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Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Biologia

Ensino Médio, 1ª Série

Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular

COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º AnoTópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular

Os ácidos nucleicos são assim chamados por seu caráter ácido, e por terem sido originalmente descobertos no núcleo das células.

A partir da década de 1940, os ácidos nucleicos passaram a ser intensivamente estudados, pois se descobriu que eles formam os genes responsáveis pela herança biológica.(1). .

http://fisicomaluco.com/wordpress/2010/02/19/acidos-nucleicos/

Os ácidos nucleicos são constituídos por três tipos de componentes:

• glicídios do grupo das pentoses;• ácido fosfórico;• bases nitrogenadas.

Esses componentes organizam-se em trios moleculares denominados nucleotídios, que se encadeiam às centenas ou aos milhares para formar uma molécula de ácido nucleico.


Representação de nucleotídio


NUCLEOTÍDEO base nitrogenada

desoxirribose

ácido fosfórico

Imagem: NEUROticker / public domain

Há dois tipos de ácidos nucleicos:

• ácido desoxirribonucleico conhecido como DNA;• ácido ribonucleico conhecido como RNA.

Essas substâncias apresentam, respectivamente, desoxirribose e ribose em suas moléculas. Dos cinco tipos de base nitrogenadas presentes nos ácidos nucleicos, três ocorrem tanto no DNA quanto no RNA. adenina (A), citosina (C), guanina (G)


A base nitrogenada timina (T) ocorre exclusivamente no DNA, enquanto a base uracila(U) ocorre exclusivamente no RNA.

Disso decorre que uma molécula de DNA, por maior que seja, terá apenas 4 tipos de nucleotídeos, todos possuindo desoxirribose, no entanto, diferindo quanto ao tipo de base. Já numa molécula de RNA, os 4 tipos de nucleotídeos terão a ribose, e uma das 4 bases nitrogenadas.


Representação de bases nitrogenadas, açucares e ácido fosfórico.


BASES PIRIMÍDICAS

AÇÚCARES ÁCIDO FOSFÓRICO

Citosina Timina Uracila

Desoxirribose Ribose

BASES PÚRICAS

Adenina Guanina

NUCLEOTÍDEO(DNA)

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As bases nitrogenadas são classificadas em pirimídicas e púricas .

A bases pirimídicas são formadas por uma cadeia fechada com quatro átomos de carbono e dois de nitrogênio. São elas: citosina (C), timina (T), uracila (U).

As bases púricas, por sua vez, apresentam estrutura química constituída por duas cadeias fechadas, e também chamadas aneis. São elas: adenina (A) ou guanina (G).


Estrutura dos ácidos nucleicos

Moléculas de DNA são constituídas por duas cadeias de nucleotídeos enroladas uma sobre a outra, lembrando um escada helicoidal.

As duas cadeias mantêm-se unidas entre si por meio de um tipo especial de ligação, a ligação de hidrogênio (ou ponte de hidrogênio) entre pares de bases específicos.


A adenina emparelha-se e forma ponte de hidrogênio com timina; a guanina emparelha-se e forma ponte de hidrogênio com citosina.

Moléculas de RNA são geralmente formadas por cadeia única, que se enrola sobre si mesma. Alguns vírus, no entanto, como o do mosico-do-tabaco, possuem RNA de dupla-cadeia (2).


http://www.ebah.com.br/content/ABAAAetUkAA/acidos-nucleicos

Diferentes formas de representar uma molécula de DNA: representação plana: duas cadeias por duas bases nitrogenadas, representada na seleção retangular acima um nucleotídeo. Representado da dupla-hélice no espaço, mostrando as ligações de ponte de hidrogênio. Representação dos átomos por modelos de esfera.


Nucleotídeo

Bases nitrogenadasPontes de hidrogênio

Cadeia de açúcares e fosfatos

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A molécula de DNA possui uma configuração estrutural bastante distinta. O modelo inicial que explica a estrutura do DNA foi proposto por James D. Wastson e Francis H.C. Crick em 1953.

Segundo eles, a molécula de DNA é uma fita dupla constituída por duas cadeias paralelas que correm em direções opostas. Os emparelhamentos são estabelecidos graças à afinidade química entre as bases adenina e timina (A-T) e guanina e citosina (G-C).


Notamos que a ligação se faz sempre entre uma base púrica e uma base pirimídica e que há afinidade química somente entre adenina, e timina, e guanina e citosina.

Na verdade, essa afinidade pode ser constatada observando-se as ligações que se estabelecem entre as bases e que se chamam ponte de hidrogênio. Estas são ligações fracas que ocorrem entre átomos de hidrogênio e alguns outros maiores que ele, entre os quais estão o oxigênio,o nitrogênio e o flúor.


O modelo adotado até hoje abriu um novo e importante campo de estudo: o da genética molecular. Isso rendeu a Watson, a Crick e a Wilkins o prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia de 1962.


Detalhe de uma molécula de DNA, evidenciando o pareamento de bases nitrogenadas

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Molécula de DNA dupla-hélice.

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O RNA tem origem a partir da molécula de DNA.

O RNA, ou ácido ribonucleico, é uma molécula em cadeia simples, apresentando uma estrutura primária semelhante à do DNA. Como principais diferenças em relação ao DNA, o RNA (3):


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http://www.e-escola.pt/topico.asp?id=224


• possui a ribose em vez da 2`-desoxirribose, o que lhe confere uma desvantagem estrutural, pois torna-se menos resistente à hidrólise;

• é composto por duas bases heterocíclicas da família das purinas (guanina e adenina) e duas pirimidinas (citosina e uracila, em detrimento da timina, presente no DNA) (4);



• apresenta-se, normalmente, sob a forma de cadeia simples, podendo ocorrer emparelhamento das bases a nível intramolécular (o que torna o RNA não redundante), assumindo formas complexas e pouco usuais;

Tal como no DNA, no RNA, os nucleotídeos estão ligados por ligações fosfodiéster 3'-5'. Apesar destes ácidos nucleicos poderem formar duplexos, estão normalmente sob a forma de cadeia simples (5);



Representação estrutural de um ribonucleotídeo, mais especificamente da uridina-5'-monofosfato (ou ácido 5'-uridílico).

Os RNA, existem na célula como produto direto de genes e pertencem a 3 classes distintas:

• o RNA mensageiro (mRNA), o qual alberga informação que posteriormente será traduzida numa proteína;


• o RNA ribossomal (rRNA), componente principal do ribossoma;

• e o RNA de transferência (tRNA), que funciona como uma molécula transportadora de aminoácidos no decorrer do processo de tradução (6).




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Citoplasma

Transcrição

Núcleo

TranslaçãoProteína

Ribossoma(Complexo rRNA/Proteína)


AUCG’s

DNA ácido desoxirribonucleico

RNA ácido ribonucleico

esqueleto fosfoglicídico

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ATCG’s

bases azotadas

bases azotadas

citosina citosina

guanina guanina

adeninaadenina

timinauracilo

Substitui timina no RNA

Imagem: Da lateral esquerda: (a) Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License; (b) Ed (Edgar181) / public domain.(c) cacycle / GNU Free Documentation License. (d) cacycle / GNU Free Documentation License. Central: (e) Boumphreyfr / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. (f) Boumphreyfr / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Da lateral direita: (g) Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License. (h) Ed (Edgar181) / public domain. (i) cacycle / GNU Free Documentation License. (j) NEUROticker / public domain.

A duplicação do DNAO modelo estrutural do DNA proposto por

Watson e Crick explica a duplicação dos genes: as duas cadeias do DNA se separam e cada uma delas orienta a fabricação de uma metade complementar.

O experimento dos pesquisadores Meselson e Stahl confirmou que a duplicação do DNA é semiconservativa, isto é, que metade da molécula original se conserva íntegra em cada uma das duas moléculas-filhas (7).


http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Citologia2/AcNucleico3.php

No processo de duplicação do DNA, as pontes de hidrogênio entre as bases se rompem e as duas cadeias começam a se separar. À medida que as bases vão sendo expostas, nucleotídeos que vagam pelo meio ao redor vão se unindo a elas, sempre respeitando a especificidade de emparelhamento:


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A com T, T com A, C com G e G com C. Uma vez ordenados sobre a cadeia que está servindo de modelo, os nucleotídeos se ligam em sequência e formam uma cadeia complementar sobre cada uma das cadeias da molécula original.

Assim, uma molécula de DNA reproduz duas moléculas idênticas a ela (8).



Timina

Adenina

Guanina

Citosina

Esquema de duplicação de DNA

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Diversos aspectos da duplicação do DNA já foram desvendados pelos cientistas. Hoje, sabe-se que há diversas enzimas envolvidas nesse processo.

Certas enzimas desemparelham as duas cadeias de DNA, abrindo a molécula. Outras desenrolam a hélice dupla, e há, ainda, aquelas que unem os nucleotídeos entre si. A enzima que promove a ligação dos nucleotídeos é conhecida como DNA polimerase, pois sua função é construir um polímero (do grego poli, muitas, e meros, parte) de nucleotídeos (9).


Transcrição da informação genéticaA síntese de RNA (mensageiro, por exemplo)

se inicia com a separação das duas fitas de DNA. Apenas uma das fitas do DNA serve de molde para a produção da molécula de RNAm. A outra fita não é transcrita. Essa é uma das diferenças entre a duplicação do DNA e a produção do RNA (10).


Imagem: Forluvoft / domínio público

As outras diferenças são:

os nucleotídeos utilizados possuem o açúcar ribose no lugar da desoxirribose; há a participação de nucleotídeos de uracila no lugar de nucleotídeos de timina;

Assim, se na fita de DNA que está sendo transcrita aparecer adenina, encaminha-se para ela um nucleotídeo complementar contendo uracila (11);


Imaginando um segmento hipotético de um filamento de DNA com a sequência de bases:

DNA- ATGCCGAAATTTGCG

O segmento de RNAm formado na transcrição terá a sequência de bases (12):

RNA- UACGGCUUUAAACGC


Em uma célula eucariótica, o RNAm produzido destaca-se de seu molde e, após passar por um processamento, atravessa a carioteca e se dirige para o citoplasma, onde se dará a síntese proteica. Com o fim da transcrição, as duas fitas de DNA seu unem novamente, refazendo-se a dupla hélice (13).



DIFERENÇAS DNA E RNADNA RNA

Açúcar desoxirribose ribose

Filamento duplo simples

Função Inf. genética Sint. proteínas

Bases Nitrogenadas

Piridiminas: Citosina e

TiminaPurinas:

Adenina e Guanina

Piridiminas: Citosina e

UracilaPurinas:

Adenina e Guanina

Transcrição: DNA faz RNA

Imagem: Boumphreyfr/ Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada

Trifosfato de adenosina (ATP)

As células necessitam de suprimento constante de energia para manter sua organização e sua funcionamento. A energia, que provém primariamente de degradação de moléculas orgânicas do alimento, encontra-se armazenada em moléculas de uma substância chamada trifosfato de adenosina.


Essa substância tem por função:

• captar a energia liberada nas reações exergônicas (ou seja, aquelas que liberam energia);• armazená-las em ligações moleculares de alta energia;•transferir energia para processos endergônicos (isto é, que absorvem energia).


Estrutura química do ATP

Do ponto de vista químico, o ATP é um nucleotídeo que é constituído pela base nitrogenada adenina, unida ao glicídio ribose, unido, por sua vez, a três grupos fosfatos encadeados.

As ligações químicas entre dois fosfatos do ATP são ligações de alta energia; são representadas graficamente pelo símbolo ~.


Formula estrutural do ATP. A partir da molécula formada pela adenina e pela ribose é chamada adenosina. A adição de um fosfato à adenosina origina o monofosfato de adenosina (AMP) , a adição de um segundo fosfato dá origem ao disfosfato de adenosina (ADP) e a um terceiro fosfato origina o trifosfato de adenosina (ATP).


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Grupo fosfato Ribose

Adenina

Recursos extras

Apresentação de animações do youtube; Música dos ácidos nucleicos.

http://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=ljmS_t3G1mY

Construção de modelo 3D em goma da molécula de DNA (DNA comestível).


EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO

01. Numa molécula de DNA, a quantidade de...

a) adenina mais timina é igual à de citosina mais guanina.

b) citosina mais uracila é igual à de timina mais adenina.

c) uracila mais adenina é igual à de citosina mais

guanina.

d) guanina mais timina é igual à de citosina mais uracila.

e) adenina mais citosina é igual à de guanina mais timina.


02. O que significa: DNA e RNA?

03. As bases nitrogenadas podem dividir-se em doisgrupos. Caracterize esses dois grupos, indicando asbases constituintes.

04.Desenhe a composição de um nucleotídeo,identificando suas partes.


05. A molécula de DNA é constituída por...

a) uma cadeia de polipeptídeos unidos por pontes dehidrogênio.b) duas cadeias de polipeptídeos formando umadupla hélice.c) uma cadeia de nucleotídeos que tem a capacidadede se replicar.d) duas cadeias de nucleotídeos unidas por pontes dehidrogênio.e) duas cadeias de bases nitrogenadas unidas porpolipeptídeos.


REFERÊNCIAS

J.M. Amabis; G.R. Martho; Fundamentos da Biologia Moderna,4.Ed,São Paulo:Moderna.2006.

Carvalho, Wanderley; Biologia em Foco, volume único – São Paulo: FTD, 2002.

www.sobiologia.com.br/conteudo/citologia/cito27.php.

www.portalsaofrancisco.com.br

www.youtube.com.br


Tabela de ImagensSlide Autoria / Licença Link da Fonte Data do

Acesso 4 NEUROticker / public domain http://en.wikipedia.org/wiki/

File:Desoxyguanosinmonophosphat_protoniert.svg

23/04/2012

7a Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:N4-cytosine.png

23/04/2012

7b cacycle / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thymine_chemical_structure.png

23/04/2012

7c NEUROticker / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Uracil.svg

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7d Yikrazuul / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Deoxyribose_structure.svg

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7e Richard Wheeler / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ribose_structure_2.png

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7f NEUROticker / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Phosphors%C3%A4ure_-_Phosphoric_acid.svg

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7g cacycle / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Adenine_chemical_structure.png

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7h Ed (Edgar181) / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Guanine.svg

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7i NEUROticker / public domain http://en.wikipedia.org/wiki/File:Desoxyguanosinmonophosphat_protoniert.svg

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11a Mirmillon / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotide.gif

23/04/2012


Acesso

11b Zephyris / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Benzopyrene_DNA_adduct_1JDG.png

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11c Elapied e Stw / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA_molecule_closeup.jpg

23/04/2012

14a Mirmillon / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nucleotide.gif

25/04/2012

14b Giac83 / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DNA.png

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15a Estrutura química do RNA / Narayanese / GNU Free Documentation License

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RNA_chemical_structure.GIF

27/04/2012

15b Joz1340 / Public Domain. http://commons.wikimedia.org/wiki/File:RNA_basic_structure.JPG

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20 Autor desconhecido / domínio público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Transkription_Translation_01.jpg

26/04/2012

21a Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License


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21b Ed (Edgar181) / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Guanine.svg

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21c cacycle / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Adenine_chemical_structure.png

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21d cacycle / GNU Free Documentation License http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Thymine_chemical_structure.png

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21e Boumphreyfr / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

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21f Boumphreyfr / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

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21g Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License


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21h Ed (Edgar181) / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Guanine.svg

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21j NEUROticker / public domain http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Uracil.svg

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23 Madprime / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

http://en.wikipedia.org/wiki/File:DNA_replication_split_horizontal.svg

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27 Forluvoft / domínio público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Simple_transcription_elongation1_NL.svg

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25 Madprime / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

http://en.wikipedia.org/wiki/File:DNA_replication_split.svg

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31a Boumphreyfr/ Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada

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26/04/2012

35 Batterytime/ domínio público http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:ATP_structure_revised.png

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