Aula04_Ácidos Nucléicos

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Aula 04: 
 
Ácidos Nucléicos: 
classificação, estrutura, função e importância 
Leonardo A. Z. Rodrigues 
(gqi132ufla@gmail.com) 
UNIVERSIDADE FEDERAL DE LAVRAS 
DEPARTAMENTO DE QUÍMICA 
Disciplina: Bioquímica 
SEMESTRE: 2014/2 
I. Cronograma e Conteúdo Programático 
 
AULA 
 
DATA 
 
ASSUNTO 
1ª 
2ª 
3ª 
4ª 
5ª 
6ª 
7ª 
8ª 
9ª 
10ª 
11ª 
12ª 
13ª 
14ª 
15ª 
16ª 
17ª 
18ª 
19ª 
18/08 
25/08 
01/09 
08/09 
15/09 
22/09 
29/09 
06/10 
13/10 
20/10 
27/10 
03/11 
10/11 
17/11 
24/11 
01/12 
08/12 
11/12 
15/12 
Apresentação da disciplina, Introdução à Bioquímica, Célula e água 
Carboidratos: classificação, estrutura, função e importância biológica 
Lipídios e ácidos Graxos: classificação, estrutura, função e importância biológica 
Ácidos Nucléicos: classificação, estrutura, função e importância biológica 
Aminoácidos: Estruturas, classificação, função e importância biológica 
Proteínas: níveis estruturais, classificação, função e importância biológica 
1ª Prova (20%): sala de aula as 8 horas 
Enzimas: Atividade e cinética, especificidade e classificação 
Recesso 
Bioenergética: Leis da termodinâmica, Energia livre de Gibbs e Reações biológicas 
Catabolismo de Carboidratos: glicólise, fermentações, regulações e Pentose Fosfato 
Ciclo de Krebs e ciclo do glioxilato: respiração celular, acetato e reações das vias 
2ª Prova (20%): sala de aula as 8 horas 
Cadeia de transporte de elétrons e Fosforilação Oxidativa 
Metabolismo de lipídeos (catabolismo e biossíntese) 
Metabolismo de compostos nitrogenados (catabolismo e biossíntese) 
3ª Prova (20%): sala de aula as 8 horas 
Segunda chamada geral (sala 3 do pavilhão 6 as 12:15 h) matéria da prova que perdeu 
Prova Substitutiva (matéria toda): sala de aula as 8 horas 
A Célula 
CONSTITUIÇÃO QUÍMICA DAS CÉLULAS 
Inorgânicos Orgânicos 
Água e Sais Minerais 
Carboidratos 
Lipídios 
Ácidos Nucléicos 
Aminoácidos 
Proteínas 
O que é um Ácido Nucléico? Qual a sua importância? E sua função? 
Trangênicos, Células Tronco, Terapia Gênica, Clonagem Humana, 
Aborto Terapêutico e muitos outros… 
OLHANDO MAIS DE PERTO 
 Por trás da 
diversidade anatômica 
existe uma incrível 
similaridade em nível 
celular e químico 
 
A LÓGICA MOLECULAR 
DA VIDA 
 
 Poucas generalizações 
podem ser feitas para 
todos os organismos 
ORGANISMO 
Proteínas 
Polissacarídeos Acidos Nucléicos 
Sistemas 
Órgãos 
Tecidos 
Células 
Organelas 
Moléculas Aminoácidos 
Açúcares A, T, C e G 
ALFABETO QUÍMICO 
 Todos os organismos 
vivos são constituídos a 
partir das mesmas 
unidades monoméricas 
 
 A estrutura das 
macromoléculas é o que 
determina a sua função 
biológica 
 
 Cada espécie apresenta 
um conjunto distinto de 
macromoléculas 
Fluxo da informação gênica 
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR 
 1866: Gregor Mendel 
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR 
 1869 → Johann Friedrich Miescher 
 
# Buscava determinar os componentes 
químicos do núcleo celular. 
 
# Usava os glóbulos brancos contidos no pus 
para suas pesquisas (células que 
apresentam núcleos grandes e fáceis de 
serem isolados do citoplasma). 
 
# Descobriu a presença de um composto de 
natureza ácida desconhecido até o momento 
(rico em fósforo e em nitrogênio, 
desprovido de enxofre e resistente à ação da 
pepsina - enzima proteolítica)) → nucleína 
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR 
 1880 → Albrecht Kossel 
 
# Demonstrou que a nucleína continha 
bases nitrogenadas em sua estrutura. 
 
 
1889 → Richard Altmann 
 
# Obteve nucleína com alto grau de pureza, 
comprovando sua natureza ácida e dando-
lhe o nome de ácido nucléico. 
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR 
 1900: Hugo de Vries, Erich von Tschermak e Carl Correns 
Redescoberta de Mendel 
Leis da Hereditariedade 
Leis de Mendel 
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR 
 1928: Frederick Griffith: Transformação 
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR 
O rato produz anticorpos 
que destroem as bactérias 
não capsuladas 
Os anticorpos não destroem 
a cápsula. A bactéria 
sobrevive. O rato morre. 
As bactérias patogênicas 
são mortas pelo calor. 
Alguma substância proveniente 
das bactérias S (mortas) 
integrou-se nas R, tornando-as 
capazes de produzir cápsulas 
transformando-as em bact S. 
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR 
 1944: Avery, MacLeod e MacCarty: Princípio transformante 
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR 
 1953: Alfred Hershey e Martha Chase 
DNA  32P 
Proteína  35S 
As proteínas da cápsula do vírus tem enxofre (S) e não tem fósforo (P). 
O DNA tem fósforo (P) e não tem enxofre (S). 
As proteínas das cápsulas dos vírus não penetram nas bactérias 
O DNA viral entra nas bactérias e origina novos vírus 
HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR 
 1953: James Watson e Francis Crick 
ESTRUTURA MOLECULAR DO DNA 
• Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina em 1962 
•Modelo da dupla hélice (cadeias de nucleotídeos enrolados 
formando uma escada espiral) 
• Ligados por Pontes de Hidrogênio 
DNA – DesoxirriboNucleic Acid (do inglês) 
DNA – ácido desoxirribonucléico 
ESTRUTURA MOLECULAR DO DNA 
 
DNA → INTRODUÇÃO 
PONTES DE HIDROGÊNIO 
• ADENINA (A) liga-se com TIMINA (T) por meio de 2 pontes de H; 
• GUANINA (G) liga-se com CITOSINA (C) por meio de 3 pontes de H; 
 
DNA → INTRODUÇÃO 
• Entre todas as propriedades dos organismos vivos, a capacidade de 
auto-replicação é fundamental. 
 
• Conter a informação genética significa armazená-la, transmiti-la ao 
longo das gerações e expressá-la na forma de proteínas. 
 
• Avanços significativos tem sido alcançados na área da Biologia 
Molecular a partir do isolamento, análise e síntese de sequências de 
DNA. 
 
• Sequenciamento do genoma e Biologia molecular → estudos de função 
e dos mecanismos que controlam a expressão gênica 
 
DNA → INTRODUÇÃO 
Autossomos x Sexuais 
99% 
1% 
GENOMA HUMANO 
O número total de genes varia de 30 mil a 40 mil. Independente da quantidade 
de genes, todos eles, são agrupados em cromossomos. Todos os seres 
humanos têm 46 cromossomos, dos quais 23 vieram da mãe e 23 do pai. 
Nucleotídeo DNA 
Cromossomo Genoma 
GENOMA HUMANO 
Curiosidades... 
 
 
•Espécie •Número de Cromossomos 
•Humana 46 
•Milho 20 
•Ervilha 14 
•Drosophila 8 
•Dália 64 
•Tatu 64 
•Cavalo 64 
- O material genético humano tem entre 2,8 milhões e 3,5 milhões de 
pares de base. 
- 3% do genoma humano é formado por genes. 
- O corpo é formado por cerca de 100 trilhões de células. 
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA 
PURINAS 
(Bicíclicas) 
PIRIMIDINAS 
(Monocíclicas) 
Adenina = Timina Guanina  Citosina 
 Uracila 
Purina Adenina Guanina 
Pirimidina Citosina Uracil Timina 
Bases Nitrogenadas = Anéis Aromáticos Heterocíclicos 
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA 
Pentose (Açúcar) 
Ribose 
-D-Ribofuranose 
OH 
- 
R 
2’-Desoxirribose 
-D-2-desoxirribofuranose 
H 
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA 
Grupamento Fosfato = Ésteres de Fosfato 
- 
Monofosfato 
- 
Difosfato 
- 
Trifosfato 
5’-Difosfato de Adenosina - ADP 
5’-Difosfato de Desoxiadenosina - dADP 
5’-Trifosfato de Adenosina - ATP 
5’-Trifosfato de Desoxiadenosina - dATP 
5’-Monofosfato de Adenosina -AMP 
5’-Monofosfato de Desoxiadenosina - dAMP 
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA 
Posições dos Átomos 
Grupamento Fosfato 
Bases Nitrogenadas 
Pentose 
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA 
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA 
Nucleosídeo 
   
Nucleosídeo 
   
(2’-) Desoxirribonucleotídeo 
Ribonucleotídeo 
Nucleotídeo x Nucleosídeo 
Formação de um polinucleotídeo 
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA 
A Hidroxila do carbono-3 da pentose 
do primeiro nucleotídeo se liga ao grupo 
fosfato ligado à hidroxila do carbono-5 
da pentose do segundo nucleotídeo 
através de uma ligação fosfodiéster 
(ligação covalente) 
Sentido da Fita de DNA 
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA 
Os Ácidos Nucléicos são cadeias de Nucleotídeos ligados por Pontes de 
Grupo Fosfato (Ligação Fosfodiéster) na direção 5’ para 3’ de unidades 
de Pentose vizinhas 
5’ AACGTTGCTATCGT 3’ 
5’  3’ 
Ligações Fosfodiéster 
Ligação 
Glicosídica 
Ligações Importantes 
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA 
 Ligações covalentes – unem os átomos; 
 Forças hidrofóbicas – forçam as bases a se 
esconderem dentro da dupla hélice; 
 Forças de Van der Walls – entre os anéis 
aromáticos de bases adjacentes (ao lado); 
 Pontes de hidrogênio – entre as bases 
adjacentes. 
Ligações Covalentes 
Sítios Hidrofóbicos 
Sítios Hidrofílicos 
Forças de Van der Walls 
Pontes de 
Hidrogênio 
Interações Iônicas (Mg+2) 
Estabilidade do DNA: Integridade e Flexibilidade 
DUPLA-HÉLICE DO DNA 
Características da dupla hélice do DNA 
Fitas complementares, anti-paralelas e enrolam-se 
helicoidalmente em volta do mesmo eixo 
Características da dupla hélice do DNA 
Cavidades Maior e Menor 
Características da dupla hélice do DNA 
Efeito 
Hipercrômico 
A desnaturação do DNA pode ser acompanhada pela medida em espectrofotômetro de 
absorbância de luz ultravioleta (UV). 
Características da dupla hélice do DNA 
Desnaturação e Renaturação 
TIPOS DE DNA 
O DNA pode assumir diferentes conformações, dependendo da sua 
composição de bases e do meio em que se encontra 
 
 → DNA A 
 → DNA B 
 → DNA Z 
 
Tipo A → Ocorre quando há pouca água disponível para interagir com a 
dupla hélice. Esta presente em regiões híbridas de DNA:RNA e RNA ds 
 
Tipo B → Forma clássica e mais abundante descrita por Watson & Crick. 
Em solução o DNA geralmente assume esta conformação. 
Tipo Z → Ocorre quando o açúcar e a base nitrogenada ficam do mesmo 
lado da ligação glicosídica. Em eucariotos o DNA tende a assumir esta 
conformação devido à metilação de DNA. 
 DNA B DNA A DNA Z 
TIPOS DE DNA 
TIPOS DE DNA 
 
# Fatores que estabilizam sua formação: 
 
 → metilação ou bromação de bases 
 
 → estresse torcional 
 
 → ligação de proteínas específicas ao DNA 
 
• Alterações nas conformações podem facilitar ou dificultar a interação do 
DNA com proteínas. 
Conformação anti e syn 
C2’-endo 
C3’-endo 
DNA B DNA A 
DNA Z 
Etanol 75% 
 [Sal] 
Dupla RNA 
Metilação ou Bromação 
 Umidade 
Relativa (92%) 
TIPOS DE DNA 
Principais características dos DNAs A, B e Z 
CARACTERÍSTICAS FORMA A FORMA B FORMA Z 
Sentido helicoidal 
(Giro) 
Direita Direita Esquerda 
Diâmetro (nm) ~2,6 ~2,0 ~1,8 
Pb por giro (n) 11 10 12 
Espaço entre as 
bases (nm) 
0,26 0,34 0,37 
Inclinação da base 20o 6o 7o 
Sulco maior Estreito/Profundo Largo/Profundo Achatado 
Sulco menor Largo/Raso Estreito/Profundo Estreito/Profundo 
Ligação glicosídica anti anti anti(pir) sin(pur) 
TIPOS DE DNA 
RNA 
 RNA – RiboNucleic Acid (do inglês) 
 
ESTRUTURA MOLECULAR DO RNA 
• Formado por vários nucleotídeos (moléculas grandes) 
• Precisa do DNA para ser formado 
• O açúcar do RNA é uma pentose (RIBOSE) 
• URACILA no lugar de TIMINA 
• NÃO POSSUI DUPLA HÉLICE (única camada) 
RNA mensageiro (mRNA) 
Fim da 
mensagem 
Sinal de ligação ao 
Ribossomo 
Códon de 
Iniciação 
(Start Códon) 
Início da Transcrição 
Hairpin 
AAAAA 
CAU 
AGGAGGU 
AUG 
 transfere a informação do DNA 
(núcleo) ao ribossomo (citoplasma) 
sob a forma de aminoácidos para a 
síntese de proteínas; 
 
RNA transportador (tRNA) 
 Decifra o código dos 
aminoácidos contidos 
no mRNA para a 
síntese de proteínas. 
RNA ribossomal (rRNA) 
 
 Associa-se com uma série de 
proteínas para formar o 
Ribossomo. Representa 75% 
do RNA total da célula; 
 
Tipos de RNA 
OUTROS RNAs 
hnRNA 
snRNA snoRNA 
 Ribozimas: pequenos RNAs presentes no núcleo e citoplasma com funções estruturais e 
catalíticas. 
(heterogêneos 
nucleares): precursores 
de mRNA; 
(pequenos 
nucleares): 
formação das 
ribonucleoproteínas 
(snRNP) que tem 
função de produzir 
mRNA funcionais; 
RNA DE INTERFERÊNCIA (RNAi) 
Andrew Fire e Craig Mello 
Premio Nobel de Medicina 2006 
RNA x DNA 
H 
H 
H 
H 
RNA x DNA 
RNA x DNA 
PRINCIPAIS DIFERENÇAS ENTRE DNA E RNA 
DNA RNA 
 
BASES 
 PÚRICAS 
 
 
ADENINA(A) 
GUANINA (G) 
 
ADENINA(A) 
GUANINA (G) 
 
 
BASES 
PIRIMÍDICAS 
 
 
CITOSINA (C) 
TIMINA (T) 
 
CITOSINA (C) 
URACILA (U) 
 
PENTOSES 
 
 
DESOXIRRIBOSE 
 
RIBOSE 
Processos 
1. Replicação 
2. Transcrição 
3. Tradução 
1. AUTO DUPLICAÇÃO ou REPLICAÇÃO – Capacidade do DNA de originar cópias 
exatas de si mesmo 
IMPORTÂNCIA: Permite que após a divisão celular, as células filhas recebam a 
mesma quantidade de moléculas de DNA da célula-mãe 
O processo requer a ação de um conjunto de enzimas e é dividido em: 
Processos 
DNA Girase / 
DNA Helicase 
DNA Primase / 
DNA Polimer. 3 
(pr. contínuo e descontínuo) 
DNA Polim. 1 / 
DNA Ligase 
Replicação do DNA 
 
Processos 
DNA Girase / 
DNA Helicase 
DNA Primase / 
DNA Polimer. 3 
DNA Polim. 1 / 
DNA Ligase DNA 
Transferase 
• Replicação do DNA 
 
Processos 
Processos 
A replicação é semiconservativa... 
Etapas: 
- A molécula de DNA abre-se por ação da enzima RNA POLIMERASE 
- Em seguida começa o pareamento de novos nucleotídeos 
- Depois de pareado, o RNA pronto irá soltar-se e vai para o citoplasma 
- A molécula de DNA se recompõe e volta ao normal 
Processos 
2. TRANSCRIÇÃO – envolve apenas uma região específica do DNA conhecida como 
gene. Essa região é utilizada como molde para sintetizar uma fita de RNA. 
IMPORTÂNCIA: Permite que a informação contida no DNA seja transferida a moléculas 
de RNA para sua posterior expressão. 
O processo requer a ação de uma única enzima (RNA Polimerase) que exerce todas as 
funções necessárias para a transcrição de um gene a partir de uma das fitas do DNA. 
Processos 
• A transcrição de um segmento se inicia quando a RNA polimerase reconhece e liga-se 
a seqüências específicas de nucleotídios em uma região especial, no início do gene, 
denominada promotor 
 
• A partir daí a RNA polimerase move-se ao longo do molde, sintetizando RNA, até 
alcançar uma outra seqüência específica que sinaliza o término da transcrição 
 
Processos 
3. TRADUÇÃO – é a transferência da informação contida em nucleotídeos 
para aminoácidos e consequentemente para proteínas 
IMPORTÂNCIA: é o resultado da informação genica na forma de expressão 
 T G C A G C T C C G G A C T C C A T . . . 
RNA Polimerase 
promotor 
Transcrição 
A C G U C G A G G C C U G A G G U A . . . 
DNA 
mRNA 
Tradução 
His 
Ribossomo 
A C G 
códonProcessos 
3. TRADUÇÃO 
 T G C A G C T C C G G A C T C C A T . . . 
RNA Polimerase 
promotor Transcrição 
A C G U C G A G G C C U G A G G U A . . . 
DNA 
mRNA 
Tradução 
Ribossomo 
His 
Leu Gli 
Ser 
Ser 
Cis 
Processos 
3. TRADUÇÃO 
Proteína 
U C A G 
U Phe 
Phe 
Leu 
Leu 
Ser 
Ser 
Ser 
Ser 
Tyr 
Tyr 
Parada 
Parada 
Cys 
Cys 
Parada 
Trp 
U 
C 
A 
G 
C Leu 
Leu 
Leu 
Leu 
Pro 
Pro 
Pro 
Pro 
His 
His 
Gln 
Gln 
Arg 
Arg 
Arg 
Arg 
U 
C 
A 
G 
A Ile 
Ile 
Ile 
Met 
Thr 
Thr 
Thr 
Thr 
Asn 
Asn 
Lys 
Lys 
Ser 
Ser 
Arg 
Arg 
U 
C 
A 
G 
G Val 
Val 
Val 
Val 
Ala 
Ala 
Ala 
Ala 
Asp 
Asp 
Glu 
Glu 
Gly 
Gly 
Gly 
Gly 
U 
C 
A 
G 
1
a
 b
a
se
 n
o
 c
ó
d
o
n
 
2a base no códon 
3
a b
a
se
 n
o
 có
d
o
n
 
Processos 
3. TRADUÇÃO 
 Código Genético  mapeamento dos códons nos 
aminoácidos 
 64 códons 
 20 aminoácidos 
 
 
 3 códons de parada 
aminoácidos mapeados por mais 
de um códon 
Degeneração do código genético 
Processos 
3. TRADUÇÃO 
 Visto que o código genético tem redundância, é possível que 
diferentes seqüências nucleotídicas codifiquem a mesma seqüência de 
aminoácidos 
 Essas diferenças limitam-se a uma ou, quando muito, a duas posições da 
trinca de uma dado códon 
 
 
Leu Pro Arg Lis Ile 
UUA CCU AUU AAA CGG 
CUG CCG AUA AAG CGA 
Processos 
3. TRADUÇÃO 
Processos 
3. Etapas da tradução 
Processos 
3. Etapas da tradução 
Processos 
3. Etapas da tradução 
Enzimática 
Transporte 
Estrutural 
Hormonal 
Imunológica 
Motora 
Reserva 
alimentar 
CONSIDERAÇÕES FINAIS 
 Ácidos Nucléicos  maiores representantes do genótipo (DNA) 
 
 Proteínas  maiores representantes do fenótipo 
 
 DNA  Envolvido com todo metabolismo do organismo 
 
 Molécula da Hereditariedade: Seqüências de bases nitrogenadas  
Informações 
 
 DNA  Moléculas principais 
 
 RNA  Moléculas intermediárias 
 
 Proteína  Resultado final da informação 
 
 Responda: 
a) Que tipo de ácido nucleico é este? Justifique. 
b) Que tipo de açúcar está presente neste trecho de molécula?