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Nucleotídeos e Ácidos Nucléicos Helton Colares Nucleotídios e Ácidos Nucléicos 1. Introdução 2. A estrutura do Ácido Nucléico 3. A química do Ácido Nucléico 4. Outras Funções dos Nucleotídios Dogma Central da Biologia Ácidos Nucléicos • DNA: Armazenamento da informacão genética – Estabilidade • RNA: várias funções – RNA ribossomal (rRNA) - componentes estruturais de ribossomos – RNA mensageiro (mRNA) - intermediário – RNA transferência (tRNA) - moléculas adaptadoras que traduzem informação do mRNA em amino ácidos Histórico • Friederich Miescher (1869), Tügingen – sul da Alemanha • Exame de células do “pus” humano • Presença de um Glóbulo Central: Núcleo celular • Isolamentos dos Núcleos celulares • Substância química desconhecida rica em fósforo: Nucleína • Caráter ácido: Ácido Nucléico O DNA armazena a informação genética 1944: Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn 1952: Experimento de Hershey-Chase Cepa não virulenta Cepa virulenta Cepa virulenta morta pelo calor Cepa virulenta morta pelo calor + Cepa não virulenta Vive Morre Vive Morre O que são Ácidos Nucléicos? • São polímeros de nucleotídeos; • Responsáveis pela armazenamento, transmissão e tradução da informação genética; • Tipos: • DNA = Ácido Desoxirribonucléico • RNA = Ácido Ribonucléico 2. A estrutura do Ácido Nucléico Nucleotídeos e Ácidos Nucléicos Nucleotídios • Nucleotídios: unidades dos ácidos nucléicos; • Funções: – Informação genética: DNA – Síntese de Proteínas: RNA – Cofatores Enzimáticos: NAD, FAD – Comunicação Celular: AMPc – Armazenamento de Energia: ATP Nucleotídios são as unidades básicas dos Ácidos Nucléicos. • Nucleotídio: – Açúcar; – Base nitrogenada; – Fosfato. Nucleotídio: Açúcar • Dois tipos de pentoses são encontrados nos ácidos nucléicos: – Ribose e desoxirribose • Diferem pela presença ou ausência do grupo hidroxila no C 2' da pentose. É baseado nesta característica que os ácidos nucléicos recebem o nome RNA (ribose) ou DNA (desoxirribose) Nucleotídio: Base nitrogenada Propriedades das Bases Nitrogenadas • As Bases Nitrogenadas são moléculas hidrofóbicas • A ressonância entre os átomos afeta a distribuição de elétrons. • Moléculas planas (pirimidina) ou quase (purina) • Absorbância no UV - cerca 260 nm Nucleosídeo Adenosina (Ligação N-glicosídica) Nucleotídeo Adenilato Adenosina Monofosfato Adenina Base Nitrogenada Nucleotídio x Nucleosídio DNA: Desoxirribonucleotídeos RNAs: Ribonucleotídeos Diferenças entre DNA e RNA – Adenina – Guanina – Citosina – Timina – Adenina – Guanina – Citosina – Uracila Purinas Pirimidinas Bases Nitrogenadas DNA RNA Desoxirribose Ribose Fita dupla Fita simples Açúcar Ligação Fosfodiéster As Ligações fosfosdiésteres unem os nucleotídeos para formar os ácidos nucleicos • Um grupamento fosfato liga o carbono 5’ da pentose de um nocleotídeo ao carbo 3’ da pentose do nucleotídeo seguinte •Esqueleto hidrofílico; •O esqueleto covalente do DNA e do RNA está sujeito à hidrólise lenta e não enzimática da ligação Fosfodiéster. Hidrólise do RNA em condições alcalinas Devido a ausência da OH em C2, o DNA é mais estável. Estrutura do DNA A Estrutura molécula de DNA 1 – A composição de bases do DNA geralmente varia de uma espécie para outra 2 – Espécimes de DNA isoladas de diferentes tecidos da mesma espécie possuem a mesma composição de bases 3 – A composição de bases do DNA em uma dada espécie não se altera com a idade, estado nutricional ou modificação ambiental 4 – A=T e G=C ; A+G=T+C • Erwin Chargaff : década de 40 Determinação da Estrutura 3D da molécula de DNA Rosalin Franklin e Maurice Wilkins (1950): •Difração de raios-X; • DNA é uma hélice com duas periodicidades; •Não conseguiram estabelecer um modelo que explicasse as observações de Chargaff. James Watson e Francis Crick (1953) •Postularam um modelo tridimensional para a estrutura do DNA; •Dupla hélice de DNA; •Prêmio Nobel de Fisiologia/Medicina (1962). Determinação da Estrutura 3D da molécula de DNA • 2 cadeias independentes • Dupla hélice, sentido direito • Hélices anti-paralelas; • Complementariedade das bases • Eixo externo hidrofílico - deoxiribose + fosfato; • Bases hidrofóbicas (planas) empilhadas no interior da hélice; • Bases ligadas pontes de H+ Modelo da Dupla hélice de DNA Pareamento específico das bases no DNA C G Pontes de H T A •Interações hidrofóbicas (empilhamento das bases) • Forças de Van der Walls • Pontes de hidrogênio (pareamento) • Interações iônicas Entre as bases nitrogenadas Entre os grupos fosfato do DNA e proteínas histonas. Fatores que estabilizam a dupla hélice do DNA Estrutura do DNA Pareamento de bases é crítico: 1. Biológico – replicação, transcrição, reparo, controle expressão gênica 2. Análise – Hibridização, PCR, microarranjo, seqüenciamento • DNA B – É a forma mais abundante na célula – É a forma clássica do DNA – A dupla hélice gira para a direita • DNA A – Forma mais “compacta” – Encontrado nos híbridos DNA:RNA • DNA Z – Seqüências GC repetidas – A dupla hélice gira para a esquerda Tipos de DNA Certas sequências do DNA adotam estruturas não usuais Estrutura do RNA Estrutura dos RNAs mRNA – 1 a 5 % do RNA total rRNA – 75 % do RNA total tRNA – 10 a 15 % do total São ácidos nucleicos de fitas simples em espiral que se arranja de forma variável. RNAs mensageiros (mRNA) codificam cadeias polipeptídicas • Encontrados no núcleo e no citoplasma • Transporta a informação do DNA até os ribossomos • RNAm monocistrônico • RNAm policistrônico Os RNAs transportadores (tRNA) transportam os aminoácidos para a síntese protéica mediada pelo mRNA Os RNAs ribossômicos (rRNA) tem função estrutural, sendo um dos componentes moleculares que entra na composição molecular dos ribossomos, local da síntese protéica. 3. A química dos Ácidos Nucléicos Propriedades dos Ácidos Nucléicos Desnaturação Renaturação Hibridização Transformações não –enzimáticas A dupla hélice do DNA e o RNA podem ser desnaturados • Extremos de pH • Temperatura • Tm = temp. de fusão • Renaturação • Anelamento das bases Renaturação x hibridização Ácidos nucléicos de diferentes espécies podem formar híbridos Química de Ácidos Nucleicos Transformações não -enzimáticas • desaminação - perda de grupo amina – alterações espontâneas, baixíssima taxa – perda de amina por C -> U - reconhecido em DNA taxa 10-7 24 h-1 – DNA - possui T ao invés de U! Transformações não -enzimáticas • radiação UV – DNA - condensação de 2 pirimidinas (T) adjacentes -> dímeros Química de Ácidos Nucleicos Nucleotídeos como Transportadores de Energia Química ATP Outras funções dos nucleotídeos Nucleotídeos como Cofatores Enzimáticos Flavina Adenina dinucleotídeo FAD Nicotinamida Adenina dinucleotídeo NAD Outras funções dos nucleotídeos Nucleotídeos como Moléculas de Sinalização Celular Adenosina monofosfato cíclico (AMP cíclico) Outrasfunções dos nucleotídeos
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