Aula 3 cidos nucleicos

Prévia do material em texto

Ácidos nucleicos 
Prof. Fernando R. Xavier 
UDESC 2018 
2 
A origem... O calendário cósmico 
Janeiro 
Maio 
Fevereiro Março 
Junho Julho 
Abril 
Agosto 
Setembro Outubro Novembro 
DEZEMBRO ??? 
3 
Dezembro 
Domingo Segunda Terça Quarta Quinta Sexta Sábado 
1 2 3 4 5 6 7 
8 9 10 11 12 13 14 
15 16 17 18 19 20 21 
22 23 24 25 26 27 
28 29 30 31 23h59’59’’ 
1492 d.C !!! 
A origem... O calendário cósmico 
4 
Requisitos para a vida 
replicação 
reações rápidas organização 
catálise 
Interação 
supramolecular 
reconhecimento 
molecular 
5 
A “biblioteca” da vida 
~ 3,5 bilhões de anos 
evolução 
muita informação !!! 
eficiência no 
armazenamento 
DNA 
6 
O transporte da informação 
DNA 
transcrição 
RNA 
transporte da 
informação 
7 
Ácidos nucleicos 
O ácido ribonucleico (RNA) e o ácido desoxirribonucleico (DNA) consistem em 
macromoléculas chamadas polinucleotídeos. Estes compostos são responsáveis pelo 
processamento, armazenamento e a expressão das informações genéticas. 
Tais informações são essenciais para a construção, o funcionamento e a adaptação 
da célula às mudanças no ambiente. 
Tudo isso é possível pois o DNA coordena a 
síntese de todas as proteínas necessárias a 
estas atividades. Já o RNA é o ácido nucléico 
que executa a síntese proteica. 
8 
O dogma central da biologia 
O DNA contém trechos com uma função específica (GENES), responsável pela 
síntese de uma determinada proteína. Tal proteína pode gerar uma característica 
hereditária, como o tipo sanguíneo, por exemplo. 
O RNA faz a cópia da informação contida no DNA e sintetiza a proteína em questão. 
9 
Aspectos estruturais dos ácidos nucleicos 
10 
11 
As bases nitrogenadas 
12 
Os nucleotídeos 
São considerados as unidades básicas para a formação dos ácidos nucleicos. Estes 
são formados a partir de nucleosídeos (BN+açucar) após um reação de fosforilação. 
13 
A estrutura do DNA 
Por convenção, a sequência de bases é 
escrita na direção 5’ para 3’. 
Uma das características mais marcantes 
do DNA é o seu comprimento. Por 
exemplo, o vírus polyoma (responsável 
por alguns tipos de câncer) possui cerca de 
5.100 nucleotídeos. 
O genoma da E. Coli consiste em uma 
simples fita de DNA com 4.6 milhões de 
nucleotídeos. 
14 
A estrutura do DNA 
O genoma humano consiste em 3 bilhões de nucleotídeos em cada fita de DNA. Estes 
nucleotídeos estão divididos ao longo de 24 cromossomos. 
15 
O muntjac indiano (mamífero) possui a maior sequência de nucleotídeos contínua 
conhecida. Seu genoma é quase do tamanho do genoma humano, porém dividido em 
apenas 3 cromossomos gerando sequências de até 1 bilhão de nucleotideos! 
A estrutura do DNA 
16 
A estrutura helicoidal do DNA 
Foi primeiramente estudada por 
Maurice Wilkins e Rosalind Franklin 
através de difração de raios x em fibras 
de DNA. Eles previam uma estrutura 
de dupla cadeia helicoidal. 
A partir destes dados James Watson e 
Francis Crick deduziram o modelo 
estrutural do DNA. 
17 
A estrutura helicoidal do DNA: Principais características 
• As cadeias poliméricas de nucleotideos estão enoveladas sob um mesmo eixo 
central que lembra um parafuso que gira para a direita; 
• O esqueleto açúcar-fosfato ficam direcionados para o exterior da estrutura helicoidal 
enquanto as bases nitrogenadas ocupam seu interior; 
• As bases nitrogenadas estão aproximadamente perpendiculares ao eixo central e 
separadas entre si por 3,4 Å. A cada 34 Å uma volta (360º) é dada (10 pares de 
base). 
• O diâmetro da dupla hélice é de 20 Å. 
• Esta estrutura tridimensional é mantida por ligações de hidrogênio e interações 
hidrofóbicas (van der Waals) e π-stacking. (2 – 4 kJ mol-1) 
18 
O pareamento das bases nitrogenadas 
• A magnitude da energia destas ligações de 
hidrogênio é baixa (4 – 21 kJ mol-1 e 1 – 5 kJ 
mol-1, respectivamente) mas devido ao 
grande número destas, o efeito somatório é 
surpreendente. 
19 
20 
DNA: Outras características importantes 
As fitas de DNA são ditas complementares (por conta das bases nitrogenadas) e 
antiparalelas: Uma no sentido 3’→ 5’e outra no sentido 5’→ 3’; 
Sua estrutura tridimensional e área 
superficial dá origem aos chamados 
sulco maior e sulco menor; 
Principal função sulcos do DNA ‘’e: 
Fornecer informação acerca BN 
ligadas numa determinada região da 
dupla fita sem necessidade de 
abertura. Particularmente, o sulco 
maior oferece maior acessibilidade 
para ligação com proteínas do que o 
sulco menor. 
21 
Variações estruturais do DNA 
B-DNA: Tem a dupla hélice mais longa e mais 
fina. Para uma volta completa são 
necessários 10 pares de base e 34 Å de 
distância. É a forma mais comum 
encontrada no meio fisiológico. 
A-DNA: Tem a dupla hélice mais larga e mais 
curta. Para uma volta completa são 
necessários 11 pares de base e 28,2 Å. É 
encontrado quando o meio possui pouca água 
disponível (desidratado). Os pares de base 
não estão perpendiculares ao eixo. 
22 
Variações estruturais do DNA 
C-DNA: Para completar um volta completa 
são necessários 9,3 pares de base e 31 Å. É 
encontrado quando o meio possui pouca água 
disponível (desidratado) e na presença de 
íons tais como Li+ ou Mg2+. Pesquisas recente 
indicam que a diferença entre o C-DNA e o B-
DNA se dá pela conformação dos 
nucleotídeos. 
Z-DNA: É o único em que a dupla hélice gira 
para a esquerda. Para uma volta completa 
são necessários 12 pares de base e 43 Å. É 
encontrado quando o meio possui alta 
concentração de cátions ou quando é 
metilado. 
23 
De uma maneira geral, a conformação que o DNA adota depende do nível de 
hidratação, da sequência de pares de base, da quantidade e direção do 
superenovelamento, modificações químicas das bases, do tipo e concentração dos 
íons metálicos bem como de poliaminas em solução. 
Tipicamente, o DNA assume a 
conformação B, a qual pode ser 
convertida para Z-DNA sob 
condições de elevadas 
concentrações de sais ou na 
presença de solventes orgânicos. A 
conformação Z é particularmente 
favorável em sequências contendo 
nucleotídeos GC alternados. 
24 
DNA superenovelado, relaxado/circular e linear 
São as três formas de arranjo tridimensional que as moléculas de DNA podem 
permanecer. Enquanto o DNA dos seres humanos é linear o DNA de bactérias e 
organismos mais simples é circular. 
Em alguns casos a dupla fita de DNA pode se enovelar sobre ela mesma gerando 
uma estrutura tridimensional chamada superenovelada. 
25 
A reversibilidade da dupla hélice do DNA 
26 
A replicação do DNA 
27 
A replicação do DNA – Uma visão mais ampla 
28 
O RNA é caracterizado uma estrutura polimérica de fita simples, onde a base 
nitrogenada timina (T) é substituída pela uracila (U). 
Apesar de ser uma simples fita moléculas de RNA podem assumir conformações 
complexas fazendo pareamentos com ele mesmo. 
A estrutura do RNA 
29 
Simples fita de DNA e RNA e estruturas elaboradas 
30 
31 
Tipos de RNA 
O RNA mensageiro mRNA é o responsável pela síntese proteica. Ele pode ser 
sintetizado um gene ou um grupo destes. É extremamente dependente do organismo 
que o expressa não possuindo então um tamanho específico. 
O RNA ribossomial rRNA é o maior constituinte dos ribossomos. Cada ribossomo 
possui uma unidade de rRNA. Possui propriedades catalíticas. 
32 
O RNA transportador tRNA carrega os aminoácidos e os ativa para que sejam 
formadasas ligações peptídicas e consequente síntese proteica. 
33 
34 
35