Aula: 2
Temática: Ácidos Nucléicos
Hoje estudaremos a bioquímica dos ácidos nucléicos. Acompanhe!
Introdução:
Os ácidos nucléicos são as moléculas com a função de armazenamento e
expressão da informação genética. Existem basicamente 2 tipos de ácidos
nucléicos:
-
O Ácido Desoxirribonucléico – DNA: dirige todo o desenvolvimento do
organismo a partir da informação contida em sua estrutura. Está presente no
núcleo, nas mitocôndrias e nos cloroplastos (vegetal), das células eucarióticas.
-
O Ácido Ribonucléico – RNA: atua como uma espécie de "cópia de
trabalho", criada a partir do molde de DNA. A síntese de uma molécula de RNA
a partir de um molde de DNA chama-se "TRANSCRIÇÃO”.
O estudo da composição química dos seres vivos é fundamental para
compreensão não apenas do funcionamento dos organismos, mas também
para se compreender a origem, evolução e diversidade das espécies. Podem
ser percebidas diferenças que caracterizam a diversidade de organismos e ao
mesmo tempo uma forte semelhança na composição química das células, o
que indica origem evolutiva comum.
Sabe-se há muito tempo que a informação genética é transportada pelos
cromossomos. Durante anos, a região do cromossomo que determina um
caráter particular tem sido chamada gene. Não podemos esquecer que o gene
é uma molécula com estrutura química e função bioquímica definidas. Sabe-se
que, bioquimicamente, genes são formas particulares de uma macromolécula
conhecida como ácido desoxirribonucléico (DNA). Sabe-se também que a
BIOQUÍMICA
estrutura das enzimas e os mecanismos controladores da quantidade de
enzimas ou grupos de enzimas são determinados pelos genes.
Estrutura Dos Ácidos Nucléicos:
Os ácidos nucléicos são polímeros constituídos de unidades de açúcar (ose)
pentose, ligadas por pontes de fosfato. Ligada a cada unidade de açúcar há
uma purina ou pirimidina, que são bases orgânicas nitrogenadas (fig. 1). O
ácido nucléico é, portanto, constituído por quatro tipos de bases ligadas a um
arcabouço ose-fosfato: A individualidade dos RNA e DNA encontrados na
natureza depende:
1) Do número das subunidades de nucleotídeos;
2) Da natureza da purina ou pirimidina ligada a cada unidade de açúcar. As
principais são adenina, guanina, timina, citosina e uracila.
BIOQUÍMICA
Fig. 1 – Estrutura química geral dos ácidos nucléicos.
A estrutura dos ácidos nucléicos pode ser entendida considerando seus
componentes. Purinas e pirimidinas ligadas a um açúcar formam nucleotídeos.
A adição de um grupo fosfato ao nucleotídeo resulta num nucleotídeo. A
formação de ácidos nucléicos é baseada em subunidades de nucleotídeos.
Muitas formas biologicamente ativas, de ácidos nucléicos, encontram-se
conjugadas a proteínas e são chamadas nucleoproteínas.
A expressão do gene ou sua “manifestação” depende de outras formas de
ácido nucléico, os ácidos ribonucléicos (RNA). Estes ácidos nucléicos contêm
ribose e, de acordo com a função que exercem na célula são designados como
RNA mensageiro ou matriz (mRNA), ribossômico (rRNA) e transportador
(tRNA). Estes RNA estão envolvidos na transmissão da informação genética.
Assim, o DNA e o RNA são longos polímeros lineares, que levam informações
sob uma forma que pode ser transmitida de uma geração para a seguinte.
Estas macromoléculas são constituídas de um grande número de nucleotídeos
ligados, cada um composto de uma ose (açúcar), um fosfato e uma base (fig.
2). As oses ligadas por fosfatos formam um arcabouço, enquanto as bases
variam entre quatro tipos. A informação genética é armazenada na seqüência
de bases ao longo da cadeia do ácido nucléico. As bases têm uma propriedade
adicional especial: formam pares específicos entre si, que são estabilizados por
pontes de hidrogênio. O pareamento de bases resulta na formação de uma
dupla hélice com estrutura helicoidal. Estes pares de bases fornecem um
mecanismo para copiar a informação genética em uma cadeia existente de
ácido nucléico formando rima nova cadeia.
BIOQUÍMICA
Fig. 2 – Cada nucleotídeo é formado por um grupo fosfato, um açúcar (pentose) e uma base
orgânica.
A seqüência dos monômeros que formam os polipeptídeos (proteínas) e
polinucleotídeos (DNA e RNA) dá identidade e funcionalidade a essas
moléculas (de ambos os grupos). Mudanças na seqüência de aminoácidos ou
de nucleotídeos poderão inativar completamente a ação biológica desses
compostos e é exatamente por isso que esses tipos de moléculas são
denominadas moléculas informacionais. Os ácidos nucléicos reúnem em si o
poder catalítico para produzir outros polímeros e, também, para gerarem suas
próprias réplicas. Este último poder, as proteínas não possuem, e por isso
foram descartadas como substâncias formadoras dos GENES.
Sabemos hoje, que DNA e, excepcionalmente o RNA, são os constituintes
gênicos. As células evoluíram graças ao trabalho combinado de moléculas
vitoriosas no processo da seleção natural da Terra primitiva: Praticamente, a
síntese celular de qualquer composto, passam pelo comando do DNA (ácidos
nucléicos conferindo estabilidade, alta capacidade de guardar informação e
replicação) e pela atuação catalisadora das proteínas.
Os genes especificam os tipos de proteínas que são feitas pelas células, mas o
DNA não é o molde direto para a síntese de proteínas. Os moldes para a
síntese de proteínas são moléculas de RNA (ácido ribonucléico). Em particular,
uma classe de moléculas de RNA, chamada RNA mensageiro (mRNA) serve
de intermediário na síntese de proteínas. Outras moléculas de RNA, tais como
o RNA transportador ou de transferência (tRNA) e o RNA ribossômico (rRNA),
são parte da maquinaria de síntese de proteínas. Todas as formas de RNA
celular são sintetizadas por RNA-polimerases que obtêm instruções dos
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moldes de DNA. Este processo de transcrição é seguido da tradução, a síntese
de proteínas de acordo com as instruções dadas pelos moldes de mRNA.
Assim, o fluxo da informação genética, ou expressão gênica, nas células
normais e:
Este fluxo de informação é dependente do código genético, que define a
relação entre a seqüência de bases no DNA (ou em seu mRNA transcrito) e a
seqüência de aminoácidos em uma proteína. O código é quase o mesmo em
todos os organismos: uma seqüência de três bases, chamada códon,
especifica um aminoácido. Os códons no mRNA são lidos seqüencialmente por
moléculas de tRNA, que servem como adaptadores na síntese de proteína. A
síntese de proteínas ocorre nos ribossomos, que são montagens complexas de
rRNAs e mais de 50 tipos de proteínas.
Os ácidos nucléicos DNA e RNA possuem estruturas covalentes. Estas
macromoléculas
são
polímeros
lineares
feitos
de
unidades
similares
conectadas ponta a ponta (Fig. 3). Cada monômero dentro do polímero é
constituído de três componentes: uma ose, um fosfato e uma base. A
seqüência de bases caracteriza um ácido nucléico e representa uma forma de
informação linear.
Fig. 3 – Estrutura polimérica de ácidos nucléicos (retirado de BERG et al., 2004).
A ose no ácido desoxirribonucléico (DNA), é a desoxirribose. O prefixo desoxi
indica que falta o átomo de oxigênio que estaria ligado ao átomo de carbono 2’
da ose (Fig. 4). As oses nos ácidos nucléicos são ligadas um ás outras por
pontes fosfodiéster (Fig. 1).
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Fig. 4 – Ribose e desoxirribose. Os átomos estão numerados com apóstrofe para distingui-los
dos átomos das bases, conforme BERG et al., 2004.
A cadeia de oses ligadas por pontes fosfodiéster, é o chamado arcabouço, que
é constante, enquanto as bases variam de um monômero para o outro.
Duas das bases são derivadas da purina as outras da pirimidina:
O arcabouço ose-fosfato de cada filamento está do lado externo da dupla
hélice, enquanto as bases purínicas e pirimidínicas ficam do lado interno. As
duas cadeias são mantidas juntas por pontes de hidrogênio entre os pares de
bases: adenina está sempre pareada com timina - no DNA (com a uracila no
lugar da timina quando for RNA), e guanina sempre com citosina. Assim, um
filamento de uma dupla hélice é complementar ao outro (fig. 5).
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Fig. 5 – Representação esquemática da estrutura do DNA: A- polinucleotídeo; B – as duas fitas
de polinucleotídeos da molécula de DNA; C – molécula de DNA retorcida em dupla hélice
(modificado de César e Sésar, 2005)
Watson & Crik propuseram em 1953, um modelo para a molécula de DNA, que
tem sido aceita pela comunidade científica desde então. Neste modelo a
molécula é constituída por duas cadeias de nucleotídeos que se ligam uns aos
outros pelos fosfatos. As duas cadeias ligam-se entre si pelas bases
nitrogenadas, por meio das pontes de hidrogênio (Fig. 6).
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Fig. 6 – Modelo da ligação entre bases nitrogenadas da molécula de DNA (modificado de
BERG et al., 2004).
Um ácido nucléico é, portanto, constituído de quatro tipos de bases ligadas a
um arcabouço ose-fosfato. Um par de cadeias de ácidos nucléicos com
seqüências complementares pode formar uma estrutura em dupla hélice. A
expressão gênica é a transformação da informação no DNA em moléculas
funcionais. Os aminoácidos são codificados por grupos de três bases (códon).
Com está aula encerramos nossa unidade. Faça os exercícios de
auto-avaliação e caso tenha alguma dúvida, envie para nossa tutoria. Um forte
abraço e até a próxima aula!
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