2 REVISÃO ESTRUTURA E PROPRIEDADES DO DNA E RNA 2018 2

Prévia do material em texto

Estrutura dos Ácidos Nucleicos e suas 
Propriedades Físico-químicas
EDUCAC
Curso de Pós-Graduação em Micrbiologia Clínica
Disciplina: Diagnóstico Molecular de Microrganismos
Profa. MSc. Tatiana PiresDisciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 1
I- Os Nucleotídeos
Ia - Definição e Funções
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 4
Ib – Purinas e Pirimidinas
▪ São compostos heterocíclicos nitrogenados, cujos anéis contêm 
carbono e outros elementos (heteroátomos).
▪ A estrutura planar de ambas facilita sua combinação direta 
“empilhamento”;
▪DICA: Estrutura da Purina > que Pirimidina;
Os átomos estão
numerados de acordo
com o SI
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 5
Ic – Nucleosídeos e Nucleotídeos
Lenhingher, Princípios da Bioquímica, 2000.
PURINAS
PIRIMIDINAS
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 6
Ic – Nucleosídeos e Nucleotídeos
▪Nucleosídeos  São derivados das purinas e pirimidinas com 1 
açúcar ligado a um nitrogênio do anel de um heterocíclico (“base” 
heterocíclica), ainda que alguns não possuam essa estrutura básica).
▪Ou seja: 
▪Nucleotídeos  São nucleosídeos com um grupo fosfato 
esterificado a um grupo hidroxila pelo açúcar.
▪Ou seja: 
1 açúcar + 1 base – sem grupo fosfato!
1 açúcar + 1 base – com grupo fosfato!
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 7
Ic – Nucleosídeos e Nucleotídeos
Timidina
NUCLEOSÍDEOS DE RNA e NUCLEOSÍDEO DE DNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 8
Ic – Nucleosídeos e Nucleotídeos
β-N-glicosídica
β-N-glicosídica
rotação
Ambas as rotações
existem na natureza,
porém a anti
predomina
Estabilização estérica dificulta a rotação em torno da base β-N-glicosídica dos nucleosídeos e
nucleotídeos Conformação sin e Conformação anti
Harper, Bioquímica Ilustrada, 2007. Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 9
Ic – Nucleosídeos e Nucleotídeos
▪ Algumas propriedades físico-químicas dos Nucleosídeos/Nucleotídeos/Bases:
₋ Propriedade de transferência de grupos;
₋ Nucleosídeos ou bases purínicas e pirimidínicas livres: são apolares em pH fisiológico;
₋ Nucleotídeos possuem carga negativa em pH fisiológico, mas..
₋ Podem atuar como doadores ou receptores de prótons em pH duas ou + unidades acima ou 
abaixo da neutralidade;
₋ Nucleotídeos absorvem luz UV – em pH 7,0 todos os Nt absorvem luz no comprimento de 
onde 260nm (absorbância-concentração) Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 12
Ic – Nucleosídeos e Nucleotídeos
COX, Biologia Molecular – Princípios e Técnicas, 2012..
Base Nucleosídeo Nucleotídeo Abreviação Ácido Nucleico
Adenina Adenosina 
Desoxiadenosina
Adenilato
Desoxiadenilato
AMP
dAMP
RNA
DNA
Guanina Guanosina
Desoxiguanosina
Guanilato
Desoxiguanilato
GMP
dGMP
RNA
DNA
Citosina Citidina
Desoxicitidina
Citidilato
Desoxicitidilato
CMP
dCMP
RNA
DNA
Timina Timidina
Deoxitimidina
Timidilato
Desoxicitidilato
TMP
dTMP
DNA
Uracila Uridina Uridilato UMP RNA
PURINAS
PIRIMIDINAS
ATENÇÃO: Moléculas de DNA e RNA são definidas pelo tipo de açúcar presente na cadeia e não
pela presença de timina ou uracila!
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 13
Ic – Nucleosídeos e Nucleotídeos
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 14
II- Estrutura e propriedades dos 
Ácidos Nucleicos
DNA e RNA
IIa– Ácidos Nucleicos- Definição
▪ São cadeias quimicamente ligadas de monômeros de nucleotídeos.
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 29
IIb– Ácidos Nucleicos- Nucleotídeos
▪Nucleotídeo  Molécula composta por três componentes típicos:
₋ Base heterocíclica
₋ Açúcar pentose
₋ Grupamento fosfato
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires
30
IIb– Ácidos Nucleicos- Nucleotídeos
▪As bases nitrogenadas derivam das purinas ou
pirimidinas;
▪Os átomos de carbono e nitrogênio nas
estruturas originais são numerados de acordo
com a convenção;
▪Os átomos de carbono nas pentoses são
numerados utilizando-se apóstrofo (´) para
diferenciar dos átomos das bases nitrogenadas;
Nt de DNA  DESOXIRRIBONUCLEOTÍDEOS
Nt de RNA  RIBONUCLEOTÍDEOS
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires
31
IIc– Ácidos Nucleicos- Bases Nitrogenadas
▪As bases nitrogenadas derivam
das purinas ou pirimidinas;
▪Os átomos de carbono e
nitrogênio nas estruturas originais
são numerados de acordo com a
convenção;
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 32
IId– Ácidos Nucleicos- Pentose
▪Os Ácidos Nucleicos possuem dois tipos de
pentoses:
▪D-Ribose - RNA
▪2´-desoxi-D-Ribose (Desoxirribose) – DNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 33
IId– Ácidos Nucleicos- Grupo Fosfato
H3PO4
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 34
IId– Ácidos Nucleicos- Nucleotídeos de DNA e RNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 35
IId– Ácidos Nucleicos- Ligações Fosfodiéster
▪Os Nt sucessivos de DNA e RNA são ligados
covalentemente, via Grupo Fosfato “Conector”:
Grupamento 5´-P(Fosfato_ de um Nt é 
ligado ao Grupamento 3´-
OH(Hidroxila) do próximo Nt.
Isto envolve perda de H2O e os Nts
unidos passam a ser chamar “resíduos”
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires
36
IId– Ácidos Nucleicos- Ligações Fosfodiéster
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 37
IId– Ácidos Nucleicos- Ligações Fosfodiéster
A POLARIDADE DE UMA CADEIA SIMPLES DE DNA OU RNA É DEFINIDA PELOS 
GRUPAMENTOS QUÍMICOS – O FOSFATO 5´-LIVRE OU 3´- HIDROXILA – NA 
EXTREMIDADE DA CADEIA, E NÃO PELOS OXIGÊNIOS 5´ E 3´DAS LIGAÇÕES 
FOSFODIÉSTER INTERNAS.
CADA UMA DAS MOLÉCULAS LINEARES DE DNA E RNA POSSUI UMA ÚNICA 
EXTREMIDADE 5´E UMA EXTREMIDADE 3´
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 38
IId– Ácidos Nucleicos- Ligações Fosfodiéster
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 39
IId– Ácidos Nucleicos- Ligações Fosfodiéster
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 40
IIe– Ácidos Nucleicos- A Estrutura do DNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 41
IIe– Estrutura do DNA - Descrição
▪ Dados de Chargaff, 1940:
1. A composição das bases de DNA geralmente varia de uma espécie para outra;
2. Amostra de DNA isoladas de tecidos diferentes, mas da mesma espécie, possuem
a mesma composição de bases;
3. A composição das bases de DNA de uma determinada espécie não é alterada com
a idade do organismo, com seu estado nutricional ou com o ambiente;
4. Em todos os DNAs celulares, independentemente da espécie, o número de
resíduos de adenosina equivale ao número de resíduos de timidina, e o número de
resíduos de citidina equivale ao número de resíduos de guanosina.
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires
42
IIe– Estrutura do DNA - Descrição
▪Pareamento de Chargaff, 1940:
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 43
IIe– Estrutura do DNA - Descrição
▪Descrita por Watson e Crick em 1953 - Nature
D
iscip
lin
a: D
iagn
ó
stico
 M
o
lecu
lar P
ro
fa. M
Sc. Tatian
a P
ires
44
IIe– Estrutura do DNA - Descrição
▪As moléculas de DNA são helicoidais, com duas periodicidades ao
longo do eixo maior: uma principal de 3,4 Ângstrons e uma secundária
de 34 Ângstrons.
O DNA é composto por duas cadeias polinucleotídicas enroladas como dupla hélice torcida
para a direita. A alternância das unidades 2´-Desoxi-D-Ribosee de fosfato forma o esqueleto de
cada cadeia, do qual as bases se projetam para dentro, em direção ao centro da hélice. As bases
são posicionadas de modo a formarem pontes de hidrogênio, entre as cadeias, de acordo com os
pareamentos preferenciais (A com T e G com C). As duas superfícies desiguais formadas pela
torção da hélice são chamadas de sulco maior e sulco menor. As fitas de DNA sempre
apresentam uma polaridade(direção) definida devido à forma assimétrica da ligação de
nucleotídeos que a compõem. Desta forma, as fitas são antiparalelas, ou seja, a cadeia principal
segue na direção 5´-- 3´ e a complementar na direção 3´-- 5´. Essa orientação é mais favorável
energeticamente devido à geometria das bases nitrogenadas. Quase sempre a dupla hélice é
torcida para a direita, porém ocorrem raramente com torção à esquerda.
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 45
IIe– Estrutura do DNA - Descrição
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 46
IIe– Estrutura do DNA - Descrição
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 47
IIe– Estrutura do DNA - Descrição
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 48
IIe– Estrutura do DNA - Descrição
D
iscip
lin
a: D
iagn
ó
stico
 M
o
lecu
lar P
ro
fa. M
Sc. Tatian
a P
ires
49
IIe– Estrutura do DNA - Descrição
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 50
IIe– Estrutura do DNA - Descrição
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 51
IIIg– Estrutura do DNA – DNA em céls. eucariontes
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 63
IIIg– Estrutura do DNA – DNA em céls. eucariontes
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 64
IIIg– Estrutura do DNA – DNA em céls. eucariontes
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 65
IIIg– Estrutura do DNA – DNA em céls. eucariontes
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 66
IIIh– Estrutura do RNA
▪A descoberta de que as moléculas de RNA são centrais na conversão da
informação genética contida no DNA à proteínas, motivou a busca por
suas estruturas moleculares.
▪1970 – Descrição da estrutura do tRNA por Alexander Rich, Aaron Klug
e Sung-Hou Kim, de forma independente.
▪A grande variação das funções dos RNA reflete diretamente em uma
diversidade estrutural muito mais rica e complexa que a do DNA.
▪Em 1970 demonstraram que a fita simples de RNA é dobrada sobre si
mesma, formando pequenos segmentos de bases pareadas unidos por
regiões não-pareadas  Estrutura Secundária do RNA.
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 67
IIIh– Ácidos Nucleicos- A Estrutura do RNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 68
IIIh– Estrutura do RNA
▪Assim como o DNA, as fitas de RNA são antiparalelas, porém simples
(não formadas por mais de 1 fita), tendendo a adotar conformação à
direita estabilizada pelo empilhamento de bases nitrogenadas.
▪Porém, diferente do DNA, os segmentos de bases pareadas do RNA são
intercalados por vários outros pareamentos de bases não-Watson e
Crick.
▪As estruturas de RNA incluem regiões de nucleotídeos não pareados,
capazes de interagir com sequências não contíguas para estabilizar a
estrutura tridimensional.
▪Tais estruturas produzem formas compactas contendo superfícies ou
fendas que se ligam a outras moléculas ou formam sítios catalisadores
de reações químicas (RNAs com função de enzimas – ribozimas)
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 69
IIIh– Estrutura do RNA
▪Essa grande variedade estrutural do RNA em relação ao DNA está
ligada a:
₋ 1. Pentose do RNA é uma ribose – presença de uma –OH extra  mais
um sítio para ponte de hidrogênio
₋ 2. Uracila e não timina.
₋ 3. Geometria da ribose  A –OH extra influencia na forma do açúcar,
resultando em uma maior proximidade entre os fosfatos nos lados 3´e
5´do açúcar  Estrutura mais compacta.
▪O mal pareamento ou não-pareamento são comuns no RNA.
▪Pontes de H e interações de Van der Waals estão bastante presentes
em algumas estruturas de RNA
▪ Ions bivalentes ligam-se blindando a carga negativa do RNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires
70
IIIh– Estrutura do tRNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires
71
IIIh– Estrutura do tRNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 72
IIIh– Estrutura do tRNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires
73
IIIh– Estrutura do rRNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 74
IIIh– Estrutura do rRNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 75
IIIh– Estrutura do rRNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 76
IIIh– Estrutura do mRNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 77
IIIh– Estrutura do mRNA
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 78
IIIh– Estrutura do RNA “Hélice dupla” 
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 79
IIIh– Estrutura do RNA 
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 80
IIIh– Estrutura do RNA 
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 81
IIIh– Estrutura do RNA 
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 82
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
▪Desnaturação e Degradação:
▪ Soluções de DNA fita dupla, preparadas com cuidado, são altamente
viscosas em pH 7,0 e à T.A. (25oC);
▪Extremos de pH e temperatura  diminui viscosidade  alteração
estrutural Desnaturação ou Degradação.
▪O empilhamento de bases  diminuiu a absorção de UV em relação a
uma solução de mesma concentração, mas com ácidos nucleicos livres.
▪Pontes de H e empilhamento  limitam a ressonância dos anéis
aromáticos  diminuindo absorção de UV  absorção de UV por
ssDNA é 40% > que absorção de UV por dsDNA  Efeito Hipercrômico.
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 83
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 84
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires
85
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 86
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
D
iscip
lin
a: D
iagn
ó
stico
 M
o
lecu
lar P
ro
fa. M
Sc. Tatian
a P
ires
87
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 88
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires
89
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
▪DNA – mais estável que RNA fita simples
▪DNA é estável em pH mais alcalino ~7.5-8.3
▪RNA é estável em pH mais ácido~ 5.0-6.8
▪Soluções alcalinas (NaOH)/Formamida/Ureia  desestabilizam pontes
de H
▪Sais  estabilizam os grupos fosfatos
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 90
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
▪Melt Temperature – Tm – Temperatura de Desnaturação:
▪As moléculas de DNA em solução são desnaturadas quando aquecidas
lentamente;
▪Cada tipo de DNA possui uma Tm, definida como a temperatura na
qual metade do DNA está desnaturado. Assim... Quanto maior o
número de Pareamentos GC, maior a Tm.
▪Regiões desnaturadas do DNA pode ser visualizadas à microscopia
eletrônica.
▪A separaçãodas fitas de DNA ocorrem in vivo e pode-se conduzi-las in
vitro.
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 91
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
▪Duplex de RNA ou híbridos de DNA-RNA também podem ser
desnaturados;
▪Os duplex de RNA são mais estáveis que o DNA fita dupla;
▪Em pH neutro, a desnaturação de moléculas duplex de RNA costuma
exigir temperaturas de 20oC ou mais da temperatura exigida para
desnaturar DNA.
▪A estabilidade de híbrido DNA-RNA é intermediária entre as fitas
duplas de DNA e RNA.
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 92
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
D
iscip
lin
a: D
iagn
ó
stico
 M
o
lecu
lar P
ro
fa. M
Sc. Tatian
a P
ires
93
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires 94
IV– Propriedades Físico-químicas dos Ácidos Nucleicos
Disciplina: Diagnóstico Molecular Profa. MSc. Tatiana Pires
95
FIM!!!
96