Ácidos nucléicos

FUNDAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS FISIOLÓGICAS

DISCIPLINA DE BIOQUÍMICA

Prof. Dr. Luis Fernando Marinsdqmluf@furg.br

- A vida depende da capacidade das células em armazenar, obter e traduzir as instruções genéticas necessárias para manter o organismo vivo.

- Esta informação é passada de uma célula às suas células-filhas durante a divisão celular, e de uma geração a outra por meio de suas células reprodutoras.

Questões importantes que surgiram:

- Que tipo de molécula pode ser capaz de uma replicação tão acurada e quase ilimitada e de dirigir o desenvolvimento de um organismo e a vida diária de uma célula?

- Que tipo de instruções estão contidas nas informações genéticas?

- Como essas informações estão organizadas fisicamente dentro de uma célula?

Uma série de experimentos realizados de forma Uma série de experimentos realizados de forma independente comprovaram que o DNA contém a independente comprovaram que o DNA contém a

informação genética da célulainformação genética da célula

Frederick Griffith (1928) : fator de transformação bacteriano;

Avery, MacLeod, McCarty (1944) : DNA é o fator de transformação;

Hershey e Chase (1952): rastreamento radioativo com P32 e S35 em bacteriófago.

1928 Descoberta da transformação

Frederick Griffith descobriu a transformação, um processo envolvendo absorção de material genético por um organismo.

Avery, MacLeod e McCarty repetiram os experimentos de Griffith, porém utilizando proteases e nucleases. Ficou demonstrado a transferência de DNA é responsável pela transformação de Streptococcus pneumoniae de um fenótipo avirulento para um virulento.

1944 Os genes são feitos de DNA

Oswald Avery

Alfred Hershey e Martha Chase

1952 Replicação viral

Hershey e Chase realizaram experimentos com bacteriófagos e provaram que o DNA era o material genético e não as proteínas.

Mas o que é o DNA? Qual sua estrutura química? Como esta molécula pode conter a informação genética? De que forma a informação é transmitida

para as gerações seguintes?

Nucleotídeo

O DNA é um polímero de nucleotídeosO DNA é um polímero de nucleotídeos

Base nitrogenada

Açúcar

Grupo fosfato H

Ligações fosfodiéster unem os nucleotídeosLigações fosfodiéster unem os nucleotídeos

Açúcares

Ribose (RNA)

Desoxirribose (DNA)

As propriedades das bases nitrogenadas afetam a As propriedades das bases nitrogenadas afetam a estrutura dos ácidos nucléicosestrutura dos ácidos nucléicos

Pirimidinas são moléculas planares e purinas quase planares;

Purinas e pirimidinas são hidrofóbicas e relativamente insolúveis em água;

Existem duas formas de interação entre as bases: - Interações hidrofóbicas de empilhamento - Pontes de hidrogênio entre grupos amina e carbonila

Todas as ligações fosfodiésteres Todas as ligações fosfodiésteres nas fitas do DNA e RNA possuem a nas fitas do DNA e RNA possuem a mesma orientação ao longo da mesma orientação ao longo da cadeia, conferindo a cada fita linear cadeia, conferindo a cada fita linear uma polaridade e extremidade 5’ e 3’ uma polaridade e extremidade 5’ e 3’ distintas.distintas.

O esqueleto covalente dos ácidos O esqueleto covalente dos ácidos nucléicos consiste de resíduos nucléicos consiste de resíduos fosfato e pentose alternantes e as fosfato e pentose alternantes e as bases podem ser consideradas bases podem ser consideradas como grupos laterais unidos ao como grupos laterais unidos ao esqueleto a intervalos regulares.esqueleto a intervalos regulares.

RNARNA

DNADNA

A estrutura do DNA: o modelo em dupla héliceA estrutura do DNA: o modelo em dupla hélice

Regras de Chargaff: - A composição de bases do DNA varia de uma espécies para outra; - DNAs de diferentes tecidos da mesma espécie possuem a mesma composição de bases; - O DNA de uma espécie não se altera com a idade, estado nutricional ou efeito ambiental; - Em todos os DNAs, independente da espécie, A=T e C=G;

Rosalind Franklin e Maurice Wilkins: difração de raios-X - polímeros helicoidais - duas periodicidades (um eixo maior e um eixo menor) - duas fitas

Problema: como formar um modelo tridimensional da molécula considerando as regras de Chargaff?

Modelo tridimensional do DNA: Watson e Crick (1953)Modelo tridimensional do DNA: Watson e Crick (1953)

Duas cadeias helicoidais;

Esqueleto hidrofílico de fosfato e desoxirribose na parte externa da molécula;

Bases empilhadas dentro da dupla hélice com suas estruturas planares muito próximas e perpendiculares ao eixo da hélice;

Formação do sulco principal e do sulco secundário entre as duas fitas.

James Watson e Francis Crick

Padrões das pontes Padrões das pontes de hidrogênio nos de hidrogênio nos

pares de bases pares de bases definidos por definidos por

Watson e CrickWatson e Crick

Este pareamento específico de bases permite a duplicação da informação genética pela síntese de fitas de ácidos nucléicos que sejam complementares às fitas existentes.

Cada base de uma fita está pareada no mesmo plano com uma base da outra fita;

Bases ligadas por pontes de hidrogênio;

As duas cadeias são antiparalelas;

As duas cadeias são complementares entre si;

A dupla hélice é mantida por dois conjuntos de forças: as pontes de hidrogênio entre os pares de bases complementares e as interações de empilhamento das bases;

O modelo sugere diretamente um mecanismo direto de transmissão da informação genética

Neste processo, as duas fitas são separadas e cada uma serve como molde para a síntese de uma fita complementar nova.

Todas as células replicam o DNA para passar a informação genética para as células-filhas

Um segmento de DNA que contém a informação necessária para a síntese de um produto biológico funcional (RNA ou proteína) é referido como um gene;

O armazenamento da informação biológica é a única função conhecida do DNA;

DNA: ácido desoxirribonucléicoDNA: ácido desoxirribonucléico

RNA: ácido ribonucléicoRNA: ácido ribonucléico

Existem várias classes de RNAs encontrados na célula, cada uma com uma função distinta;

Os RNAs ribossômicos (rRNAs) são componentes estruturais dos ribossomos, os quais sintetizam proteínas;

Os RNAs mensageiros (mRNAs) transportam a informação dos genes aos ribossomos, onde as proteínas correspondentes serão sintetizadas;

Os RNAs de transferência (tRNAs) são moléculas adaptadoras que traduzem fielmente a informação presente no mRNA numa seqüência específica de aminoácidos.

RNA: função importante na expressão da RNA: função importante na expressão da informação genética informação genética

DNA está confinado no núcleo;

Alguma molécula diferente do DNA deveria levar a informação genética ao citoplasma;

RNA está presente tanto no núcleo quanto no citoplasma;

O início da síntese de proteínas é acompanhado por uma aumento na quantidade de RNA no citoplasma.

A química dos ácidos nucléicos A química dos ácidos nucléicos

O DNA funciona bem como reservatório da informação genética, em parte, por sua estabilidade;

O armazenamento da informação por longos períodos sem alteração é extremamente importante para as células;

Processos como envelhecimento e carcinogênese estão relacionados com acúmulo de alterações irreversíveis no DNA;

Calor e pH podem desnaturar a molécula do DNA;

Ao contrário do que acontece com as proteínas, a desnaturação é um processo reversível.