DNA É O MATERIAL GENÉTICO:
TOPOLOGIA DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS
 A informação guardada nos genes é transmitida milhões de vezes em forma
inalterada durante a vida de um organismo multicelular !
Que tipo de molécula seria capaz de sustentar tal numero de exatas replicações e dirigir
o desenvolvimento de um organismo 
Que tipo de instruções carrega a informação genética
Como a imensa quantidade de instruções são fisicamente organizadas de tal forma
que possam ser contidas dentro de uma célula
 Algumas respostas começaram a emergir nos 40s, estudos com fungos onde se viu que
informação consistia de instruções para fazer proteínas e que estas ultimas eram as
responsáveis pelas propriedades e funções da célula.
A informação pode passar de duas formas para a geração seguinte, pelo ovo fertilizado
(na reprodução sexual) ou para a célula filha (na reprodução asexual).
 Um particular fato na estrutura do DNA é que esta é independente da seqüência de nt.
 Relação entre a seqüência de DNA e a seqüência correspondente da proteína:
código genético
 Descobrimento do DNA
Histórico
Histórico ( cont.)
 1865 – Johann Gregor Mendel
Publicou resultados dos cruzamentos de ervilhas Pisum sativum.
Noticiou o aparecimento e desaparecimento de características em
vagens e flores em várias gerações.
Postulou as regras que governam a hereditariedade.
Propôs a existência de discretas unidades de hereditariedade
(genes), que seriam transmitidas de geração para geração.
 1869 – Johann Friedrich Miescher
Realizou o primeiro isolamento de DNA.
Histórico ( cont.)
 1928- Griffith
Primeira evidencia que o material genético estava constituído por ácidos nucléicos
expt. de transformação realizados por com Streptococus Pneumococus
“principio de transformação”.
 1944- Avery e cols.
“Baseado nas propriedades físico-químicas a substância indutora parece ser uma forma de
DNA altamente polimerizada e viscosa”.
 Polissacarídeo capsular do tipo III, cuja síntese é promovida pelo “principio transformant
consiste de um polissacarídeo não nitrogenado (material genético vs. produtos de expressão)
 1947-Erwin Chargaff
1952- Hershey e Chase
Se nos estamos certos, e ele estava,
“Os ácidos nucléicos não são estruturalmente importantes,
apenas mas se uma substância funcionalmente ativa na determinação
das atividades bioquímicas e características específicas da célula,
o que permitirá conhecendo esta substância induzir mudanças
previsíveis e herdáveis na célula “.
 1952 Rosalind Franklin
Difração de raios X, mostrou um padrão de periodicidade e largura uniforme do DNA

1953 – Watson e Crick
-Difração de raios X mostrou que o DNA possui uma forma de hélice regular, fazendo uma
volta completa cada 34 Å, com um diâmetro de aprox. 20 Å e desde que a distância entre
dois nucleotídeos adjacentes é de 3.4 Å a cada volta deve de existir 10 nt.
- A densidade do DNA indica que a dupla hélice contem duas cadeias polipeptídicas e
o diâmetro constante da hélice pode ser mantido se o pareamento é realizado sempre entre
uma purina e uma pirimidina.
- A proporção de G e sempre igual a de C e a de A a de T. por tal motivo a composição
de qualquer DNA pode ser dada pela % de G+C a que varia entre 26-74 % entre diferentes espécies.
1953 – Watson e Crick
Propuseram a estrutura do DNA como dupla hélice.
A estrutura proposta a partir de estudos de cristalografia de raios-X realizados por Franklin.
Ganharam o prêmio Nobel de fisiologia em 1962.
 Os componentes do DNA
Ácidos nucléicos
Polímeros lineares de nucleotídeos unidos por ligações fosfodiester
DNA vs. RNA
Pentoses
HOH2C
5´
O
OH
1´
4´
H H
3´
OH
H H
H
Deoxiribose
2´
HOH2C
5´
O
OH
1´
4´
H H
H H
3´
OH
Ribose
OH
2´
Bases nitrogenadas
H
H
H
N
Purinas
H
N
N
H
N
H
N
N
N
O
H
Guanina
H
Adenina
H
H
O
O
N
H3C
H
Pirimidinas
H
N
H
H
N
N
N
H
N
N
N
H
H
O
H
Citosina
H
N
H
Timina
O
H
N
H
Uracila
O
Nucleotídeos
H
H
-O



O
O
O
P
O P
O-
O-
P
O-
O
Fosfato
N
N
H
N
N
NH2
O
CH
O
2
H H
O
H
H H
H
Deoxiribose
Adenina
Os nucleotídeos podem agir como transportadores de energia de curta vida, o principal e
o ATP
O
-O
P
O
O
O
P
Adenina
O
O
O
Fosfato
P
O
O
CH
Base
nitrogenada
O
2
H H
OH
H H
H
Deoxiribose
1’
Guanina
O
-O
P
O
O
O
P
O
O
O
Fosfato
P
O
O
CH
Base
nitrogenada
O
2
H H
OH
H H
H
Deoxiribose
1’
O
-O
P
O
O
O
P
Timina
O
O
O
Fosfato
P
O
O
CH
Base
nitrogenada
O
2
H H
OH
H H
H
Deoxiribose
1’
Citosina
O
-O
P
O
O
O
P
O
O
O
Fosfato
P
O
O
CH
Base
nitrogenada
O
2
H H
OH
H H
H
Deoxiribose
Pareamento de Bases
A=T
GC
Bases são complementares.
Pontes de hidrogênio são formadas entre as bases:
A = T  2 pontes de hidrogênio
G  C  3 pontes de hidrogênio
G  C É MAIS ESTÁVEL
Pareamento de nucleotídeos
OH
H
Guanina
N
N
O
N
Pontes de hidrogênio
N
H
H
N
Citosina
OH
H
H2C
O
H
N
N
O H
O
N
H
H
CH2
Pareamento de nucleotídeos
OH
H
N
N
O
H
N
N
H
O
H
O H
H2 C
N
Pontes de hidrogênio
O
Timina
OH
H
N
N
H3 C
Adenina
CH2
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
P
O
OH
O
O
3´
P
O
5´
O
H2C
O
O
H2C
O
P
H2 C
O
P
O
O
H2 C
H2C
P
O
O
5´
Complementar
O
O
P
O
O
Invertido e
3´
H2C
O
OH
Pareamento de fitas de DNA
Bases nitrogenadas
Molécula
de DNA
Pentose
Grupo fosfato
P
Citosina
Guanina
Timina
Adenina
 Volta completa cada 34 Å, com um diâmetro de aprox. 20 Å e desde que a distância entre dois
nucleotídeos adjacentes é de 3.4 Å a cada volta deve de existir 10 nt.
 A proporção de G e sempre igual a de C e a de A a de T.
 A especificidade no pareamento das bases é crucial, o movimento dos átomos de hidrogênio permitem
que cada base exista de forma tautomerica, onde os grupos amino (NH2) e cetos (C=O) estão opostos
aos grupos iminos (NH) e henol (COH) -
* Este modelo requer que as cadeias
corram em direções opostas “antiparalelas”,
onde os açúcares e grupos fosfatos
encontram-se voltados para fora conferindo
carga negativa ao DNA.
O DNA se replica em forma semiconservativa
 Principal requerimento: a informação se deve reproduzir exatamente
1958 - Meselsom-Stahl
“Reprodução é semiconservativa”
Os pares de bases estão perpendiculares à coluna açúcar-fosfato e contribuem à
estabilidade termodinâmica da dupla hélice de duas formas:
a- pela união de pontes de hidrogênio ( interações “ Watson-Crick” ou “canônicas” )
b- pelo pareamento hidrofóbico das bases ( interações “stacking” ou “ empilhamento”).
Interações eletrostáticas: fosfatos que desestabilizam interações inter-intracadeias e que
são neutralizadas pelos íons Na+
 O DNA dupla hélice tem estruturas alternativas
As diferentes estruturas da dupla hélice é determinada pelos seguintes parâmetros:
N = número de nt. por volta.
H = distância entre unidades repetidas.
A variação nestes parâmetros leva a mudanças no grão de rotação.
Assim na forma B, cada par de base gira 36 graus em volta do eixo, portanto cada 10bp acontece um
giro completo, com uma região estreita de 12 Å “sulco menor” e uma ampla de 22 Å “sulco maior” e a
torção das duas fitas entre si formam uma dupla hélice.
híbridos RNA-DNA
açúcar e a base do mesmo
Moléculas com tamanhos e seqüências idênticas, mas  na sua topologia se
chamam de topoisomeros
 O DNA pode ser desnaturado e renaturaado
O processo de separação das fitas de DNA (desnaturação) acontece sob condições fisiológicas onde a
especificidade do processo é dada pela complementariedade das bases.
 Aumento de temperatura,
 Titulação com Ácidos (protonizam os aneis nitrogenados A,C e G)

“
“ Alcalis (deprotonizam os anéis de G e T)
 Agentes denaturantes ex. formamida e DMSO.
•Geram grupos carregados no interior da dupla hélice, mudanças nas propriedades físico- químicas
ex. densidade
Efeito hipocrômico: dimnuição da A260nm ,interação entre
as bases (DNA dupla hélice).
A260nm (dsDNA)< A260nm (nt livres)
Efeito hipercrômico: aumento da A260nm ,desnaturação
da duupla hélice.
A260nm (dsDNA) ~ A260nm (nt livres)
Temperatura de denaturação (Tm ): temperatura na qual os 50% do DNA se encontra
denaturado se chama de Tm
* Tm depende da composição das bases G-C incrementando 0.4º por 1% incremento de G-C
Ex. DNA com um 40% de G-C Tm=87 ºC
•Incremento de 16,6 ºC por cada 10 x na conc. de cátion monovalente.
Tm (Cº) = 69,3 + 0.41(GC%).
•sob condições fisiológicas a dupla hélice é muito estavel pelo que a desnaturação requer
a participação de enzimas específicas helicases e proteínas estabilizadoras as SSBs.
* Em presença de agentes como formamida Tm se reduz para 40º ( desestabiliza as pontes

1.
2.
A denaturação é reversível sob condições apropriadas, renaturação, dois passos:
Se encontram regiões complementares;
Pareamento se estende a toda a região “zipper”,
restaurando-se as propriedades perdidas
Hibridização
a)
b)
hibridização líqüida;
em filtros,
Classes of Nucleic Acids
• DNA - one type, one purpose
• RNA - 3 (or 4) types, 3 (or 4)
purposes
• ribosomal RNA - the basis of structure and
function of ribosomes
• messenger RNA - carries the message
• transfer RNA - carries the amino acids
Principais tipos de RNA
5’
tRNA
5´
mRNA
3’
Aminoácid
o 3´
rRNA
Anticódon
RNA synthesis
Transcription units
• The region of DNA
which is
transcribed into
RNA by RNA
Polymerase
• From Promoter at
the 5’ end
• To the Terminator
at the 3’ end