Estudo dirigido - Estrutura dos ácidos nucleicos e Desnaturação e Renaturação do DNA

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Estrutura dos ácidos nucleicos e Desnaturação e Renaturação do DNA 
 
1 Estrutura dos ácidos nucleicos 
 
Os nucleotídeos possuem uma variedade de funções, dentre elas: 
 
• são a energia nos processos metabólicos na forma de ATP (adenosina trifosfato); 
• participam da resposta das células aos hormônios e outros estímulos extracelulares; 
• são componentes de cofatores enzimáticos; 
• são os constituintes dos ácidos nucleicos: DNA e RNA. 
 
Essa última função será analisada mais detalhadamente nessa unidade. 
Os ácidos nucleicos são uma classe de moléculas que compreendem o DNA (ácido 
desoxirribonucleico) e o RNA (ácido ribonucleico). Essas moléculas são biopolímeros 
constituídos por nucleotídeos, ou seja, os ácidos nucleicos são moléculas grandes 
formadas pela união de vários nucleotídeos, que são os monômeros. 
 
1.1 Nucleotídeos: 
 
Os nucleotídeos são formados por um grupo fosfato (PO4 2-), uma pentose e uma base 
nitrogenada. A molécula formada pela união apenas da pentose com a base 
nitrogenada é denominada nucleosídeo (figura a seguir). 
 
 
Figura 1 - Estutura dos nucleotídeos 
 
O nucleotídeo é formado por um grupo fosfato, por uma pentose e uma base 
nitrogenada. 
 
O nucleosídeo é formado apenas por pentose e base nitrogenada. 
 
As bases nitrogenadas encontradas na molécula de DNA são A, T, C e G, e as bases 
nitrogenadas encontradas na molécula de RNA são A, U, C e G. Essa é uma diferença 
importante entre a molécula de DNA e RNA. As purinas são adenina e guanina e as 
pirimidinas são timina, citosina e uracila. 
 
Outra diferença existente entre as moléculas de DNA e RNA é a pentose; a pentose 
presente no RNA é a ribose, a qual possui um grupo - OH na posição 2’; e a pentose 
presente no DNA é a desoxirribose, a qual possui um átomo de hidrogênio nessa 
mesma posição. 
 
Os nucleotídeos que possuem desoxirribose como pentose são chamados de 
desoxirribonucleotídeos, e os nucleotídeos que possuem ribose como pentose são 
chamados ribonucleotídeos. 
 
As moléculas de DNA e RNA possuem duas extremidades. Uma das extremidades 
possui um grupo fosfato livre, o qual está ligado ao carbono 5’ e, por isso, essa 
extremidade é denominada 5’. A outra extremidade possui um grupo – OH livre, o qual 
está ligado ao carbono 3’ e, por isso, essa extremidade é denominada 3’. Portanto, os 
ácidos nucleicos possuem uma extremidade 5’ e uma extremidade 3’, essas 
extremidades possuem um grupo fosfato e um grupo hidroxila livres, respectivamente 
(figura a seguir). 
 
Figura 2 - Extremidades do DNA. O DNA possui uma extremidade 5’, a qual possui um 
grupo fosfato livre, e uma extremidade 3’, a qual possui um grupo – OH livre 
 
A estrutura tridimensional do DNA foi descoberta em 1953 por James Watson e Francis 
Crick. Um trabalho que contribuiu muito para desvendar a estrutura do DNA foi o de 
Erwin Chargaff e seus colaboradores nas últimas décadas de 1940. Eles estudaram um 
grande número de espécies e chegaram às seguintes conclusões: 
 
• espécies diferentes possuem diferentes quantidades de bases nitrogenadas; 
• amostras da mesma espécie, mas de diferentes tecidos, apresentam a mesma 
quantidade de DNA; 
• a composição de bases do DNA não é alterada pela idade, pelo estado nutricional ou 
por modificação ambiental; 
• em todas as amostras analisadas, a quantidade de resíduos de adenosina é igual à 
quantidade de resíduos de timidina, e a quantidade de resíduos de guanosina é igual à 
quantidade de resíduos de citidina. 
 
Em 1950, Rosalind Franklin e Maurice Wilkins usaram o método de direção de raio X 
para analisar cristais de DNA, observando um padrão característico. Com esse 
experimento, puderam deduzir que os polímeros de DNA são helicoidais. 
 
Em 1953, Watson e Crick reuniram as informações já disponíveis e propuseram uma 
estrutura tridimensional para a molécula de DNA. Esse modelo propõe que: 
 
• duas cadeias polinucleotídicas estão enroladas em torno de um eixo, formando uma 
dupla hélice que gira no sentido da mão direita; 
• as bases nitrogenadas estão empilhadas na parte interna da molécula; 
• o esqueleto da molécula, fosfato e pentose, está na parte externa da molécula; 
• o pareamento das duas fitas cria um sulco principal (maior) e um sulco secundário 
(menor) na superfície da molécula; 
• o plano das bases é perpendicular ao eixo da hélice; 
• as bases de uma fita estão pareadas no mesmo plano das bases da outra fita; 
• as cadeias polinucleotídicas são unidas por ligações de hidrogênio, nas quais adenina 
pareia com timina e guanina pareia com citosina; 
 
Figura 3 - Dupla hélice do DNA 
 
1.2 Propriedades das bases nitrogenadas: 
 
As bases purinas e pirimidinas são fracamente básicas. As bases nitrogenadas possuem 
estruturas ressonantes, o que confere às ligações o caráter parcial de dupla ligação, 
essa característica dá às bases nitrogenadas a capacidade de absorver luz. Os ácidos 
nucleicos são caracterizados por uma forte absorção nos comprimentos de onda 
próximos do 260nm. 
 
As bases nitrogenadas são insolúveis em água no pH próximo da neutralidade. Em pH 
ácido ou básico, as bases nitrogenadas tornam-se carregadas e, portanto, aumentam a 
sua solubilidade. Nas moléculas de ácidos nucleicos, as bases nitrogenadas estão 
dispostas de maneira que os anéis das bases fiquem um embaixo de outro e paralelos, 
como moedas empilhadas. Essa disposição das bases nitrogenadas permite a interação 
entre as bases chamada de interação de empilhamento, a qual é importante para 
minimizar o contato das bases com a água e para estabilizar a estrutura terciária. 
 
Além das interações de empilhamento, ocorrem as ligações de hidrogênio, as quais 
acontecem entre duas bases nitrogenadas. Essas interações ocorrem entre os grupos 
amino e carboxila das bases nitrogenadas, permitindo a associação de duas fitas na 
molécula de DNA. Ocorrem duas ligações entre adenina e timina e três ligações entre 
citosina e guanina. 
 
1.3 Desnaturação e renaturação: 
 
Tanto a dupla hélice do DNA quanto o RNA sofrem desnaturação quando submetidos a 
extremos de pH ou temperaturas elevadas. 
 
A desnaturação é causada pela quebra das ligações de hidrogênio, provocando o 
desenrolamento da dupla hélice e a formação de duas duplas fitas. A desnaturação 
pode ser total, ou seja, pode ocorrer em toda a extensão da molécula, ou em parte da 
molécula.