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CURSO DE BACHARELADO EM QUMICA TECNOLGICA Pontifcia Universidade Catlica de Campinas CEATEC Faculdade de Qumica

Biologia Celular Professora: Ricardo Catalano Data entrega: 16/12/2010

Annerose Crecencio da Cruz

09040164

cidos Nuclicos 1

Essas substncias so conhecidas desde o sculo passado, porm a compreenso do seu importante papel nos seres vivos relacionado ao controle celular e hereditariedade muito recente. A capacidade de guardar informaes, de replicao, de gerar diversificao de atividades numa clula, de catalisar, de unir geraes pelo processo de hereditariedade e de dirigir a sntese de outras macromolculas (protenas) so atributos de um cido nuclico. O RNA foi provavelmente o primeiro tipo de cido nuclico a surgir na natureza. Sua estrutura mais simples, a diversidade de tipos, a capacidade de auto-replicao e a ao cataltica encontrada em certos RNA, aponta para a condio de molcula hereditria primordial. O DNA foi na verdade uma cria do RNA de algumas clulas primitivas que ganharam com isso maior estabilidade e durabilidade do seu material em dupla hlice. Com essa nova inveno das clulas era possvel aumentar consideravelmente o tamanho dos cidos nuclicos e assim, estocar mais informaes e a partir da desencadear a sntese de um maior arsenal de protenas que tornou o metabolismo celular mais complexo, diversificado e conseqente eficincia no seu funcionamento. Embora a ordem de surgimento das molculas informacionais tenha sido: RNA - DNA PROTENA, sabemos que as clulas modernas transferem a informao biolgica da forma: DNA - RNA - PROTENAS. Essa seqncia de eventos considerada o dogma central da biologia molecular

1. cidos nuclicos: estrutura molecular

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O cido nuclico formado por um grande polmero de molculas individuais chamadas de nucleotdeos. Cada nucleotdeo formado por uma base nitrogenada, que pode ser uma purina (adenina ou guanina) ou uma pirimidina (timina ou citosina no DNA; uracila ou citosina no RNA), uma pentose (desoxirribose no DNA, e ribose no RNA) e um grupo fosfato (PO4). O conjunto de base + acar denomina-se nucleosdio, chamando-se nucleotdeo ao conjunto de base + acar + fosfato.

Existem dois tipos de cidos nuclicos, o cido ribonuclico (RNA) que contm acar ribose de cinco carbonos, e o cido desoxirribonuclico (DNA) no qual o grupo hidroxila na posio 2 da ribose trocado por um hidrognio, uma molcula de oxignio perdida, de onde vem o prefixo desoxi. Os nucleotdeos sucessivos so ligados por ligaes covalentes fosfodister, em que um grupo fosfato liga o carbono 3 de um acar ao carbono 5 do acar vizinho.

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O RNA est presente no citoplasma e em concentraes particularmente altas no nuclolo do ncleo. O DNA achado principalmente nos cromossomos, mas tambm est presente nas mitocndrias e em cloroplastos das clulas de plantas. Watson e Crick sugeriram que a molcula de DNA era composta de duas cadeias de nucleotdeos dispostas em espiral em torno de um mesmo eixo imaginrio, formando uma estrutura de dupla hlice. Cada cadeia de DNA tem sua polaridade determinada pela orientao da ligao acar-fosfato. A extremidade da cadeia terminada pelo carbono 5 referida como extremidade 5, e a terminada com o carbono 3 chamada extremidade 3. O final 5 de uma cadeia oposta ao final 3 da outra, isto , elas possuem orientaes (ou polaridades) opostas e so ditas antiparalelas. As duas molculas de DNA que formam a dupla hlice esto unidas por fracas pontes de hidrognio. Essas ligaes dispem-se entre bases opostas das duas fitas de DNA formando pares de base de acordo com as regras de Watson e Crick: purina sempre pareia com pirimidina (adenina liga-se a timina e citosina a guanina). As ligaes ocorrem dessa maneira porque o espao ocupado por duas bases oponentes pequeno, e 4

duas bases grandes no caberiam nesse espao, assim como duas pequenas no se aproximariam o suficiente para interagir. Desse modo, so criadas cadeias complementares. Como resultado, a composio de bases do DNA no randomizada, havendo as mesmas quantidades de bases pricas e pirimdicas, de tal forma que A+G = T+C. Verifica-se, igualmente, que as quantidades de adenina e timina so equivalentes, o mesmo ocorrendo com a guanina e a citosina. A composio pode ser especificada sem dvidas quantificando-se a porcentagem de GC.

comum descrever a seqncia de DNA pela seqncia de bases de uma das cadeias na direo 5 3, que a direo de sntese de uma nova molcula de DNA durante sua replicao. Ao descrever a seqncia de DNA que compreende duas bases vizinhas (um verdadeiro dinucleotdeo) de uma das cadeias, usual inserir a letra p para denotar a ligao fosfodister (ex. CpG). A associao da dupla hlice do DNA com um grupo especfico de histonas forma a estrutura primria do DNA. O nucleosomo formado quando um octmero (duas cpias de quatro histonas: H2A, H2 B, H3 e H4) envolto por um segmento de DNA duplahlice. A unidade fundamental de organizao da cromatina o solenide, que uma estrutura secundria helicide de compactao dos nucleossomos pela histona H1. Com a formao do solenide, tem-se a ao de protenas nohistonas que formam estruturas 5

em alas ou domnios. As alas podem ser o incio dos espessamentos parecidos com ns, denominados crommeros. medida que os cromossomos se condensam mais, os crommeros adjacentes fundem-se em estruturas maiores e tornam-se depois as bandas cromossmicas.O RNA constitui-se de molculas simples de cido ribonuclico, e mais sobre este componente ser visto adiante.

FUNO DOS CIDOS NUCLICOS: Como os genes se compem de DNA, necessrio que este ltimo tenha uma estrutura suficientemente verstil para explicar a grande variedade de genes e, ao mesmo tempo, ser capaz de reproduzir-se de tal maneira que se forme uma cpia idntica em cada clula apta a dividir-se. A informao gentica, armazenada nos cromossomos transmitida s clulas filhas atravs da replicao do DNA, e expressa atravs da transcrio em RNAm e

traduo subseqente em cadeias polipeptdicas. Este fluxo de informao do DNA ao 6

RNA e protena denominado de dogma central da biologia molecular, sendo descritivo de todos os organismos. O processo de traduo requer um cdigo gentico, atravs do qual a informao contida na seqncia de bases nitrogenadas dos cidos nuclicos expressa para produzir uma seqncia especfica de aminocidos na protena que ele especifica. Trs bases adjacentes codificam um aminocido e formam a unidade de informao gentica ou cdon, e a correspondncia entre cdons especficos e aminocidos conhecida como cdigo gentico. A ligao molecular entre estes dois tipos relacionados de informao (o cdigo de DNA dos genes e o cdigo de aminocidos das protenas) o cido ribonuclico (RNA). A seqncia de nucleotdeos deve conter o nmero suficiente de unidades codificadoras para representar 20 aminocidos (Aa). Como o DNA possui apenas 4 bases distintas, deve haver a combinao de vrias bases para codificar os diferentes tipos de Aa. Como as bases agrupam-se 3 a 3, so possveis 64 (43) arranjos, nmero maior do que o necessrio. Dos 64 cdons (RNAm) possveis, trs indicam o fim de um gene, e so conhecidos como cdons finalizadores (ou sem sentido) porque designam o trmino da traduo do mRNA neste ponto. So o UAA, o UGA e o UAG. Os outros 61 especificam aminocidos. Como h apenas 20 Aa diferentes, deduz-se que alguns Aa devem ser especificados por mais de um tipo de trinca ou por mais de um cdon. Por exemplo, a leucina e a arginina so especificadas por seis cdons. Apenas a metionina e o triptofano so cada um deles especificado por um nico cdon O cdigo gentico , portanto, dito redundante (ou degenerado). Embora um determinado aminocido possa ser especificado por mais de um cdon, cada cdon s pode designar um aminocido. Esse conceito fundamental para, entre outras coisas, compreendermos que nem toda alterao no cdigo gentico leva a uma doena. 7

Uma caracterstica significativa do cdigo gentico ser universal, ou seja, virtualmente todos os organismos vivos usam os mesmos cdigos de DNA para especificar aminocidos. Em outras palavras, os mesmos trpletes correspondem aos mesmos aminocidos, seja em seres humanos, seja em bactrias. Uma exceo conhecida a esta regra a das mitocndrias, as quais tm suas prprias molculas de DNA extranuclear. Vrios cdons do DNA mitocondrial codificam aminocidos

diferentes dos cdons do DNA nuclear. Em sntese pode-se dizer que o Cdigo Gentico tem as seguintes caractersticas: - Especificidade - Universalidade - Redundncia A informao gentica est contida no DNA dos cromossomos dentro do ncleo celular, mas a sntese de protenas, durante a qual a informao codificada no DNA usada, ocorre no citoplasma. Devido compartimentalizao das clulas eucariticas, a transferncia de informao doncleo para o citoplasma um processo muito complexo. Enquanto o DNA se forma e se replica no ncleo da clula, ocorre no citoplasma a sntese de protenas. A informao contida no DNA deve, portanto, ser transportada para o citoplasma e, assim, usada para ditar a composio das protenas. Isto envolve dois processos, transcrio e traduo. Resumidamente, o cdigo do DNA transcrito para o RNA mensageiro, que, ento, deixa o ncleo para ser traduzido em protenas. RNA: 8

Existem trs tipos principais de RNA que participam do processo da sntese protica: RNA ribossmico (RNAr), RNA transportador (RNAt) e RNA mensageiro (RNAm). Os trs principais tipos de RNA diferem um do outro em termos de tamanho, funo e modificaes estruturais especiais. RNA ribossmico: encontrado em associao com uma srie de protenas diferentes, como componente dos ribossomos; forma a estrutura complexa que serve como stio para a sntese de protenas. No citosol eucaritico, existem quatro espcies de RNAr de tamanhos diferentes (28S, 18S, 5,8S e 5S). "S" a unidade Svedberg, relacionada ao peso molecular do composto. Juntos constituem at 80% do RNA da clula. RNA transportador: a menor das trs principais molculas de RNA (4S), tendo entre 7