Exercício Bioquímica - Nucleotídeos e ácidos nucleicos

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Estudo Dirigido de Química Fisiológica: Nucleotídeos e ácidos nucleicos
Questões lista 6
1.Quais são as semelhanças e diferenças entre DNA e RNA em termos de composição
química, estrutura e funções?
DNA RNA
Composição Química Nucleotídeos: ácido fosfórico,
pentoses e bases nitrogenadas
Nucleotídeos: ácido fosfórico,
pentoses e bases nitrogenadas
Estrutura Duas cadeias helicoidais.
Suas cadeias são longas e
possuem milhares de
nucleótidos
Uma cadeia. Possui cadeia
curta com centenas de
nucleótidos
Funções Armazenar informação
genética, controlar atividade
celular e produzir RNA
Sintetizar proteínas e
transferir informação do DNA
até o local de síntese de
proteínas na célula
2.O que é um nucleotídeo? O que é um nucleosídeo? Dê um exemplo de cada, desenhando
as suas estruturas.
Os nucleotídeos são moléculas presentes nas células formadas por bases nitrogenadas, fosfato e
pentose. A maior parte deles são encontrados unidos, formando os ácidos nucleicos. Uma
pequena fração de nucleotídeos ocorre de forma livre.
Eles participam de muitas reações do metabolismo celular, como transferência de energia na
forma de ATP, mensageiros químicos e armazenamento e transmissão da informação genética.
Nucleosídeo é constituído por uma base nitrogenada
(citosina, adenina, guanina, timina ou uracila) e por uma pentose, a ribose (no caso do RNA) ou
a desoxirribose (no caso do DNA). Um nucleosídeo é um nucleotídeo sem o agrupamento
fosfato. São produtos de hidrólise química ou enzimática, ocorrem em quantidade muito
pequena na célula.
3. Quais são as bases púricas? Quais são as bases pirimídicas?
As bases púricas são a adenina (A) e a guanina (G), ambas encontradas tanto no DNA como no
RNA. As bases pirimídicas são a citosina, encontrada no DNA e no RNA; a timina (T),
encontrada no DNA; e a uracila (U), encontrada no RNA.
https://pt.wikipedia.org/wiki/Citosina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Adenina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Guanina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Timina
https://pt.wikipedia.org/wiki/Uracila
https://pt.wikipedia.org/wiki/Ribose
https://pt.wikipedia.org/wiki/Desoxirribose
https://pt.wikipedia.org/wiki/Nucleot%C3%ADdeo
4. Desenhe a estrutura dos nucleotídeos desoxiadenilato (desoxiadenosina 5’ –
monofosfato: dAMP) e adenilato (adenosina 5’ – monofosfato; riboadenosina 5’ –
monofosfato. AMP). Qual a diferença entre eles?
Desoxiadenilato Adenilato
Desoxiadenilato possui hidrogênio no carbono 2, enquanto o adenilato possui hidroxila (OH).
5. Desenhe a estrutura da sequencia de DNA formada pela sequência 5’ – GTA – 3’ de
nucleotídeos.
6. Desenhe a estrutura da sequencia de RNA formada pela sequência 5’ – CGU – 3’ de
nucleotídeos.
7. Por que moléculas de DNA ou RNA sempre apresentam carga negativa em pH maior ou
igual a 5,0?
O esqueleto covalente dos ácidos nucleicos consiste em fosfatos e resíduos de pentose
alternados, e as bases nitrogenadas podem ser consideradas como grupos laterais ligados ao
esqueleto em intervalos regulares. O esqueleto do DNA e do RNA são hidrofílicos. Os grupos
hidroxila dos resíduos de açúcar formam ligações de hidrogênio com a água. Os grupos fosfato,
com um pKa próximo a 0, são completamente ionizados e carregados negativamente em pH 7, e
as cargas negativas são, de um modo geral, neutralizadas pelas interações iônicas com cargas
positivas nas proteínas, nos íons metálicos e nas poliaminas.
8. Dada a sequência de uma das cadeias de um DNA:
5’- ATGCGTAGCTGACGATGACGTGACGTGACGTCGAGCTGACACGCTGAC – 3’
Escreva a sequência e direção da cadeia complementar
3’ – TACGCATCGACTGCTACTGCACTGCACTGCAGCTCGACTGTGCGACTG – 5’
9. Por que o DNA e RNA absorvem luz no comprimento de onda de 260 nm
(ultravioleta)?
Tanto o DNA e quanto o RNA são polinucleotídeos. Os nucleotídeos por sua vez são formados
por: um grupo fosfato, um açúcar com 5 carbonos (pentose) e uma base nitrogenada (púrica ou
pirimídica). Todas as bases nitrogenadas absorvem luz ultravioleta, portanto, o DNA e o RNA
também são capazes de absorver luz ultravioleta, esses compostos são caracterizados por uma
forte absorção em comprimento de onda próximo a 260 nm.
10. a) Como é a estrutura do DNA?
As moléculas de DNA são helicoidais com duas periodicidades ao longo de seu eixo mais
longo, a primária de 3,4 Å e a secundária de 34 Å. As bases pirimídicas e púricas das duas fitas
estão empilhadas dentro da dupla-hélice, com suas estruturas hidrofóbicas em forma de anel e
quase planares muito perto uma da outra e perpendiculares ao eixo longitudinal. O pareamento
perfeito das duas fitas cria um sulco maior e um sulco menor na superfície do duplex Cada base
nucleotídica de uma fita está pareada no mesmo plano com a base da outra fita. as duas cadeias
polinucleotídicas antiparalelas da dupla-hélice de DNA não são idênticas nem na sua sequência
de bases e nem na sua composição. Elas são complementares entre si. Sempre que a adenina
está presente em uma cadeia, a timina é encontrada na outra; da mesma forma, sempre que a
guanina está presente em uma cadeia, a citosina é encontrada na outra
b) Como as bases se pareiam e permanecem unidas?
Os grupos funcionais das purinas e das pirimidinas são anéis nitrogenados, grupos carbonila e
grupos amino exocíclicos. As ligações de hidrogênio envolvendo os grupos amino e carbonila
são a forma mais importante de interação entre duas (e ocasionalmente três ou quatro) cadeias
complementares de ácidos nucleicos. Os padrões mais comuns de ligações de hidrogênio são
aqueles definidos por James D. Watson e Francis Crick em 1953, nos quais A liga-se
especificamente a T (ou U) e G liga-se a C. Esses dois tipos de pares de bases predominam no
DNA de fita dupla são responsáveis por esses padrões. É esse pareamento específico
de bases que permite a duplicação da informação genética, como será discutido posteriormente
neste capítulo.
c) Qual a relação entre bases púricas e pirimídicas no DNA?
O DNA contêm duas bases púricas principais, adenina (A) e guanina (G), e duas pirimídicas. No
DNA uma das pirimidinas é a citosina (C), a segunda pirimidina é a timina (T). Apenas
raramente a uracila é encontrada no DNA. Existem 5 principais estruturas. As recorrentes
unidades desoxirribonucleotídicas do DNA contêm 29-desóxi-D-ribose. Nos nucleotídeos,
ambos os tipos de pentoses estão na sua forma b-furanose (anel fechado com
cinco átomos). Equivalência de bases A“T e G“C.Bases são complementares entre si. Sempre
que a adenina está presente em uma cadeia, a timina é encontrada na outra; da mesma forma,
sempre que a guanina está presente em uma cadeia, a citosina é encontrada na outra.
11. Há alguma diferença do DNA isolado de diferentes tecidos da mesma espécie? E em
diferentes idades de organismo?
O DNA foi inicialmente isolado e caracterizado por Friedrich Miescher em 1868. Ele chamou a
substância contendo fósforo de “nucleína”. Até os anos de 1940, com o trabalho de Oswald T.
Avery, Colin MacLeod e Maclyn McCarty, não existia uma evidência convincente de que o
DNA fosse o material genético. Avery e seus colegas descobriram que
DNA extraído de uma linhagem virulenta (patogênica) da bactéria Streptococcus pneumoniae e
injetado em uma linhagem não virulenta da mesma bactéria transformava a linhagem não
virulenta em virulenta. Eles concluíram que o DNA da linhagem virulenta carregava a
informação genética para virulência. Então, em 1952, experimentos de Alfred D. Hershey e
Martha Chase, que estudaram a infecção de células bacterianas por um vírus (bacteriófago), com
DNA ou proteína marcados radioativamente, acabaram qualquer dúvida remanescente de que o
DNA, e não a proteína, portava a informação genética. Ou seja , independente do tecido e idade
de um organismo o DNA é o portador da informação genética portanto invariável por todo o
indivíduo.
12. Quais as 3 formas tridimensionais que uma molécula de DNA pode adquirir? Qual a
diferença entre elas? Qual a forma mais estável?
O DNA é uma molécula extremamente flexível. Rotação considerável é possível em torno de
vários tipos de ligações no esqueletoaçúcar-fosfato (fosfodesoxirribose) e flutuação térmica
pode produzir enovelamento, alongamento e desnaturação (fusão) das cadeias.Variação
estrutural no DNA reflete três aspectos: as diferentes conformações possíveis da desoxirribose,
a rotação em torno das ligações contíguas que constituem o esqueleto de fosfodesoxirribose e a
rotação livre em torno da ligação C-19-N-glicosídica. Devido a restrições estéricas, as purinas
nos nucleotídeos púricos estão restritas a duas conformações estáveis com respeito à
desoxirribose, denominadas syn e anti (Figura 8-16b). As pirimidinas geralmente estão restritas
à conformação anti, devido a interferências estéricas entre o açúcar e o oxigênio da carbonila no
C-2 da pirimídica.Forma B do DNA ou B-DNA.é a estrutura mais estável para uma molécula
de DNA de sequência aleatória sob condições fisiológicas, sendo, desta forma, o ponto de
referência padrão em qualquer estudo das propriedades do DNA.
13. O que são palíndromos? O que são repetições de imagem especular? Para maior
clareza, dê um exemplo de cada.
Palíndromos são sequências de ácidos nucleicos de fita dupla com simetria dupla. A fim de
sobrepor uma repetição (sequência sombreada) na outra, ela deve ser girada 180º em torno do
eixo horizontal e então 180º em torno do eixo vertical, como mostrado pelas setas coloridas.
Uma repetição de imagem especular, por outro lado, tem uma sequência simétrica dentro de
cada cadeia. Sobrepor uma repetição na outra requer apenas uma única rotação de 180º em torno
do eixo vertical
Um palíndromo é uma palavra ou frase escrita de forma idêntica se for lida da esquerda para a
direita ou vice-versa; dois exemplos são OMISSÍSSIMO e LUZ AZUL. O termo é aplicado a
regiões de DNA com repetições invertidas de sequências de bases tendo simetria dupla nas duas
cadeias de DNA
Quando a repetição invertida ocorre dentro de cada cadeia individual de DNA, a sequência é
denominada repetição de imagem especular. As repetições de imagem especular não têm
sequências complementares dentro da mesma cadeia e não formam grampos ou estruturas
cruciformes. Sequências desses tipos são encontradas em praticamente cada grande molécula de
DNA e podem abranger poucos pares de bases ou milhares
14. O que é um RNA mensageiro (mRNA)?
Os RNAs mensageiros (mRNAs) são intermediários, carregando a informação genética de um
ou poucos genes para o ribossomo, onde as proteínas correspondentes podem ser sintetizadas.O
RNA mensageiro transfere a informação genética do DNA para os ribossomos para a síntese
proteica.
15. O que é mRNA monocistrônico? O que é mRNA policistrônico?
Em bactérias e arquibactérias, uma única molécula de mRNA pode codificar para uma ou várias
cadeias polipeptídicas. Se ela carrega o código para somente um polipeptídeo, o mRNA é
monocistrônico; se ela codifica para dois ou mais polipeptídeos diferentes, o mRNA é
policistrônico.
16. Os RNAs apresentam estruturas secundárias e tridimensionais? De que tipos?
Sim, RNAs apresentam estruturas secundárias e tridimensionais.
As estruturas secundárias são dobras de pares de base de duas sequências de locais em que têm
regiões de complementaridade.
A estrutura tridimensional, por sua vez, apresenta cadeia simples. O emparelhamento de bases
que ocorre no RNA, ocorre em regiões de complementaridade. Este arranjo tridimensional é
chamado de estrutura terciária do RNA e pode ser muito complexa, como no RNA
transportador, por exemplo.
17. Como se pode desnaturar estruturas em dupla hélice de DNA ou RNA?
DNA e RNA duplas-hélices podem ser desnaturados quando submetidos a valores de pH
extremos ou a temperaturas acima de 80ºC.
Da mesma forma que calor e valores de pH extremos desnaturam proteínas globulares, eles
também causam desnaturação, ou fusão, da dupla-hélice do DNA. Rompimento das ligações de
hidrogênio entre pares de bases e de bases empilhadas causam desenrolamento da dupla-hélice
para formar duas cadeias simples, completamente separadas uma da outra pela molécula inteira
ou de parte da molécula (desnaturação parcial). Nenhuma ligação covalente no DNA é rompida
nessas situações.
18. Explique o que é hibridização de DNA?
Hibridização de DNA é uma técnica que possibilita a identificação de uma sequência de DNA
específica ou de um gene na presença de muitas outras sequências, caso já exista uma cadeia de
DNA complementar adequada para hibridizar com ela. O DNA complementar pode ser de uma
espécie diferente ou da mesma espécie, ou pode ser sintetizado quimicamente no laboratório.
A hibridização de cadeias de DNA de fontes distintas constitui o princípio básico para um
poderoso conjunto de metodologias essenciais para a prática moderna de genética molecular.
19. O que é uma mutação no DNA? Como elas podem ser induzidas?
Erros pouco frequentes não reparados no processo de replicação do DNA levam a mudanças na
sequência de nucleotídeos do DNA, produzindo uma mutação genética e alterando as instruções
para um componente celular. Danos reparados incorretamente em uma das fitas do DNA
possuem o mesmo efeito. Mutações no DNA passadas aos descendentes – isto é, mutações
presentes nas células reprodutivas – podem ser danosas ou mesmo letais ao novo organismo ou
célula; elas podem, por exemplo, ser a causa da síntese de uma enzima defeituosa incapaz de
catalisar uma reação metabólica essencial. Ocasionalmente, contudo, uma mutação equipa
melhor um organismo ou uma célula para sobreviver em um dado ambiente.
Uma enzima mutante pode ter adquirido, por exemplo, uma especificidade um pouco diferente
que a torna agora capaz de usar um composto que previamente a célula estava incapacitada de
metabolizar. Se uma população de células estiver em um ambiente onde aquele composto é a
única ou a mais abundante fonte de combustível disponível, então a célula mutante terá
vantagem competitiva sobre as células não mutadas (tipo selvagem) da população. A célula
mutada e suas descendentes vão sobreviver e prosperar no novo ambiente (seleção natural).
20) Que outras funções os nucleotídeos desempenham além de serem constituintes dos
ácidos nucleicos?
Além de serem constituintes dos ácidos nucleicos, os nucleotídeos: tem uma participação ativa
no transporte e na conservação de energia, são componentes de alguns co-fatores enzimáticos,
alguns destes ácidos têm a função de ser mensageiros químicos celulares, são carregadores de
energia química na forma de adenosina trifosfato (ATP), atuam na constituição de enzimas,
como é o caso da coenzima A e atuam como molécula sinalizadora celular.