Ácidos nucleicos Prof. Fernando R. Xavier

UDESC 2018

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A origem... O calendário cósmico

Janeiro

Maio

Fevereiro Março

Junho Julho

Abril

Agosto

Setembro Outubro Novembro

DEZEMBRO ???

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Dezembro

Domingo Segunda Terça Quarta Quinta Sexta Sábado

1 2 3 4 5 6 7

8 9 10 11 12 13 14

15 16 17 18 19 20 21

22 23 24 25 26 27

28 29 30 31 23h59’59’’ 1492 d.C !!!

A origem... O calendário cósmico

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Requisitos para a vida

replicação

reações rápidas organização

catálise

Interação

supramolecular

reconhecimento molecular

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A “biblioteca” da vida

~ 3,5 bilhões de anos

evolução

muita informação !!!

eficiência no

armazenamento

DNA

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O transporte da informação

DNA

transcrição

RNA

transporte da informação

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Ácidos nucleicos

O ácido ribonucleico (RNA) e o ácido desoxirribonucleico (DNA) consistem em

macromoléculas chamadas polinucleotídeos. Estes compostos são responsáveis pelo

processamento, armazenamento e a expressão das informações genéticas.

Tais informações são essenciais para a construção, o funcionamento e a adaptação

da célula às mudanças no ambiente.

Tudo isso é possível pois o DNA coordena a

síntese de todas as proteínas necessárias a

estas atividades. Já o RNA é o ácido nucléico

que executa a síntese proteica.

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O dogma central da biologia

O DNA contém trechos com uma função específica (GENES), responsável pela

síntese de uma determinada proteína. Tal proteína pode gerar uma característica

hereditária, como o tipo sanguíneo, por exemplo.

O RNA faz a cópia da informação contida no DNA e sintetiza a proteína em questão.

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Aspectos estruturais dos ácidos nucleicos

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As bases nitrogenadas

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Os nucleotídeos

São considerados as unidades básicas para a formação dos ácidos nucleicos. Estes

são formados a partir de nucleosídeos (BN+açucar) após um reação de fosforilação.

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A estrutura do DNA

Por convenção, a sequência de bases é

escrita na direção 5’ para 3’.

Uma das características mais marcantes

do DNA é o seu comprimento. Por

exemplo, o vírus polyoma (responsável

por alguns tipos de câncer) possui cerca de

5.100 nucleotídeos.

O genoma da E. Coli consiste em uma

simples fita de DNA com 4.6 milhões de

nucleotídeos.

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A estrutura do DNA

O genoma humano consiste em 3 bilhões de nucleotídeos em cada fita de DNA. Estes

nucleotídeos estão divididos ao longo de 24 cromossomos.

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O muntjac indiano (mamífero) possui a maior sequência de nucleotídeos contínua

conhecida. Seu genoma é quase do tamanho do genoma humano, porém dividido em

apenas 3 cromossomos gerando sequências de até 1 bilhão de nucleotideos!

A estrutura do DNA

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A estrutura helicoidal do DNA

Foi primeiramente estudada por

Maurice Wilkins e Rosalind Franklin

através de difração de raios x em fibras

de DNA. Eles previam uma estrutura

de dupla cadeia helicoidal.

A partir destes dados James Watson e

Francis Crick deduziram o modelo

estrutural do DNA.

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A estrutura helicoidal do DNA: Principais características

• As cadeias poliméricas de nucleotideos estão enoveladas sob um mesmo eixo

central que lembra um parafuso que gira para a direita;

• O esqueleto açúcar-fosfato ficam direcionados para o exterior da estrutura helicoidal

enquanto as bases nitrogenadas ocupam seu interior;

• As bases nitrogenadas estão aproximadamente perpendiculares ao eixo central e

separadas entre si por 3,4 Å. A cada 34 Å uma volta (360º) é dada (10 pares de

base).

• O diâmetro da dupla hélice é de 20 Å.

• Esta estrutura tridimensional é mantida por ligações de hidrogênio e interações

hidrofóbicas (van der Waals) e π-stacking. (2 – 4 kJ mol-1)

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O pareamento das bases nitrogenadas

• A magnitude da energia destas ligações de

hidrogênio é baixa (4 – 21 kJ mol-1 e 1 – 5 kJ

mol-1, respectivamente) mas devido ao

grande número destas, o efeito somatório é

surpreendente.

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DNA: Outras características importantes

As fitas de DNA são ditas complementares (por conta das bases nitrogenadas) e

antiparalelas: Uma no sentido 3’→ 5’e outra no sentido 5’→ 3’;

Sua estrutura tridimensional e área

superficial dá origem aos chamados

sulco maior e sulco menor;

Principal função sulcos do DNA ‘’e:

Fornecer informação acerca BN

ligadas numa determinada região da

dupla fita sem necessidade de

abertura. Particularmente, o sulco

maior oferece maior acessibilidade

para ligação com proteínas do que o

sulco menor.

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Variações estruturais do DNA

B-DNA: Tem a dupla hélice mais longa e mais

fina. Para uma volta completa são

necessários 10 pares de base e 34 Å de

distância. É a forma mais comum

encontrada no meio fisiológico.

A-DNA: Tem a dupla hélice mais larga e mais

curta. Para uma volta completa são

necessários 11 pares de base e 28,2 Å. É

encontrado quando o meio possui pouca água

disponível (desidratado). Os pares de base

não estão perpendiculares ao eixo.

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Variações estruturais do DNA

C-DNA: Para completar um volta completa

são necessários 9,3 pares de base e 31 Å. É

encontrado quando o meio possui pouca água

disponível (desidratado) e na presença de

íons tais como Li+ ou Mg2+. Pesquisas recente

indicam que a diferença entre o C-DNA e o B-

DNA se dá pela conformação dos

nucleotídeos.

Z-DNA: É o único em que a dupla hélice gira

para a esquerda. Para uma volta completa

são necessários 12 pares de base e 43 Å. É

encontrado quando o meio possui alta

concentração de cátions ou quando é

metilado.

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De uma maneira geral, a conformação que o DNA adota depende do nível de

hidratação, da sequência de pares de base, da quantidade e direção do

superenovelamento, modificações químicas das bases, do tipo e concentração dos

íons metálicos bem como de poliaminas em solução.

Tipicamente, o DNA assume a

conformação B, a qual pode ser

convertida para Z-DNA sob

condições de elevadas

concentrações de sais ou na

presença de solventes orgânicos. A

conformação Z é particularmente

favorável em sequências contendo

nucleotídeos GC alternados.

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DNA superenovelado, relaxado/circular e linear

São as três formas de arranjo tridimensional que as moléculas de DNA podem

permanecer. Enquanto o DNA dos seres humanos é linear o DNA de bactérias e

organismos mais simples é circular.

Em alguns casos a dupla fita de DNA pode se enovelar sobre ela mesma gerando

uma estrutura tridimensional chamada superenovelada.

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A reversibilidade da dupla hélice do DNA

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A replicação do DNA

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A replicação do DNA – Uma visão mais ampla

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O RNA é caracterizado uma estrutura polimérica de fita simples, onde a base

nitrogenada timina (T) é substituída pela uracila (U).

Apesar de ser uma simples fita moléculas de RNA podem assumir conformações

complexas fazendo pareamentos com ele mesmo.

A estrutura do RNA

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Simples fita de DNA e RNA e estruturas elaboradas

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Tipos de RNA

O RNA mensageiro mRNA é o responsável pela síntese proteica. Ele pode ser

sintetizado um gene ou um grupo destes. É extremamente dependente do organismo

que o expressa não possuindo então um tamanho específico.

O RNA ribossomial rRNA é o maior constituinte dos ribossomos. Cada ribossomo

possui uma unidade de rRNA. Possui propriedades catalíticas.

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O RNA transportador tRNA carrega os aminoácidos e os ativa para que sejam

formadas as ligações peptídicas e consequente síntese proteica.

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