 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
√ Sequências semelhantes de DNA em 
espécies diferentes 
√  a semelhança de sequência  no de 
híbridos 
Monocistrônico 
Policistrônico 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
√ 1961 - Jacob & Monod → RNA intermediário 
 • RNAs ocorrem no núcleo e citoplasma 
 
 
 
√ mRNA 
• monocistrônico - eucariotos 
• policistrônico – procariotos 
 
√ rRNA 
 
 √ tRNA 
 
mRNA fita simples 
 
 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
 
√ Tendem a assumir conformação helicoidal direita 
dominada pelo emplihamento das bases (pur-pur) 
 
 
 
 
√ Auto-complementariedade - estrutura mais complexas 
 
 √ Pareamento: A-U, G-C e G-U! 
 
Estrutura típica do 
RNA de fita simples 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Fita 
simples 
Saliência 
Alça 
interna 
Grampo 
Grampo de dupla hélice 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
rRNA nos Ribossomo 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
rRNA 16S do plastídeo do 
tabaco 
rRNA 23S e 4,5S do plastídeo do 
tabaco 
Domínio central 
Domínio maior 3’ 
Domínio menor 3’ 
Domínio 5’ 
Domínio II Domínio III Domínio IV 
Domínio V 
Domínio VI 
Domínio I 
Centro 
 GTPase 
Alça peptidil 
transferase 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
tRNA 
Aminoácidos 
se ligam 
aqui 
Terminal 5’ 
Alça D 
Alça T 
Alça T 
Alça D 
Terminal 3’ 
Terminal 3’ 
Terminal 5’ 
Anticódon 
Alça 
Anticódon 
Anticódon 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
√ tRNA da fenilalanina de 
levedura 
 
 
 
√ Ribozima viral 
 
 
 
√ Ribozima (íntron) de 
protozoário 
 
Nucleotídeos e Ácidos nucléicos 
Outras funções dos nucleotídeos: 
1. Transporte de energia química 
 ATP: não é o único, mas é amplamente utilizado 
 Hidrólise de ligações – fosfoanídricas: 30 kJ/mol; éster: 14 kJ/mol 
 Nas biossínteses, a hidrólise de ATP impulsiona reações metabólicas 
menos favoráveis (ΔG°’ > 0) 
Outras funções dos nucleotídeos: 
1. Transporte de energia química 
Outras funções dos nucleotídeos: 
2. Componentes de cofatores enzimáticos 
A molécula de NAD + 
(reações óxido-redução) 
•Auxiliam as reações: retirada da porção nucleotídica: redução da 
atividade enzimática em 1.000.000 de vezes 
•Estabilizam E-S 
•Adenosina (padrão) 
•Ex.: coenzima A, NAD+, FAD 
Outras funções dos nucleotídeos: 
2. Componentes de co-fatores enzimáticos 
A molécula de FAD (reações de óxido-redução: participa 
na transferência de elétrons) 
Coenzima A: funciona nas reações de transferência de grupos acilas 
Outras funções dos nucleotídeos: 
2. Componentes de co-fatores enzimáticos 
 2º mensageiro em vias de sinalização celular 
-Transmissão de sinais dentro da célula 
-Funcionam como 2º mensageiro (AMPc) 
-Ação da enzima adenilato ciclase 
(membranas) sobre o ATP → AMPc 
Outras funções dos nucleotídeos: 
3. Nucleotídeos como moléculas reguladoras 
Algumas aplicações do DNA: 
Algumas aplicações do DNA: