Estrutura dos Ácidos Nucléicos.

"A ESTRUTURA ERA LINDA DEMAIS PARA NÃO SER VERDADE". Marcelo Nóbrega.

Leia, com muita atenção:

De acordo com a composição química, os ácidos nucléicos são classificados em ácidos desoxirribonucleicos (DNA) que são encontrados no núcleo celular e algumas organelas, como cloroplastos e mitocôndrias, e em ácidos ribonucleicos (RNA) que

atuam no citoplasma. Se conhece com considerável detalhe a estrutura e função dos dois tipos de ácidos. Foram descobertos por Freidrich Miescher em 1869. Os ácidos nucléicos são grandes moléculas formadas pela repetição de uma molécula

unidade que é o nucleotídeo.

Por sua vez, o nucleotídeo é uma molécula composta por três componentes:

1. Uma pentose: ribose ou desoxirribose. 2. Ácido fosfórico. 3. Uma base nitrogenada, que pode ser uma destas cinco: adenina, guanina, citosina, timina ou uracilo.

Portanto, os AN são polímeros lineares de uma unidade repetitiva, chamada nucleotídeo que está constituída por: (1) uma pentose (a ribose ou desoxirribose), (2) ácido fosfórico e (3) uma base nitrogenada (purina ou pirimidina). A adenina e a guanina são purinas. Dos dois tipos de bases presentes no DNA (purinas e pirimidinas), as purinas apresentam as bases maiores. Todos os átomos do anel duplo estão no mesmo plano. A citosina, a timina e o uracilo são pirimidinas. Os 6 átomos do anel (4 de carbono e 2 de nitrogênio) são numerados de 1 a 6. Como nas purinas, todos os átomos do anel das pirimidinas estão no mesmo plano. A união da pentose com uma base constitue um nucleosídeo (em róseo).

A união mediante um enlace éster entre o nucleosídeo e ácido fosfórico dá lugar ao nucleotídeo.

Recorde e guarde: Um nucleosídeo é a molécula formada por uma das quatro bases do DNA ligada covalentemente à posição C1'' de um açúcar. Nos desoxinucleosídeos o açúcar é a 2''-desoxirribose. Nos ribonucleosídeos o açúcar é a ribose. Os nucleosídeos diferem dos nucleotídeos por não possuírem grupos fosfato. Um nucleotídeo é um nucleosídeo com um ou mais grupos ..fosfato. Os ácidos nucléicos são formados por longas cadeias de nucleosídeos, ligados entre sí pelo grupo fosfato. Podem alcançar tamanhos gigantes, sendo as maiores moléculas que se conhecem, constituídas por milhões de nucleotídeos (:nucleosídeos + grupos fosfato). São as moléculas que tem a informação genética dos organismos e são as responsáveis por sua transmissão hereditária. Existem dois tipos de ácidos nucléicos, DNA e RNA, que se diferenciam pelo açúcar (pentose) que possuem: desoxirribose e ribose, respectivamente. Também se diferenciam pelas bases nitrogenadas que contém, adenina, guanina, citosina e timina, no DNA, e adenina, guanina, citosina e uracilo (a) no RNA. Uma outra diferença está na estrutura das cadeias, no DNA será uma cadeia dupla e no RNA é uma cadeia simples.

RNA É o AN mais abundante na célula, e pode ser purificado fácilmente. Uma célula típica contem 10 vezes mais RNA que DNA. O

RNA é químicamente instável, de forma que numa dissolução aquosa se hidrolisa fácilmente. No RNA a base que forma par com a A é U, diferenciando-se do DNA, no qual A forma par com T. Segundo as modernas teorías sobre a origem da vida, parece bastante provável que o RNA foi o primeiro biopolímero que surgiu na crosta terrestre durante o transcurso da evolução. DNA Em 1953, James Watson e Francis Crick combinaram os dados químicos e físicos do DNA, e propuseram um modelo estrutural do DNA.

Watson e Crick construindo o modelo, em Cambridge, e o modelo finalizado na 3ª imagem. Ganhadores do Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina (1962), juntamente com o britânico Maurice Hugh Frederick Wilkins, da University of London, Watson e Crick investigavam há algum tempo como seria a estrutura física do DNA, mas nunca conseguiam alcançar um modelo realista. Até que um dia tiveram a sorte de visitar um laboratório no King’s College de Londres, onde uma equipe de cientistas fazia experiências como uma técnica relativamente recente, com raios-X.

Um modelo tridimensional computorizado de um cromossoma, onde se vê um desenho da estrutura em dupla hélice do DNA. Foi um dos elementos dessa equipe – Rosalind Franklin – quem captou a primeira imagem do DNA através dessa técnica. Durante a visita de Watson ao laboratório de Londres, o chefe de Rosalind Franklin – Maurice Wilkins – mostrou ao jovem cientista de Cambridge essa imagem. Watson e Crick tinham já uma idéia de como seria uma imagem de raio-X do DNA se o modelo que tinham em mente estivesse certo. Mas foi só quando Watson viu a imagem de Rosalind que percebeu que ele e Crick estavam certos. Neste modelo estrutural do DNA as duas fitas estão enroladas uma ao redor da outra formando uma helicóide dupla: as duas cadeias de polinucleotideos mantém-se equidistantes, ao mesmo tempo que se enrolam em torno de um eixo imaginário. O esqueleto açúcar-fosfato (formado por uma sequência alternante de desoxirribose e fosfato, unidos por enlaces fosfodiéster 5''''-3'''' segue una trajetoria helicoidal na parte exterior da molécula. As bases se dirigem de cada cadeia para o eixo central imaginário. As bases de uma fita estão colocadas frente a frente a da outra, formando os chamados pares de bases (PB). As bases interagem entre sí mediante pontes de hidrogênio. As duas bases que formam un PB estão no mesmo plano e dito plano é perpendicular ao eixo da hélice.

Os pares de bases estão formados sempre por uma purina e uma pirimidina, de forma que ambas as cadeias estão sempre equidistantes, a uns 11 Å uma da outra. Os pares de bases adotam uma disposição helicoidal no núcleo central da molécula, já que apresentam uma rotação de 36º com respeito ao par adjacente, de forma que existem 10 PB por cada volta da hélice. A Adenina sempre forma par com a Timina mediante duas pontes de hidrogênio enquanto que a Citosina sempre forma par com a Guanina por meio de 3 pontes de hidrogênio. Não esqueça, na dupla-hélice do DNA, a base A forma 2 pontes de hidrogênio com uma base T na fita oposta, e a base G forma 3 pontes de hidrogênio com uma C na fita oposta. Os pares de bases dA-dT e dG-dC têm o mesmo comprimento e ocupam o mesmo espaço no interior da dupla-hélice. Assim, a molécula do DNA têm diâmetro uniforme. Os pares de bases dA-dT e dG-dC podem ocorrer no DNA em qualquer ordem.

O apareamento de bases é uma das características mai importantes da estructura do DNA porque significa que as seqüências de bases da dupla helicóide são complementares Este fato tem implicações muito profundas com respeito ao mecanismo de replicação do DNA, porque desta forma a réplica de cada uma das hélices obtém a seqüência de bases da hélice complementar. Recorde e revise: O DNA é um polímero. As unidades monoméricas do DNA são os nucleotídeos, e dizemos que o polímero é um "polinucleotídeo." Cada nucleotídeo consiste de um açúcar de 5 carbonos (desoxirribose), uma base nitrogenada ligada ao açúcar e um grupo fosfato. Quatro tipos diferentes de nucleotídeos são encontrados no DNA, diferindo apenas na base nitrogenada. Cada nucleotídeo é representado uma letra que faz alusão à base que ele contém: A para adenina G para guanina C para citosina T para timina Portanto, a cadeia do DNA é um polímero com uma seqüência alternada de açúcar e fosfato. Os grupos fosfato estão ligados a hidroxilas das posições 3'' e 5'' de duas moléculas de desoxirribose através de ligações éster, originando o que se denominam "ligações fosfodiéster". Esta estrutura de dupla hélice do DNA não é a única. Nas células eucarióticas, o DNA se encontra localizado principalmente no núcleo, em forma de cromossomas, que são complexas asociações de DNA e proteínas .

Em procariontes, assim como nas mitocôndrias e cloroplastos, o DNA apresenta-se em forma circular, na qual a dupla hélice fecha-se por suas extremidades. Este DNA circular pode apresentar diversos graus desuperenrolamento .

PLASMÍDIO: pequena molécula circular de DNA encontrada em muitos tipos de bactérias e em outras espécies, que se duplica independentemente do cromossomo principal e que é transferida naturalmente de uma espécie à outra. Em engenharia genética é utilizado como vetor e para clonagem do DNA. Em vírus, o DNA pode apresentar-se como uma dupla hélice fechada, como uma dupla hélice aberta ou simplesmente como uma única hélice linear. Lembramos que os vírus ou apresentam DNA ou apresentam RNA. REPLICAÇÃO DO DNA

É a capacidade que tem o DNA de fazer cópias ou réplicas de sua molécula. Este processo é fundamental para a transferência da informação genética de geração em geração. As moléculas se replicam de um modo semiconservativo. A dupla hélice se separa, com rompimento das pontes de hidrogênio, e cada uma das cadeias serve de molde para a síntese de uma nova cadeia complementar. O resultado final são duas moléculas idênticas à original.

Lembre: O genoma é todo o DNA (ácido desoxirribonuclêico) que um determinado organismo tem nas suas células. O DNA é uma molécula comprida linear composta por quatro unidades muito parecidas, como uma cadeia formada por quatro tipos semelhantes de elos. As unidades, chamadas desoxirribonucleotídeos, são simbolizadas por quatro letras: A, T, C e G e se repetem milhões de vezes formando uma cadeia linear de DNA. O DNA humano é formado por 3.200.000.000 de pares de bases. Um gene é uma porção do DNA que contém a informação para se fabricar uma proteína requerida pelo organismo. A informação contida nos genes, que determinará em grande parte as características de um ser humano, é dada pela ordem em que se encontram as quatro unidades. Os 3.200.000.000 de pares de bases do DNA humano não formam uma única molécula linear, mas se encontram separadas em 23 pares de diferentes cadeias e condensadas, formando assim os cromossomos. De cada par de cromossomos, um foi herdado da mãe e outro do pai, o que faz cada indivíduo ser o último elo de uma cadeia contínua e o produto da recombinação de características de todos os seus ancestrais. Nota muito importante: O gene é uma região do DNA que controla uma característica hereditária especifica, como cor do cabelo, altura, forma de nariz e milhares de outros traços. A seqüência especifica das bases que compõe o gene geralmente corresponde a uma única proteína ou RNA complementar. No DNA, o comprimento de cada filamento é 600 mil vezes maior do que a largura. Quando célula, núcleo e cromossomo dividem-se, cada filamento serve de gabarito para a formação de um novo filamento correspondente em cada um das novas células graças à estrutura e ao emparelhamento das bases descobertas por Crick e Watson. Isso explica a segunda característica fundamental do DNA, aquela que geralmente associamos à hélice dupla: a capacidade de replicar-se. Em outras palavras, quando o DNA duplica-se no interior de cada célula que está sofrendo uma divisão celular, sua capacidade de controlar as funções das células e do corpo dirigindo a produção de proteínas também se duplica. Isso leva nos de volta à principal função do DNA: produzir proteínas. Como os precisos genes evoluíram de modo a ficar protegidos no núcleo da célula, é necessário que se produzam copias ativas dos genes que possa sair do núcleo e dirigir a produção de proteínas em outras partes da célula. Assim é preciso uma espécie de “projeto” do gene. Esse projeto é feito pelo outro ácido nucléico, o RNA, que se compõe de A, C, G e uracil (u,a) em vez de timina. A RNA-polimerase é a enzima especifica capaz de dividir o DNA no meio dos “degraus”. Em outras palavras, ela “abre o zíper” das bases bem no meio – em suas ligações de hidrogênio – e transforma a hélice dupla em duas hélices simples com “meios degraus” expostos, rompendo as ligações entre os dois filamentos que unem A com T e C com G. Em organismos eucariontes, como é o caso da espécie humana, a informação genética armazenada no DNA é convertida em uma seqüência de aminoácidos, formando as proteínas -- moléculas fundamentais na determinação das características dos organismos. Contudo, a informação genética está organizada da seguinte forma: os genes incluem regiões codificadoras da seqüência de aminoácidos, os exons, e regiões não-codificadoras, os introns.

A primeira etapa na síntese de proteínas é a transcrição do gene em uma molécula de RNA, o pré-RNAm. Este inclui ambas as regiões e, quando é processado, os introns são removidos da molécula, transformando o pré-RNAm no RNAm maduro, que será, então, traduzido em proteína.

Esse processamento de um pré-RNAm pode variar, resultando na formação de mais de um tipo de proteína, a partir de uma mesma seqüência de DNA. Um exemplo extremo descrito recentemente na mosca-da-banana, a Drosophila melanogaster,

revela que um mesmo gene desse inseto é capaz de codificar cerca de 38 mil proteínas. Na espécie humana, estima-se que o número de genes varie entre 30 mil e 40 mil e que existam milhões de proteínas diferentes. O primeiro passo foi o seqüenciamento do DNA, que ganhou destaque com o mapeamento de todo o código genético humano. A próxima etapa, ainda mais importante, é o sequenciamento das proteínas, estruturas ligadas diretamente a várias funções desempenhadas pelo organismo humano e animal, que vem sendo discutida e posta em prática pelos mais modernos laboratórios do mundo (Projeto Proteonoma). Transcrição do DNA Em uma primeira etapa da síntese de proteína ocorre a transcrição da informação depositada no DNA para uma cópia feita a partir de ribonucleotídeos. A partir disso, obtém-se uma molécula alongada de RNA com a mesma seqüência de nucleotídeos observada no DNA, com exceção da base timina substituída pela uracila.

Esta cópia de DNA recebe o nome de RNA mensageiro, que carrega a informação para síntese de proteínas, com a participação das moléculas de RNA transportador, RNA ribossomal, e de outras moléculas de RNA que têm funções estruturais e catalíticas.

Síntese da Molécula do RNAm As moléculas de RNA são sintetizadas por enzimas denominadas RNA polimerases, que fazem uma “cópia” (complementar) de RNA a partir de uma seqüência de DNA. Se no DNA tínhamos ATC, a cópia será UAG, porque, já sabemos, o U complementa A (no RNA não temos timina), o A complementa o T e o G complementa o C. Quando a RNA polimerase entra em contato com uma seqüência de DNA especifica, denominada sítio promotor (região que contém o sítio de iniciação para síntese de RNA) a síntese do RNA é iniciada. A enzima RNA polimerase abre uma região na dupla hélice do DNA, expondo um curto seguimento de uma das fitas do DNA aos nucleotídeos livres. Somente uma fita de DNA atuará como molde para o pareamento das bases complementares. Esta cópia da molécula de DNA continua até a enzima encontrar uma segunda seqüência especial de nucleotídeos, o sinal de terminação. Nesta região, a polimerase pára e libera as fitas de DNA molde, que enrola-se novamente e a recém formada cadeia de RNA, que é uma cópia de fita simples de uma das duas fitas de DNA.

TRADUÇÃO

Após terminada a transcrição do DNA, o RNAm sai do núcleo para o citoplasma, levando a seqüência de nucleotídeos que permitirá a formação das proteínas. Para que isso ocorra é necessário a tradução da seqüência de nucleotídeos do RNAm em seqüência de aminoácidos. Os aminoácidos são transferidos ligados a trincas de RNAt, as quais denominaremos de anticódon, complementares às trincas de RNAm. As trincas do RNAm (AUU, AGC,UAU, ...) chamaremos de códons.

O arranjo da tabela do código não é aleatório, porque baseia-se em propriedades do código. O código é altamente degenerado, pois três aminoácidos, Arg, Leu e Ser podem ser especificados por 6 códons cada e os outros são especificados por 4 ou 2 códons. Somente metionina e triptofano são especificados por um único códon e, devido a isto, são os aminoácidos menos abundantes nas proteínas. São três os códons de terminação. Códons que especificam o mesmo aminoácido são denominados sinônimos. *Agrupando os 4 tipos de nucleotídeos de 3 em 3 nucleotídeos, temos 64 seqüências de aminoácidos. Somente 61 códons podem especificar 20 aminoácidos diferentes, pois 3 destes 64 códons, não codificam aminoácidos, mas especificam a terminação da cadeia polipeptídica, são os códons de terminação. Os RNA transportadores, através da ligação de uma de suas extremidades a um códon (uma trinca de nucleotídeo na molécula de RNAm), permite o alinhamento dos aminoácidos de acordo com a seqüência de nucleotídeos do RNAm. Cada RNAt (anticódon) é responsável pelo transporte de um dos vinte aminoácidos utilizados na síntese de proteínas. Cada um dos aminoácidos tem pelo menos um tipo de RNAt a ele designado, e outros têm vários RNAt.

O aminoácido é ligado ao RNAt através de um anticódon correto (seqüência de três nucleotídeos que é complementar aos três nucleotídeos do códon que especifica o aminoácido na molécula de RNAm), gerando uma molécula de aminoacil-RNAt. Através do pareamento códon-anticódon, o aminoácido é inserido em uma cadeia crescente de proteína, de acordo com o que está determinado na seqüência de nucleotídeo do RNAm. Com uma extremidade ligada a um aminoácido e a outra pareada a um códon, o RNAt converte a seqüência de nucleotídeos na seqüência de aminoácidos. Apenas a molécula de RNAt, e não os aminoácidos a ela ligados, determina onde o aminoácido é adicionado durante a síntese de proteína.

O Papel dos Ribossomos

Para assegurar que a síntese de proteínas ocorra de forma precisa, é necessário um complexo aparato catalítico. Os ribossomos são as estruturas responsáveis para que a extremidade crescente de uma cadeia polipeptídica seja mantida em sincronia com a molécula de RNAt, e que cada códon do RNAm se encaixe precisamente com o anticódon de uma molécula de RNAt.

Durante a fase de iniciação da síntese de proteína, as duas subunidades do ribossomo se deslocam até o ponto exato de RNAm onde a cadeia polipeptídica será iniciada. São necessários sinais específicos para iniciar a cadeia polipeptídica no ponto exato, de forma que a conexão correta da leitura seja estabelecida. Na E. coli e em todos os outros procariontes, a síntese de todas as proteínas começa com o aminoácido N-formilmetionina, codificado pelo códon de iniciação (AUG). Já nos eucariontes, o códon de iniciação (AUG) codifica o aminoácido metionina. O códon GUG é um códon de iniciação alternativo para a metionina, em procariontes. A subunidade menor, carregando proteínas que são os fatores de iniciação, liga-se ao RNAm e o RNAt e ao encontrar o códon de iniciação (AUG) é que ocorre a ligação da subunidade maior que irá catalisar a formação das ligações peptídicas. O ribossomo contém três locais de ligação para moléculas de RNA: um para o RNAm e dois para RNAt. O local que prende a molécula de RNAt, que está ligada à extremidade crescente da cadeia polipeptídica, chama-se sítio de ligação peptidil-RNAt ou sítio P.

Liberação da Cadeia de Proteína

Depois que o processo de tradução termina, a proteína tem que ser liberada do ribossomo. A cadeia de proteína é liberada do ribossomo quando qualquer um dos 3 códons de terminação (UAA,UAG,UGA) do RNAm é alcançado. Além desses códons de terminação, algumas proteínas citoplasmáticas chamadas fatores de liberação também participam deste processo. Os fatores de liberação ligam-se diretamente a qualquer códon de terminação que alcance o sítio A no ribossomo. Uma vez liberado o polipeptídeo, o ribossomo se separa do RNAt e RNAm e se dissocia nas suas subunidades 60S e 40S, podendo montar-se em outra molécula de RNAm para começar uma nova síntese de proteína. Nas células eucarióticas, a membrana nuclear mantém os processos de transcrição e de síntese de proteína separados. Entretanto, em células procarióticas, pela falta de membrana nuclear, o RNA fica acessível aos ribossomos assim que são sintetizados. Desta forma, os ribossomos iniciam a síntese de proteínas na extremidade 5' de uma molécula crescente de RNAm, enquanto a RNA polimerase completa a cadeia de RNAm. Atualmente, o código genético é considerado biologicamente universal, ou seja, todos os seres vivos têm o mesmo códon determinando a mesma função ou o mesmo aminoácido.

Fonte= Marcobueno.net