Bioquímica Unidade 3 - Ácidos Nucleicos Estrutura e Função

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Bioquímica
Material Teórico
Responsável pelo Conteúdo:
Prof.ª Me. Kelly Cristina de Oliveira Bermar
Revisão Textual:
Prof. Esp. Luciano Vieira Francisco
Ácidos Nucleicos: Estrutura e Função
• Introdução;
• Nucleotídeos;
• Ácidos Nucleicos;
• Ácido Desoxirribonucleico (DNA);
• Ácido Ribonucleico (RNA);
• Replicação do DNA.
 · Conhecer a estrutura e função dos ácidos nucleicos, assim como o 
processo de replicação do DNA.
OBJETIVO DE APRENDIZADO
Ácidos Nucleicos: Estrutura e Função
Orientações de estudo
Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem 
aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua 
formação acadêmica e atuação profissional, siga 
algumas recomendações básicas: 
Assim:
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e 
horário fixos como seu “momento do estudo”;
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo;
No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos 
e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você 
também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão 
sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados;
Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus-
são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o 
contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e 
de aprendizagem.
Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte 
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Mantenha o foco! 
Evite se distrair com 
as redes sociais.
Determine um 
horário fixo 
para estudar.
Aproveite as 
indicações 
de Material 
Complementar.
Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma 
Não se esqueça 
de se alimentar 
e de se manter 
hidratado.
Aproveite as 
Conserve seu 
material e local de 
estudos sempre 
organizados.
Procure manter 
contato com seus 
colegas e tutores 
para trocar ideias! 
Isso amplia a 
aprendizagem.
Seja original! 
Nunca plagie 
trabalhos.
UNIDADE Ácidos Nucleicos: Estrutura e Função
Introdução
Os nucleotídeos são os monômeros com ações mais diversas no organismo hu-
mano; primeiramente, são constituintes básicos de dois polímeros importantes, o 
Ácido Desoxirribonucleico (DNA) e o Ácido Ribonucleico (RNA), responsáveis pela 
transmissão e expressão, respectivamente, da informação genética. A informação 
genética é responsável pelas características físicas do indivíduo, assim como pela re-
gulação do metabolismo e de todas as funções celulares. Além disso, os nucleotídeos 
estão envolvidos em reações de óxido-redução, transferência de energia e desempe-
nham funções estruturais, catalíticas e de sinalização intracelular (ALBERTS et al., 
2006; VOET; VOET; PRATT, 2014). Assim, nesta Unidade estudaremos a estrutura 
química dos nucleotídeos, as suas funções e os seus polímeros DNA e RNA.
Nucleotídeos
Os nucleotídeos são constituídos quimicamente por uma pentose, um açúcar, 
formado por cinco carbonos, ligado a uma base nitrogenada – anéis carbônicos 
contendo nitrogênio – e a um ou mais grupos fosfato. Em relação ao tipo de açú-
car, existem dois tipos de nucleotídeos: os ribonucleotídeos, que possuem uma 
ribose; e os desoxirribonucleotídeos, que possuem uma desoxirribose.
As bases nitrogenadas podem ser derivadas da purina – composta por dois anéis 
nitrogenados – ou da pirimidina – composta por um anel nitrogenado. As purinas 
são a Adenina (A) e Guaninia (G), enquanto as pirimidinas são a Citosina (C), 
Uracila (U) e Timina (T) (ALBERTS et al., 2006; VOET; VOET; PRATT, 2014). 
R
pentose
Base
glycosidic bond
OH = ribose
H = deoxyribose
Purines
Pyrimidines
nucleoside
nucleoside monophosphate
nucleoside diphosphate
nucleoside triphosphate
Adenine Guanine
Cytosine Uracil Thymine
Figura 1 – Estrutura básica de um nucleotídeo
Fonte: Wikimedia Commons
A maior parte dos nucleotídeos está presente nas células na forma de polímeros, 
DNA ou RNA, porém, alguns livres desempenham papel importante, tal como o 
Trifosfato de Adenosina (ATP) (Figura 2), que contém adenina, uma ribose e um 
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grupo trifosfato. O ATP é um transmissor de energia por meio da transferência de 
um ou dois grupos fosfato para outra molécula (VOET; VOET; PRATT, 2014) – 
veremos essas reações com mais detalhes na quarta Unidade.
Figura 2 – Estrutura química do ATP
Fonte: Wikimedia Commons
Ácidos Nucleicos
Os ácidos nucleicos são polímeros formados pela união de nucleotídeos, ligados 
por pontes de fosfato ou ligações fosfodiéster entre os açúcares, nas posições 3´ e 
5´. A unidade terminal cujo carbono 5´ (C5´) está livre é denominada extremidade 
5´ (linha), enquanto que a unidade terminal cujo carbono 3´ (C3´) está livre é 
chamada de extremidade 3´ (linha). O DNA é um polímero formado pela união de 
nucleotídeos que possuem o açúcar desoxirribose, enquanto que o RNA apresenta 
o açúcar ribose (ALBERTS et al., 2006; VOET; VOET; PRATT, 2014).
Ácido Desoxirribonucleico (DNA)
O DNA é formado por duas cadeias polinucleotídicas, conhecidas como cadeias 
de DNA ou fitas de DNA, encontrando-se no núcleo celular e apresentando as 
seguintes características (ALBERTS et al., 2006; VOET; VOET; PRATT, 2014):
• As duas cadeias estão em dupla-hélice, ou seja, uma molécula helicoidal (Figura 3);
• As duas cadeias são antiparalelas, ou seja, estão em direções opostas – uma 
segue a direção 5´-3´e a outra 3´-5´ (Figura 4);
• As bases nitrogenadas estão no centro da hélice e se ligam por pontes de 
hidrogênio, segundo o pareamento de bases complementares, que se trata 
do fato de que as bases não pareiam ao acaso – a Adenina (A) pareia com a 
Timina (T) por duas pontes de hidrogênio, enquanto a Citosina (C) pareia com 
a Guanina (G) por três pontes de hidrogênio (Figura 4); este pareamento é 
denominado pares de bases.
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UNIDADE Ácidos Nucleicos: Estrutura e Função
Que tal assistir a um vídeo para relembrar as estruturas de uma célula? Então acesse: 
https://youtu.be/tBn0MQa7A6QEx
pl
or
Figura 3 – DNA dupla-fita ou dupla-hélice
Fonte: Adaptado de iStock/Getty Images
Esqueleto de 
fosfato-
-desoxiribose
Adenina
Citosina
Guanina
Timina
O
O
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O O
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P
P
P
P
P
P
P
P
NH 2
OH
OH
NH
H 2 N
HN
NH 2
H 2 N
HN
H 2 N
NH
NH 2
3' terminal
5' terminal
3' terminal
5' terminal
Figura 4 – Estrutura química da molécula de DNA evidenciando 
a direção oposta das fitas e a complementariedade das bases A-T e C-G
Fonte: Wikimedia Commons
O DNA humano é uma molécula considerada grande, com aproximadamente 
três bilhões de pares de bases; encontra-se no núcleo celular e tem a função de 
carregar e transmitir as informações genéticas, estas que são sequências de nucle-
otídeos com informação para gerar proteínas denominadas genes.
As informações genéticas são transmitidas de uma geração para outra por meio 
do processo de replicação do DNA – e que veremos mais adiante. O conjunto de 
genes de um indivíduo denominamos genoma. Ademais, por meio dos processos 
de transcrição e tradução, os genes indicam a sequência de aminoácidos de uma 
proteína (VOET; VOET; PRATT, 2014).
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O DNA humano está compactado e condensado na forma de cromossomos, 
porém, em diferentes graus de condensação, dependendo da fase do ciclo celular. 
Cada cromossomo é formado por DNA e histonas, complexo que denominamos 
cromatina; observamos a condensação máxima da cromatina na metáfase (Figura 
5) (ALBERTS et al., 2006; VOET; VOET; PRATT, 2014).
Considerando quemetáfase é uma das fases da mitose, processo de divisão celular no qual 
uma célula-mãe gera duas células-fi lhas, que tal você ler um pouco sobre esse processo em: 
https://bit.ly/2Lvfqsy
Ex
pl
or
Nos seres humanos encontramos 46 cromossomos, ou 23 pares, numerados de 1 
a 22 e classificados como cromossomos autossomos, que carregam informações ao 
desenvolvimento e funcionamento de órgãos somáticos e que não estão ligados ao 
sexo; e um par identificado pelas letras X e Y, classificado como cromossomos sexuais, 
com a função de definir o sexo do indivíduo, de modo que as mulheres apresentam o 
par de cromossomos XX e os homens, o par XY (Figura 6) (ALBERTS et al., 2006).
Órgãos somáticos: órgãos comuns entre os sexos, por exemplo, baço, fígado, pulmão.
Ex
pl
or
Figura 5 – Diferentes níveis de condensação do DNA, sendo: A) Cadeia de DNA em dupla hélice; 
B) Filamento de cromatina (DNA com histonas); C) Cromatina condensada na forma de cromossomos; e 
D) Condensação máxima da cromatina (cromossomos de metáfase)
Fonte: Wikimedia Commons
Figura 6 – Distribuição dos cromossomos autossomos e sexuais, 1 a 22 cromossomos autossomos, sendo: 
A) cromossomos XY característicos do sexo masculino; e B) cromossomos XX característicos do sexo feminino
Fonte: iStock/Getty Images
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UNIDADE Ácidos Nucleicos: Estrutura e Função
Ácido Ribonucleico (RNA)
O RNA também é formado pela união de nucleotídeos, assim como o DNA, 
porém, ocorre como fita simples e há uma substituição da timina pela Uracila (U) 
(Figura 7). Pode parear com fitas complementares de RNA ou DNA, onde a uracila 
pareia com a Adenina (A) e a Guanina (G) pareia com a Citosina (C) (ALBERTS et 
al., 2006; VOET; VOET; PRATT, 2014).
Ademais, podemos dividir o RNA em dois grupos (ALBERTS et al., 2006):
• RNA mensageiro (RNAm): RNA com informação para a construção de uma 
proteína específica;
• RNA funcional: com atribuições biológicas, a saber: RNA transportador 
(RNAt), responsável pelo transporte de aminoácidos que serão incorporados 
na proteína do citoplasma ao ribossomo; RNA ribossomal (RNAr), faz parte da 
estrutura do ribossomo, organela responsável pela construção das proteínas; 
pequenos RNA nucleares (snRNA), envolvidos no processamento – splincing 
– do RNAm e microRNA e RNA de interferência (siRNA) com papel impor-
tante na regulação gênica.
RNA
Ribonucleic acid
DNA
Deoxyribonucleic acid
Nucleobases
Base pair
Cytosine
Guanine
Adenine
ThymineUracil
Cytosine
Guanine
Adenine
helix of
sugar-phosphates
Nucleobases
of RNA
Nucleobases
of DNA
Figura 7 – Estrutura química do RNA
Fonte: Wikimedia Commons
Figura 8 – Comparação entre as fitas de DNA e RNA
Fonte: Wikimedia Commons
Replicação do DNA
A duplicação do DNA, processo conhecido como replicação do DNA, garante a 
transmissão das informações genéticas de geração a geração e a cópia do genoma 
a cada divisão celular com uma precisão extraordinária. Esse processo ocorre no 
núcleo celular e é realizado por um grupo de proteínas que formam a máquina de 
replicação (ALBERTS et al., 2006).
A principal característica deste processo que garante a hereditariedade – infor-
mações passadas de geração a geração – é que se trata de um padrão semicon-
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servativo, isto porque cada fita do DNA atua como molde para a construção das 
novas fitas e, ao final do processo, a molécula de DNA gerada é composta por uma 
fita antiga e uma fita nova (Figura 9) (ALBERTS et al., 2006).
Figura 9 – Esquema do processo de replicação demonstrando o modelo semiconservativo
Fonte: Wikimedia Commons
Como podemos ver na Figura 9, para o processo de replicação acontecer é neces-
sária a separação das fitas que formam o DNA; o local onde ocorre a abertura inicial 
chamamos de origens de replicação (Figura 10) e são regiões caracterizadas por uma 
sequência específica de nucleotídeos e que atraem as proteínas envolvidas no processo 
de replicação. No genoma humano existem, aproximadamente, 10.000 origens de 
replicação, permitindo que esse processo seja bem rápido (ALBERTS et al., 2006).
Figura 10 – Abertura de uma fi ta de DNA na origem de replicação para que ocorra o processo homônimo
Fonte: Adaptada de Alberts e colaboradores, 2006
Quando a proteína iniciadora se liga ao DNA na origem de replicação e provoca 
a abertura da fita, um conjunto de proteínas, denominado máquina de replicação, 
é atraído para essa região, cada qual desempenhando um papel específico. A 
região do DNA onde ocorre a replicação é chamada de forquilha de replicação.
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UNIDADE Ácidos Nucleicos: Estrutura e Função
A replicação é um processo bidirecional, pois duas forquilhas de replicação são for-
madas a partir das origens desse processo. No centro da máquina de replicação está o 
DNA polimerase, enzima responsável pela criação das novas fitas de DNA, utilizando 
a fita antiga como molde. Essa enzima possui uma característica importante: adiciona 
nucleotídeos sempre na extremidade 3´, comprometendo a criação da fita 3´-5´.
A partir da fita molde 3´-5´ será construída uma nova fita na direção 5´-3´, ou 
seja, os nucleotídeos sempre serão adicionados na extremidade 3´, o que não é 
nenhum problema ao DNA polimerase, porém, com a fita molde 5´-3´ a nova fita 
terá a direção 3´-5´; assim, os novos nucleotídeos deveriam ser adicionados à extre-
midade 5´, processo que o DNA polimerase não consegue executar. Para resolver 
isto, a enzima faz um processo de “costurar para trás”.
A fita 3´-5´é construída em pequenos fragmentos, denominados fragmentos de 
Okazaki, pois o DNA polimerase polimeriza – une – os nucleotídeos na direção 
5´-3´, ou seja, polimerizando-os para trás, não seguindo a direção da fita. Por 
esse motivo, a fita 5´-3´ é construída continuamente, sendo chamada de fita líder, 
enquanto a fita 3´-5´ é construída em fragmentos, de forma descontinuada, sendo 
chamada de fita retardada (Figura 11) (ALBERTS et al., 2006). 
O DNA polimerase não consegue iniciar uma fita totalmente nova, necessitando de 
um nucleotídeo pareado para principiar a polimerização. Assim, para auxiliar nesse 
processo, a enzima primase sintetiza uma pequena molécula de RNA, denominada 
iniciador ou primer, que pareia com a fita molde na origem de replicação. Na fita líder 
apenas um primer é necessário; porém, na fita retardada novos primers são requisita-
dos sempre que um novo segmento for produzido (Figura 11) (ALBERTS et al., 2006).
Figura 11 – Esquema da construção das fitas líder e retardada (fragmentos de Okazaki) 
no processo de replicação e presença dos primers
Fonte: Wikimedia Commons
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Além do DNA polimerase e da primase, outras proteínas são essenciais para que 
a replicação aconteça de forma eficiente (Figura 12), vejamos:
• Helicase: promove a abertura da dupla hélice ao longo da fita de DNA ao rom-
per as pontes de hidrogênio entre as bases nitrogenadas, expondo do DNA 
molde ao DNA polimerase;
• Proteína de ligação à fita simples: impede a reformação de pares de bases na 
fita aberta pela helicase;
• Grampo deslizante: mantém o DNA polimerase ligado à fita de DNA molde;
• Ligase: retira os primers, substituindo por nucleotídeos de DNA e faz a ligação 
entre os quais e os fragmentos de Okazaki;
• Toposoimerase: alivia a força de tensão fora das forquilhas de replicação.
Figura 12 – Esquema da máquina de replicação com todas as enzimas envolvidas no processo
Fonte: Wikimedia Commons
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UNIDADE Ácidos Nucleicos: Estrutura e Função
Material Complementar
Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade:
 Sites
InfoEscola
Texto sobre a estrutura dos cromossomos
https://bit.ly/2LmoxiC
SO Biologia
Texto sobre as estruturas do DNA e RNA
https://bit.ly/2uIXkw4
 Vídeos
Animação sobre a Replicação do DNA
Vídeo sobre a replicação do DNA
https://youtu.be/T3RK7w0nfOc
Ciclo Celular - Mitose
Vídeo sobre mitose e processo de divisão celular
https://youtu.be/-49ob_duCcM
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Referências
ALBERTS, B. et al. Fundamentos da Biologia Celular. 2. ed. Porto Alegre, RS: 
Artmed,2006.
VOET, D.; VOE T, J. G.; Pratt, W. Fundamentos de Bioquímica: a vida em nível 
molecular. Porto Alegre, RS: Artmed, 2014.
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