Nucleotideos Bioquimica

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Biologia Molecular Básica – Módulo I: Básico Estrutura dos ácidos nucléicos – Aula 2 
Profª. Christina Gaspar Villela – Extensão de Biologia – Fundação CECIERJ/CEDERJ 1
Biologia Molecular Básica Módulo I – Básico 
Aula 2 
Unidades fundamentais dos ácidos 
nucléicos 
Prezado professor, nesta aula você vai estudar os nucleotídeos que 
formam os blocos constituintes dos ácidos nucléicos. 
Os objetivos desta aula são: 
ƒ Identificar diferenças estruturais entre o DNA e o RNA. 
ƒ Estudar a fórmula estrutural dos nucleotídeos, identificando as três 
partes que os compõem. 
ƒ Identificar a principal diferença entre os nucleotídeos e os 
nucleosídeos. 
ƒ Estudar a nomenclatura dos nucleotídeos e nucleosídeos. 
 
1. Organização do material genético 
 
Os ácidos nucléicos são substâncias químicas envolvidas na transmissão 
de caracteres hereditários e na produção de proteínas. Estão em todas 
as células. São eles: ácido desoxirribonucléico (ou DNA – 
Deoxyribonucleic acid) e ácido ribonucléico (ou RNA – Ribonucleic 
acid,). 
O DNA foi primeiramente isolado a partir do núcleo de leucócitos, por 
Friedrich Miescher, em 1869. A presença de DNA em outros tipos de 
célula foi comprovada nos anos seguintes. Algum tempo depois, 
Fraenkel-Conrat e Singer (1957) demonstraram que o genoma de 
alguns vírus é constituído de RNA. 
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Essas macromoléculas são formadas por um açúcar, um grupo fosfato e 
uma base nitrogenada. Entretanto, existem algumas diferenças entre 
esses dois ácidos. O primeiro é formado por duas cadeias em forma de 
dupla hélice, o que não ocorre no RNA, que é formado por uma única 
cadeia. As cadeias do DNA são constituídas pelo açúcar desoxirribose 
(lembre-se da letra D da abreviatura DNA), enquanto o RNA é formado 
pelo açúcar ribose (é a letra R da abreviatura RNA). Outra característica 
que os diferencia diz respeito às suas bases nitrogenadas. A dupla hélice 
do DNA é constituída pelo pareamento das bases nitrogenadas timina e 
adenina (T-A) ou citosina e guanina (C-G), enquanto o RNA é 
constituído pelas bases nitrogenadas uracila (U), adenina (A), citosina 
Figura 1: Os ácidos nucléicos foram identificados antes mesmo de se 
conhecer sua relação com a hereditariedade. Vários experimentos 
comprovaram sua existência. Você pode rever alguns desses experimentos 
acessando a animação. 
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(C) ou guanina (G). Você percebeu a diferença? No RNA encontramos 
a base uracila (U) ao invés da base timina (T). 
Como você verá mais adiante, os ácidos nucléicos são polímeros lineares 
de nucleotídeos, ou seja, os nucleotídeos são os blocos constituintes dos 
ácidos nucléicos. Os nucleotídeos podem ser de dois tipos: os 
ribonucleotídeos (que compõem o RNA) e os desoxirribonucleotídeos 
(que fazem parte do DNA). Veja, então, como é um nucleotídeo. 
2. Nucleotídeos 
Repare a fórmula geral estrutural de um nucleotídeo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2.1. Açucar (Pentose) 
Agora observe o açúcar, que é sempre uma pentose (açúcar de cinco 
átomos de carbono), representado na fórmula geral estrutural de um 
nucleotídeo. Os cinco átomos de carbono (C) do açúcar são numerados 
de C1’ (lê-se “carbono 1 linha”), a partir do carbono mais à esquerda na 
figura, até C5’ (lê-se “carbono 5 linha”), no sentido horário. Repare que 
a pentose está ligada pelo C5’ a um grupo fosfato e pelo C1’ a uma 
base nitrogenada. Note também que as pentoses podem apresentar 
um grupamento OH ligado ao C2’ (D-ribose) ou um H ligado ao C2’ (2’-
desoxi-D-ribose). Os nomes dos nucleotídeos e dos ácidos nucléicos 
correlatos derivam do tipo de pentose: ribose ou desoxirribose. A D-
ribose está presente nos ribonucleotídeos, ou seja, no RNA, enquanto a 
2’-desoxi-D-ribose está presente nos desoxirribonucleotídeos, ou seja, 
no DNA. 
Figura 2: Um nucleotídeo 
é formado por três 
partes: um açúcar ligado 
ao(s) grupo(s) fosfato(s) 
e a uma base 
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2.2. Base Nitrogenada 
Estrutura das bases nitrogenadas 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
As bases nitrogenadas, que muitas vezes são chamadas simplesmente 
de bases, dividem-se em dois grupos: as bases purínicas e as bases 
pirimidínicas. Têm esse nome por derivarem da purina e da 
pirimidina, respectivamente. A purina apresenta dois anéis 
heterocíclicos fundidos, um de seis e um de cinco átomos, contendo 
ao todo quatro átomos de nitrogênio. Dizemos que os anéis são fundidos 
porque dois átomos, o C4 e o C5, são compartilhados pelos dois anéis. Já 
a pirimidina apresenta um único anel heterocíclico de seis átomos, 
contendo dois átomos de nitrogênio. Repare na numeração dos átomos 
dos anéis, que sempre se inicia em um átomo de nitrogênio (N) e segue 
a direção em que os outros átomos de nitrogênio estejam associados 
aos menores números. Os átomos são numerados sem (‘) para se 
diferenciar da numeração dada à pentose. 
Figura 3: Representação das bases purínicas (adenina e guanina) e 
pirimidínicas (citosina, timina e uracila). Em anexo está a numeração dos 
átomos constituintes do anel. As setas indicam os grupamentos substituintes 
da estrutura central das bases. 
Desoxi – O prefixo desoxi- significa “sem oxigênio”. A substituição da 
hidroxila (OH) por hidrogênio (H) é a única diferença entre ribose e 
desoxirribose. 
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Os anéis aromáticos que incorporam átomos de nitrogênio são 
importantes para o arranjo espacial das moléculas dos ácidos nucléicos. 
Por exemplo, esses anéis são essencialmente planos, permitindo seu 
empilhamento. Além disso, o nitrogênio (N) confere um caráter básico 
fraco ao anel aromático, de forma que as bases nitrogenadas 
apresentam-se sem carga em pH fisiológico (7,0). Entretanto, as bases 
nitrogenadas podem se apresentar carregadas em valores extremos de 
pH. O comportamento das bases nitrogenadas em pH fisiológico é 
fundamental sob o ponto de vista estrutural dos ácidos nucléicos. Isso 
se comprova quando as bases são expostas a valores extremos de pH, o 
que leva à presença de carga, perturbando, assim, o arranjo estrutural 
das moléculas. 
As bases purínicas, adenina (A) e guanina (G), ligam-se ao carbono 
C1’ da pentose através de uma ligação N-glicosídica envolvendo a 
posição 9 (N9). Elas diferem entre si com relação aos grupamentos 
ligados aos átomos da estrutura central da purina. Adenina e guanina 
são encontradas tanto no DNA como no RNA. 
 
 
As bases pirimidínicas, citosina (C), timina (T) e uracila (U), 
ligam-se ao carbono C1’ da pentose através de uma ligação N-glicosídica 
envolvendo a posição 1 (N1). As diferenças entre elas também recaem 
nos grupamentos ligados aos átomos da estrutura central da pirimidina. 
A citosina está presente tanto no DNA como no RNA. Porém a 
timina está presente preferencialmente no DNA; a uracila, 
somente no RNA. 
Vale lembrar que a purina e a pirimidina dão origem a derivados 
importantes,como a tiamina (Vitamina B1) e os barbituratos derivados 
das purinas, o ácido úrico, produto final do metabolismo de purinas, 
além da cafeína e teofilina derivadas das pirimidinas. Além disso, 
algumas bases raras podem ser encontradas nos ácidos nucléicos, como 
será visto em aulas posteriores. dúvidas! 
Ligação N-glicosídica - Esse tipo de ligação é formado pela remoção de um 
grupo hidroxila da pentose e de um hidrogênio da base. 
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2.3. Grupamento Fosfato 
O caráter ácido dos nucleotídeos é devido à presença de resíduos de 
fosfato derivados do ácido fosfórico – H3PO4, que se dissociam em pH 
intracelular, liberando íons hidrogênio (H+) e deixando o fosfato 
carregado negativamente. Como essas cargas negativas atraem 
proteínas, a maioria dos ácidos nucléicos nas células está associada com 
proteínas. 
Grupamentos fosfatos ligados à pentose dos nucleotídeos 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
3. Nucleosídeos 
Os nucleosídeos são constituídos apenas da base nitrogenada ligada ao 
carbono C1’ da pentose através de ligação N-glicosídica. 
 
 
 
 
 
Figura 4: O primeiro é chamado fosfato α, o segundo fosfato β e o terceiro 
fosfato γ. O fosfato α se liga ao C5’ através de uma ligação do tipo fosfoéster, 
enquanto o fosfato β se liga ao α e o fosfato γ se liga ao β através de ligações 
fosfoanídricas. 
Figura 5 
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4. Propriedades dos Nucleotídeos e 
Nucleosídeos 
Os nucleotídeos e outros componentes celulares contendo bases 
purínicas ou pirimidínicas podem ser facilmente detectados por 
absorverem luz ultravioleta (UV). As bases purínicas e seus derivados 
nucleosídeos e nucleotídeos absorvem luz UV (200-380 nm) mais 
fortemente que as pirimidinas e seus derivados. O comprimento de onda 
correspondente à absorção máxima para a maioria desses compostos é 
de aproximadamente 260 nm. A medida de absorbância nesse 
comprimento de onda é amplamente empregada para a quantificação de 
ácidos nucléicos nas preparações de DNA e RNA. 
Devido à presença de grupamentos fosfatos, que são altamente polares, 
os nucleotídeos são muito mais solúveis em solução aquosa do que os 
nucleosídeos e as bases livres. 
As ligações N-glicosídicas dos nucleosídeos e nucleotídeos não sofrem 
hidrólise alcalina. Contudo, a estabilidade dessas ligações frente à 
hidrólise ácida difere sensivelmente. A ligação N-glicosídica de 
nucleosídeos e nucleotídeos purínicos é facilmente hidrolisada por ácido 
diluído em temperaturas elevadas (por exemplo, 60ºC), gerando purinas 
livres, açúcar ou açúcar fosfato. O mesmo tipo de ligação envolvendo as 
bases uracil, citosina e timina é bastante estável ao tratamento ácido, 
requerendo condições mais drásticas, como ácido perclórico (60%) e 
100ºC, para liberar as pirimidinas livres. Esse tratamento, porém, 
promove a completa destruição do açúcar. 
5. Nomenclatura dos Nucleotídeos e 
Nucleosídeos 
Antes de você aprender como os nucleotídeos se ligam para formar os 
ácidos nucléicos, é importante que você entenda como os nucleosídeos e 
os nucleotídeos são chamados. A primeira característica a ser observada 
é o tipo de base presente, pois a nomenclatura desses dois grupos de 
compostos deriva do nome da base nitrogenada. Em seguida, o tipo de 
açúcar – ribose ou desoxirribose – também é importante para a 
denominação desses compostos, pois, se a desoxirribose estiver 
presente, o nome da molécula deve receber o prefixo desoxi-. Por fim, a 
presença ou ausência do fosfato é fundamental para a nomenclatura. Se 
não houver fosfato, a molécula é um nucleosídeo, e recebe o sufixo -
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osina (se for uma base derivada de purina) ou -idina (se a base for 
derivada de pirimidina). Caso o fosfato esteja presente, a molécula é 
um nucleotídeo e então recebe o mesmo nome do nucleosídeo 
correspondente, acrescido de 5’- (carbono da pentose ao qual o fosfato 
está ligado), seguido dos prefixos mono, di ou tri, se respectivamente 
um, dois ou três grupamentos fosfatos estiverem presentes, além da 
palavra fosfato. O nome do nucleotídeo que apresenta o fosfato ligado 
ao C3’ da pentose segue a mesma regra, substituindo o 5’ por 3’ antes 
da palavra fosfato. 
Tomemos como exemplo a purina adenina. O nucleotídeo formado 
pela ligação do grupamento fosfato à adenosina (nucleosídeo formado 
pela D-ribose e a adenina), na posição C5’ da pentose, recebe o nome 
geral de adenosina 5’-fosfato. 
 
 
 
 
 
 
 
Conforme o número de grupamentos fosfatos ligados à pentose, o 
nucleotídeo pode ser denominado mais especificamente adenosina 5’-
mono, di ou trifosfato, no caso de haver um, dois ou três fosfatos. 
Note que a pentose exemplificada é uma D-2-desoxirribose. Os 
desoxirribonucleotídeos que compõem o DNA recebem o prefixo desoxi-. 
Se a adenina estiver ligada à desoxi-D-ribose, o nucleosídeo formado 
recebe o nome de desoxiadenosina. Já o nucleotídeo gerado pela 
ligação da desoxiadenosina com o(s) grupamento(s) fosfato(s) na 
posição 5’ da pentose é denominado desoxiadenosina 5’-fosfato, ou 
ainda desoxiadenosina 5’-mono, di ou trifosfato, de acordo com a 
presença de um, dois ou três grupamentos fosfatos. 
Figura 6 
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6. Importância dos Nucleotídeos 
Além de sua importância como unidades monoméricas constituintes dos 
ácidos nucléicos, cujas funções você estudará mais adiante, os 
nucleotídeos desempenham outras funções celulares de igual relevância. 
Por exemplo, o ATP é reconhecido como a molécula armazenadora de 
energia, sendo formado por reações que são direcionadas pela liberação 
de energia do metabolismo oxidativo dos alimentos. Além do ATP, os 
outros nucleotídeos podem desempenhar essa função. Os mono- e 
dinucleotídeos AMP e ADP também são importantes intermediários 
energéticos no metabolismo. O cAMP (AMP cíclico) é um segundo 
mensageiro formado após a estimulação dos receptores acoplados à 
proteína G, que, respondendo a sinais extracelulares, transfere-os para 
o processo metabólico no interior da célula. Alguns nucleotídeos são 
componentes de nicotinamida adenina dinucleotídeos, NAD+ (oxidada) e 
NADH (reduzida), e de flavina mono- e dinucleotídeos, FMN (oxidada) e 
FAD (reduzida), respectivamente. Esses compostos existem nas formas 
oxidada e reduzida, o que os torna cofatores importantes para as 
reações de oxi-redução catalisadas enzimaticamente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 7 
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7. Polimerização dos Nucleotídeos 
Agora que você já é capaz de reconhecer um nucleotídeo e diferenciar 
um ribonucletídeo de um desoxirribonucleotídeo, verá como essas 
unidades se ligam para formar o ácido ribonucléico – RNA – e o ácido 
desoxirribonucléico – DNA. 
Os ácidos nucléicos são polímeros lineares (ou seja, sem ramificações) 
de nucleotídeos ligados entre si por ligação do tipo fosfodiéster formada 
entreo fosfato do carbono C5’ de um nucleotídeo e o grupo hidroxila do 
carbono C3’ da pentose do nucleotídeo adjacente. A cadeia resultante é 
bastante polar e possui uma extremidade 5’ (lê-se 5 linha) livre, fosfato 
do C5’ da pentose, e uma extremidade 3’ (lê-se 3 linha) livre, hidroxila 
do C3’. Essas extremidades também são chamadas 5’ fosfato e 3’ 
hidroxila. Por convenção, as bases de uma seqüência são sempre 
descritas da extremidade 5’ para a extremidade 3’. Portanto, a 
orientação da cadeia é designada 5’ para 3’ ou 5’ → 3’. As ligações 
fosfodiéster podem ser clivadas enzimaticamente por enzimas 
chamadas nucleases, que se dividem em endonucleases, capazes de 
clivar as ligações no meio da molécula, e exonucleases, capazes 
de clivar as ligações nas extremidades da molécula. 
A ligação do tipo fosfodiéster é resultante de uma reação de 
condensação entre nucleotídeos-trifosfatos, ricos em energia, com 
liberação de pirofosfato inorgânico (P2O63-) e água. Observe a seguir a 
reação entre dois nucleotídeos para a formação de um dinucleotídeo. 
Na fórmula geral dos nucleotídeos 5’ fosfato, existem três chaves, 
correspondendo ao NMP (nucleotídeo 5’-monofosfato), ao NDP (nucleotídeo 
5’-difosfato) e ao NTP (nucleotídeo 5’-trifosfato). Nos desoxirribonucleotídeos 
(dNMPs, dNDPs e dNTPs), a pentose é 2’-desoxi-D-ribose. Repare que, nas 
abreviações, a letra d minúscula é usada apenas para os 
desoxirribonucleotídeos. 
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Note que a maneira como os polímeros são formados resulta em uma 
seqüência de fosfato, açúcar, fosfato, açúcar que se repete por bilhões 
de vezes, se considerarmos o genoma de um organismo. Ligadas aos 
resíduos de açúcar, encontram-se as bases nitrogenadas: adenina (A), 
citosina (C), guanina (G) e timina (T), no DNA – ou uracila (U), no RNA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 8: A ligação de dois nucleotídeos resulta em um dinucleotídeo; a de 
três nucleotídeos resulta em um trinucleotídeo e assim por diante. Polímeros 
contendo até 50 nucleotídeos são chamados “oligonucleotídeos”. Aqueles que 
contêm mais de 50 nucleotídeos são denominados “polinucleotídeos”. 
Figura 9 
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8. Resumo 
Como você viu nesta aula, os ácidos nucléicos são as moléculas com a 
função de armazenamento e expressão da informação genética. Existem 
basicamente dois tipos de ácidos nucléicos: o ácido desoxirribonucléico 
(DNA) e o ácido ribonucléico (RNA). Estes ácidos são formados de 
compostos orgânicos chamados nucleotídeos; Estes, por sua vez, são 
formados basicamente de um açúcar (ribose no caso de uma molécula 
de RNA ou desoxirribose no caso de uma molécula de DNA), uma base 
púrica ou pirimídica e um ou mais agrupamentos fosfato. A parte do 
nucleotídeo que compreende apenas o açúcar e a base fraca denomina-
se nucleosídeo. Lembre-se de que, além de sua importância como 
unidades monoméricas constituintes dos ácidos nucléicos, os 
nucleotídeos desempenham outras funções celulares de igual relevância. 
Os ácidos nucléicos são polímeros de nucleotídeos sem ramificações, 
ligados entre si por ligação do tipo fosfodiéster formada entre o fosfato 
do carbono C5’ de um nucleotídeo e o grupo hidroxila do carbono C3’ da 
pentose do nucleotídeo adjacente. Por convenção, as bases de uma 
seqüência são sempre descritas da extremidade 5’ para a extremidade 
3’. Portanto, a orientação da cadeia é designada 5’ para 3’ ou 5’ → 3’. 
Na próxima aula (Aula 3) deste módulo, você vai estudar os aspectos 
funcionais e estruturais do DNA.