Ácidos Nucleicos

1. Apresentação

Os vírus são formados apenas por um "envelope" de proteínas contendo uma molécula de ácido nucléico (DNA ou RNA) em seu interior.

Quando um vírus bacteriófago ataca uma bactéria, apenas o seu material genético penetra na célula hospedeira.

O DNA do vírus se incorpora ao cromossomo da bactéria e passa a comandar as atividades dessa célula, que inicia a produção de novos vírus.

A bactéria acaba por arrebentar e liberar esses vírus. Outras células bacterianas serão atacadas, reiniciando o mesmo ciclo.

Ácido Desoxirribonucleico

Multiplicação do DNA viral e síntese de novas capas proteicas

A observação desse evento demonstra que o ácido nucléico do vírus contém todas as informações necessárias para a construção de novos vírus idênticos a ele mesmo. O material genético, portanto, determina a estrutura do vírus e é a sua forma de transmissão de suas características para a nova geração que irá se formar. Essa constatação demonstra o papel do DNA como a base química do material genético.

Nas células eucarióticas, a maior parte do DNA se encontra no núcleo, como constituinte dos cromossomos. Os cromossomos dessas células são formados por DNA associado a proteínas (as histonas). Menor quantidade é encontrada nas mitocôndrias, nos cloroplastos e junto aos centríolos. Células procarióticas, como as bactérias e as cianobactérias, têm cromossomos circulares constituídos exclusivamente por DNA.

2. A Molécula do DNA

O ácido desoxirribonucléico tem as suas moléculas formadas pela união de quatro tipos de nucleotídeos, todos formados por um grupo fosfato, uma molécula de desoxirribose e uma base nitrogenada: adenina, guanina, citosina ou timina. Vamos passar a representar cada um desses nucleotídeos pela inicial de sua base nitrogenada, respectivamente A, G, C e T.

Estudando moléculas de DNA de diferentes origens, o pesquisador Edwin Chargaff encontrou resultados que permitiram a ele estabelecer uma proporção entre os quatro tipos de nucleotídeos.

Veja alguns de seus resultados:

	Adenina	Guanina	Citosina	Timina
Homem	30,4%	19,6%	19,9%	30,1%
Boi	29,0%	21,2%	21,2%	28,6%
Carneiro	29,3 %	20,7 %	20,8 %	29,2 %

Podemos notar, analisando esses valores, que o número de nucleotídeos com adenina é igual ao número de nucleotídeos com timina, e os nucleotídeos com guanina existem na mesma quantidade que os nucleotídeos com citosina.

A = T e C = G

Essas proporções entre os nucleotídeos de DNA são conhecidas como Relações de Chargaff, e foram uma das chaves para a descoberta da estrutura espacial das moléculas de DNA.

Na década de 1940, alguns pesquisadores se dedicavam à tentativa de desvendar a configuração espacial da molécula do DNA. Trabalhando juntos, o americano James D. Watson e o inglês Francis Crick propuseram um modelo para a molécula do DNA. O modelo de Watson e Crick mostra a molécula de DNA como uma escada retorcida (ou "dupla hélice"), formada por dois filamentos paralelos de DNA.

Os corrimãos da escada são formados pela união de fosfatos e pentoses, e os degraus são constituídos por pares de bases emparelhadas (uma de cada filamento). Mantendo as proporções encontradas por Chargaff, Watson e Crick sugeriram que em frente a cada nucleotídeo com adenina deveria haver um nucleotídeo com timina, e em frente a um nucleotídeo com guanina, seria encontrado um nucleotídeo com citosina. Essas bases complementares se mantêm próximas graças ao estabelecimento, entre elas, de pontes de hidrogênio.

Esses pesquisadores concluíram que as duas cadeias paralelas de nucleotídeos permanecem unidas por pontes de hidrogênio que se formam sempre da mesma maneira: adenina com timina, e citosina com guanina.

Por exemplo, imaginemos um filamento de DNA com a seguinte seqüência de nucleotídeos:

A T A C G G A T G A T T C G A

No filamento complementar, a seqüência de nucleotídeos será, obrigatoriamente, essa:

T A T G C C T A C T A A G C T

O dois filamentos que formam essa molécula de DNA poderiam ser representados da seguinte forma:

3. A Duplicação das Moléculas de DNA

Uma importante propriedade das moléculas de DNA é a capacidade de duplicação, o que permite a geração de cópias idênticas de si mesmas. A expressão "autoduplicação" não é totalmente correta, uma vez que sem a presença de enzimas e de matéria-prima, uma molécula de DNA não é capaz de se duplicar.

Durante a duplicação do DNA, chamada replicação, os dois filamentos complementares que formam uma só molécula de DNA se separam por ruptura das pontes de hidrogênio que mantêm unidas as bases complementares. A enzima DNA-polimerase usa cada filamento da molécula de DNA como molde para a montagem de um novo filamento.

Quando os dois filamentos de nucleotídeos se separam, deixam expostas as suas bases nitrogenadas. Outros nucleotídeos de DNA se aproximam dessas bases expostas, estabelecendo com elas pontes de hidrogênio.

Assim sendo, em frente a cada um dos nucleotídeos dos filamentos originais, colocam-se nucleotídeos complementares: em frente a um nucleotídeo com adenina, coloca-se um nucleotídeo com timina, e vice-versa. Em frente a um nucleotídeo com guanina, coloca-se um nucleotídeo com citosina, e vice-versa.

Dessa forma, quando o processo se completa, em frente de cada filamento antigo é montado um filamento novo, com os nucleotídeos recém-chegados.

Observe que as duas moléculas novas são idênticas entre si e à molécula original, que serviu de molde para a formação dessas duas moléculas-filhas. Em cada molécula nova de DNA, apenas um filamento é realmente recém-formado. O outro filamento foi preservado da molécula inicial, e serviu de "forma" para a montagem do filamento novo. Por isso, diz-se que a replicação do DNA é semiconservativa.

O que são

Os Ácidos Nucleicos são as moléculas com a função de armazenamento e expressão da informação genética

Existem basicamente 2 tipos de ácidos nucléicos:

O Ácido Desoxirribonucléico - DNA
O Ácido Ribonucléico - RNA

Os ácidos nucléicos são macromoléculas formadas pela ligação tipo fosfodiéster entre 5 nucleotídeos diferentes, suas unidades fundamentais.

Os Nucleotídeos

São as unidades fundamentais dos ácidos nucléicos

Ligam-se uns aos outros através de ligações fosfodiéster, formando cadeias muito longas com milhões de resíduos de comprimento

Além de participarem da estrutura dos ácidos nucléicos, os nucleotídeos atuam também como componentes na estrutura de coenzimas importantes no metabolismo oxidativo da célula, e como forma de energia química - ATP, por exemplo.

Atuam ainda como ativadores e inibidores importantes em várias vias do metabolismo intermediário da célula

Estrutura dos Nucleotídeos

Os nucleotídeos são moléculas formadas por:

Uma pentose
Uma base nitrogenada
Um ou mais radicais fosfato As Bases Nitrogenadas

Pertencem a 2 famílias e compostos, e são 5 no total:

Bases Púricas, ou Purinas: Adenina e Guanina
Bases Pirimídicas, ou Pirimidinas: Citosina, Timina Uracila

Tanto o DNA como o RNA possuem as mesmas bases púricas, e a citosina como base pirimídica

A timina existe apenas no DNA, e no RNA, é substituída pela uracila - que possui um grupo metil a menos.

Em alguns tipos de DNA virais e no RNA de transferência podem aparecer bases incomuns

As Pentoses

A adição de uma pentose a uma base nitrogenada produz um nucleosídeo
Os nucleosídeos de A, C, G, T e U são denominados, respectivamente,
Adenosina, Citosina, Guanosina, Timidina e Uridina
Se o açúcar em questão é a RIBOSE, temos um ribonucleosídeo, característico do RNA
Se o açúcar é a desoxirribose - 1 hidroxila a menos em C2 - temos um desoxirribonucleosídeo, característico do DNA.
A ligação com a base nitrogenada ocorre sempre através da hidroxila do carbono anomérico da pentose.

O Fosfato

A adição de um ou mais radicais fosfato à pentose, através de ligação tipo éster com a hidroxila do carbono 5 da mesma, dá origem aos Nucleotídeos.
Os grupos fosfato são responsáveis pelas cargas negativas dos nucleotídeos e dos ácidos nucléicos
A adição do segundo ou terceiro grupo fosfato ocorre em seqüência, dando origem aos nucleotídeos di e trifosfatados

O DNA

Está presente no núcleo das células eucarióticas, nas mitocôndrias e nos cloroplastos, e no citosol das células procarióticas

Nas células germinativas e no ovo fertilizado, dirige todo o desenvolvimento do organismo, a partir da informação contida em sua estrutura

É duplicado cada vez que a célula somática se divide

Estrutura do DNA

O DNA é um polidesoxirribonucleotídeo formado por milhares de nucleotídeos ligados entre si através de ligações 3’, 5’-fosfodiéster.

Sua molécula é formada por uma fita dupla antiparalela, enrolada sobre si mesma formando uma dupla hélice

A Ligação Fosfodiéster

Ocorre entre o fosfato do carbono 5 da pentose de um nucleotídeo e a hidroxila do carbono 3 da pentose do nucleotídeo seguinte.

A cadeia resultante é bastante polar, e possui:

Uma extremidade 5’ --> Fosfato de carbono 5 da pentose livre
Uma extremidade 3’ --> Hidroxila de carbono 3 da pentose livre

Por convenção, as bases de uma seqüência são sempre descritas da extremidade 5’ para a extremidade 3’

As ligações fosfodiéster podem ser quebradas enzimaticamente por enzimas chamadas NUCLEASES, que se dividem em:

Endonucleases: Quebram ligações no meio da molécula
Exonucleases: Quebram ligações nas extremidades da molécula

A Dupla Hélice

Na dupla hélice do DNA, descrita pela primeira vez por Watson e Crick, as cadeias da molécula se dobram em torno de um eixo comum e de modo antiparalelo - a extremidade 5’ de uma cadeia é pareado com a extremidade 3’ da outra cadeia.

No tipo mais comum de hélice - "B" - o esqueleto hidrofílico de fosfatos e pentoses fica na parte externa, enquanto que as bases hidrofóbicas, fixadas à este esqueleto, ficam no lado de dentro da estrutura.

A estrutura lembra uma "escada em caracol"

Há um PAREAMENTO DE BASES entre as fitas da molécula do DNA.

Assim, temos sempre pareadas:

Adenina com Timina: A-T
Citosina com Guanina: C-G

As bases se mantém pareadas por pontes de hidrogênio, 2 entre "A" e "T" e 3 entre "C" e "G".

As fitas do DNA podem ser separadas sob certas condições experimentais, sem rompimento das ligações fosfodiéster, e a dupla hélice pode ser desnaturada em um processo controlado e dependente de temperatura.

Existem 3 formas estruturais de DNA:

A forma "B": Descrita por Watson e Crick em 1953 e já citada acima, é a forma mais comum; a hélice é voltada para a direita e com 10 resíduos por volta, com planos de bases perpendiculares ao eixo helical
A forma "A": Obtida pela desidratação moderada da forma "B", também é voltada para a direita, mas possui 11 resíduos por volta e as bases estão em um ângulo de 20 graus em relação ao eixo helical
A forma "Z": A hélice nesta forma é voltada para a esquerda e contém cerca de 12 resíduos por volta

A transição entre as formas de DNA pode desempenhar um papel importante na regulação da expressão genética.

O RNA

Atua como uma espécie de "cópia de trabalho", criada a partir do molde de DNA e utilizada na expressão da informação genética. A síntese de uma molécula de RNA a partir de um molde de DNA chama-se "TRANSCRIÇÃO"

Nesta transcrição, modificações podem ocorrer sobre a molécula de RNA transcrita, convertendo-a de uma cópia fiel em uma cópia funcional do DNA.

Estrutura do RNA

Em relação ao DNA, 4 diferenças são importantes: O RNA possui uracila no lugar da timina na seqüência de bases.

A pentose do RNA é a ribose

O RNA é formado por uma fita única, com eventual pareamento de bases intracadeia. A molécula do RNA é muito menor que a do DNA.

Existem 3 tipos de RNA, cada um com características estruturais e funcionais próprias:

RNA Ribossômico

Ou RNAr; É encontrado, em associação com várias proteínas diferentes, na estrutura dos ribossomos, as organelas responsáveis pela síntese protéica.

Corresponde a até 80% do total de RNA da célula

RNA de Transferência

Ou RNA Transportador, ou ainda RNAt
É a menor molécula dos 3 tipos de RNA; Está ligado de forma específica a cada um dos 20 aminoácidos encontrados nas proteínas
Corresponde a 15% do RNA total da célula
Fazem extenso pareamento de bases intracadeia, e atua no posicionamento dos aminoácidos na seqüência prevista pelo código genético, no momento da síntese protéica

RNA Mensageiro

Corresponde a apenas 5% do total de RNA da célula
Atua transportando a informação genética do núcleo da célula eucariótica ao citosol, onde ocorrerá a biossíntese protéica
É utilizado como molde nesta biossíntese.

Organização do Material Genético Eucariótico

O DNA total de uma célula mede em média 1 metro de comprimento!!
Para que volume tão grande de material genético caiba dentro do núcleo da célula, o DNA interage com um grande número de proteínas
Estas proteínas exercem funções importantes na organização e mobilização deste material genético

As Histonas

As histonas são pequenas proteínas básicas, ricas em lisina e arginina, e carregadas positivamente em pH fisiológico, às quais se associa a molécula do DNA.
Suas cargas positivas, em associação com o cátion Mg++, facilitam esta ligação com o esqueleto negativo do DNA e estabilizam o conjunto.

Existem 5 classes de histonas: h6, H2, H2B, h2 e h2.

Os Nucleossomos

São considerados as unidades estruturais dos cromossomos.

São formados por 8 moléculas de histonas: 2 H2, 2 H2B, 2 h2 e 2 h2, formando um octâmero regular sobre o qual se enrola a fita dupla do DNA, a quase 2 voltas por nucleossomo

Os nucleossomos são ligados entre si por segmentos de DNA "ligante" de aproximadamente 50 nucleotídeos de comprimento, formando os polinucleossomos, ou nucleofilamentos.

Após vários níveis de organização espacial, ancorados por vários tipos de proteínas, chegamos à estrutura final dos cromossomos.

A histona h6 não participa da estrutura dos nucleossomos, mas sim liga-se ao DNA "ligante" e participa do processo de compactação das estruturas

Fonte: biomania.com

Ácidos Nucleicos

Os ácidos nucléicos são as maiores moléculas encontradas no mundo vivo. São responsáveis pelo controle dos processos vitais básicos em todos os seres.

Foram descobertos em 1865, pelo bioquímico Frederich Miescher, no núcleo dos glóbulos brancos do pus e no núcleo de espermatozóides. Acreditando que estas substâncias fossem encontradas apenas no núcleo das células, denominou-as de “ácidos nucléicos”. Atualmente sabe-se que os ácidos nucléicos também são encontrados nos cloroplastos e nas mitocôndrias.

1. Conceito

São macromoléculas constituídas por unidades denominadas “Nucleotídeos”. Ou seja, são polímeros de Nucleotídeos, ou ainda, são polinucleotídeos.

2. Função dos Ácidos Nucléicos

Coordenar a síntese das enzimas (e demais proteínas) determinando assim as características dos indivíduos, como: cor dos olhos, cor da pele, estatura, tendências de comportamento, doenças hereditárias (diabetes, hemofilia, daltonismo), etc. Dessa forma controla o metabolismo, a reprodução e constituem o material genético ou hereditário de todos os seres vivos.

3. Os Nucleotídeos

São as unidades constituintes dos ácidos nucléicos. Ou seja, são os monômeros dos ácidos nucléicos.

3.1 Estrutura do Nucleotídeo

Basicamente, um nucleotídeo é constituído por três partes:

Uma base nitrogenada
Uma pentose
Um grupo fosfato

A ) As Bases Nitrogenadas: São compostos orgânicos nitrogenados de cadeia fechada.

Ocorrem dois tipos: Púricas e Pirimídicas.

As Bases Púricas: apresentam dois anéis. São elas: adenina e guanina.
As bases pirimídicas: apresentam um só anel. São elas: adenina, timina e uracila ou uracil.

Representação das bases nitrogenadas

Na formação dos ácidos nucléicos as bases púricas se combinam com as bases pirimídicas da seguinte forma:

No DNA

Puricas	Primídicas
Adenina (A)	Timina (T)
Guanina (G)	Citosina (C)

No RNA

Puricas	Primídicas
Adenina (A)	Timina (T)
Guanina (G)	Citosina (C)

As bases nitrogenadas dão nome aos nucleotídeos e ligam as duas fitas do DNA.

Purines

Pyrimidines

b) As pentoses: São monossacarídeos (oses) de cinco carbonos na cadeia. Têm a função de dar sustentação a molécula.

São elas:

Ribose  no RNA
Desoxirribose  no DNA

c) O Grupo Fosfato (PO4)

É derivado do ácido fosfórico (h2PO4) - é comum tanto ao DNA como ao RNA.

Tem a função de ligar os nucleotídeos de uma mesma fita.

I - O DNA (Ácido Desoxirribonucléico)

É um polinucleotídeo de fita dupla, associado às proteínas (histonas). Ou seja, é uma nucleoproteína.

Características do DNA

Apresenta-se como fita dupla, formando uma dupla hélice (modelo de Watson e Crick, 1972).
Apresenta a pentose (ose) Desoxirribose com exclusividade
Apresentam a base nitrogenada “Timina” com exclusividade

Promove a Duplicação ou Replicação:

Sintetiza cópias idênticas de si mesmo

Promove a transcrição: Sintetiza moléculas de RNAm (mensageiro)

O DNA é encontrado em maior quantidade no núcleo (na cromatina) que no citoplasma (nas mitocôndrias e cloroplastos).

2. A Duplicação ou Replicação

É o processo através do qual uma molécula de DNA dá origem a uma outra molécula, idêntica a molécula mãe. A duplicação é semiconservativa, ou seja, cada molécula de ADN formada conserva uma das fitas da molécula-mãe.

2.1 Etapas da Duplicação

Em presença da enzima helicase e DNApolimerase, ocorre o afastamento das duas fitas do DNA
Nucleotídeos com desoxirribose (desoxirribonucleotídeos), livres no núcleo, encaixam-se nas fitas separadas
Ao final do processo, estão formadas duas moléculas de DNA, cada uma contendo uma das fitas das moléculas – mãe.

3. A Transcrição

Consiste na síntese de uma molécula de RNAm (mensageiro) pelo DNA. Esta molécula contém uma mensagem contida nos “códons” (trincas de bases), para a síntese de uma proteína específica. A transcrição ocorre no núcleo.

Etapas da transcrição:

a) Em presença da enzima RNA-polimerase, ocorre o afastamento de parte de uma das fitas do DNA, denominada “fita molde” ou “fita ativa”
b) Nucleotídeos contendo ribose (ribonucleotídeos) livres no núcleo, encaixam-se no segmento de fita ativa que encontra-se afastado no DNA
c) Formado o filamento de RNAm, este separase do DNA e migra para o citoplasma, através dos poros da carioteca (anulli)
d) A enzima DNA-ligase, reconstitue o DNA

O RNA OU ARN

CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DO RNA

a) É sintetizado pelo DNA
b) É constituído por fita única de nucleotídeos.
c) Apresenta a Pentose
d) É encontrado em maior quantidade no citoplasma

LEMBRANDO: No RNA não ocorre à base timina. No seu lugar é encontrada a base uracila ou uracila combinando-se com adenina.

TIPOS DE RNA

RNA m (mensageiro)
RNA r (ribossomal)
RNA t (transportador)

1) RNA m (mensageiro)

É sintetizado pelo DNA
Apresenta fita de comprimento intermediário
É o que se apresenta em menor quantidade
Conduz a mensagem do núcleo para o citoplasma, através de grupos de três nucleotídeos (trincas de bases)

Obs. Cada molécula de RNAm corresponde a cópia de um gen ou gene do DNA.

2) RNA r (ribossomal)

É o de cadeia mais longa
É o mais abundante nas células
Origina-se na “zona sat” ou satélite dos cromossomos, constituindo os nucléolos
Migram para o citoplasma, associam-se a proteínas e formam os ribossomos.

Obs.: Os ribossomos são, portanto, grânulos de ribonucleoproteínas.

3) RNA t (transportador)

Tem forma de folha de trevo
É o menor deles
Transporta os aminoácidos até o RNAm
Apresenta-se dobrado sobre si mesmo.

A Tradução

Ocorre no citoplasma celular e consiste na decodificação da mensagem contida nos códons do RNAm através da ação do RNAt e dos ribossomos, culminando assim na síntese de uma proteína específica.

Etapas da Tradução

Os ribossomos percorrem o filamento do RNAm cobrindo dois códons por vez
Um RNAt conduzindo um aminoácido específico, se aproxima de um ribossomo combinando o seu anticódon com o códon correspondente do RNAm coberto pelo ribossomo
O RNAt deixa ali o aminoácido e um outro repete o mesmo processo no próximo códon
Formam-se ligações peptídicas entre os aminoácidos
Quando cada ribossomo chega ao final do RNAm está formada uma proteína específica.
O conjunto de vários ribossomos associados a um filamento de RNAm recebe o nome de “polissomo”.

Código Protéico

É um código universal onde cada trinca de bases (códon) reconhece apenas um aminoácido. Mas, como existem na natureza apenas 20 aminoácidos para a formação das proteínas e 64 combinações possíveis de códons (43), há de concluir-se que, alguns aminoácidos são codificados por mais de um códon, no entanto cada códon reconhece apenas um aminoácido. Alguns códons determinam a parada da síntese protéica enquanto outros determinam iniciação da síntese.

Fonte: www.serdigital.com.br

Ácidos Nucleicos

Os ácidos nucléicos, como o nome diz, são moléculas ácidas presentes no núcleo das células.

Essa definição é verdadeira para um tipo de ácido nucléico: o DNA (abreviação de ácido desoxiribonucléico). O outro tipo, o RNA (abreviação de ácido ribonucléico), apesar de sintetizado e processado no núcleo, pode ser encontrado tanto no núcleo como no citoplasma das células, onde exerce sua função.

Os ácidos nucléicos são polímeros formados a partir de nucleotídeos, como se fosse um colar de pérolas, onde as pérolas são os nucleotídeos e o cordão é a ligação fosfodiéster entre eles.

Assim como as pérolas, os nucleotídeos são muito parecidos, porém não são exatamente iguais: todo nucleotídeo é formado por um açúcar, um grupamento fosfato e uma base nitrogenada, mas as bases nitrogenadas são diferentes entre os nucleotídeos, assim como o açúcar também varia se for DNA (desoxirribose) ou RNA (ribose).

Esquema geral de um nucleotídeo

As bases nitrogenadas que formam os nucleotídeos dos ácidos nucléicos são adenina (A), timina (T), citosina (C), guanina (G) e uracila (U). Devido a suas conformações, essas bases conseguem se ligar umas as outras por pontes de hidrogênio, como se enrrolassemos dois colares de pérolas ao mesmo tempo, formando uma estrutura denominada dupla fita ou dupla hélice. Nas nossas células, é comum encontrarmos o DNA na forma de dupla fita, enquanto encontramos o RNA na forma de fita simples. Essa ligação é um processo bem específico, sendo que T só pareia com A, C só pareia com G, G só pareia com C, U só pareia com A, e A pareia com T ou U.

Esquema geral de uma molécula de DNA. Em (a) podemos observar uma das fitas do DNA em azul e a outra em vermelho, unidas pelo pareamento entre as bases nitrogenadas, representadas pela cor amarela. Em (b) podemos observar mais detalhadamente o pareamento entre as bases nitrogenadas nos nucleotídeos. (Adaptado de Lodish et al, 2005)

Agora que sabemos o que são os ácidos nucléicos e do que são formados, para que eles servem mesmo?

Essas moléculas são a chave da nossa existência e nosso funcionamento: são elas que coordenam o que ocorre nas células e em todo o organismo, e são responsáveis, por exemplo, por sua altura, sua cor dos olhos e sua predisposição a doenças, como câncer ou Alzheimer.

Isso ocorre porque o DNA funciona como um livro de receita de como construir e manter um organismo. Nele está codificado como sintetizar todas as nossas proteínas, bem como as enzimas, que coordenam nosso metabolismo e todas as funções celulares. Mas o DNA apenas possui a informação de como fazer as proteínas, mas são os ribossomos no citoplasma e retículo endoplasmático que funcionam como verdadeiros cozinheiros, sintetizando-as. A ponte entre o que está escrito no DNA e como isso vai virar proteína nos ribossomos é feito pelo RNA, que faz uma cópia do DNA (como se fosse um xerox) e serve como molde para os cozinheiros. Toda essa dinâmica é realizada para que o livro de receitas original nunca se perca e esteja a disposição sempre que for necessário fazer uma cópia nova.

É interessante salientar que os ácidos nucléicos estão presentes em todas as formas de vida que conhecemos, desde de vírus, bactérias, fungos, até plantas e animais e são essenciais para a sobrevivência em todos eles.

Referênciais Bibliográficas

Lodish H. et al, 2005. Biologia Celular e Molecular. 5 ed. Artmed: Porto Alegre, 2005.

Fonte: www.qieducacao.com

Ácidos Nucleicos

Durante a evolução da célula formou-se uma molécula, que hoje se sabe ser o ácido desoxirribonucléico (DNA ou ADN):molécula longa, formada pela junção de um grande número de nucleotídeos, e que contém a informação genética codificada. São macromoléculas definidas como sendo  polinucleotídeos ligados em cadeia. Enquanto os monômeros das proteínas  são os aminoácidos, os nucleotídeos são os monômeros dos ácidos nucléicos.    

Os ácidos nucléicos recebem esse nome porque pensava-se que eles fossem encontrados apenas no núcleo da célula. Hoje, sabe-se que eles se encontram tanto no núcleo como no citoplasma das células. São considerados as "moléculas mestras" por controlarem a atividade celular nos seres vivos. São responsáveis pela transferência de informações genéticas e por direcionar a síntese de proteínas. Normalmente, os ácidos nucléicos se associam a proteínas, das quais constituem grupos protéticos. Tais proteínas são chamadas  nucleoproteínas.

Existem dois tipos de ácidos nucléicos: 

Ácido desoxirribonucléico (ADN ou DNA) 
Ácido ribonucléico (ARN ou RNA)

  Os nucleotídeos são as unidades formadoras dos ácidos nucléicos.

Cada nucleotídeo é formado por:

Uma molécula de ácido fosfórico 
Uma molécula de pentose 
Uma base nitrogenada

O ácido fosfórico se liga à pentose que, por sua vez liga-se à base nitrogenada. O ácido fosfórico é sempre o mesmo para qualquer nucleotídeo, tanto do DNA como do RNA.

A pentose nos ácidos nucléicos pode ser a ribose ou a desoxirribose. No RNA, a pentose é sempre a ribose, e no DNA, a desoxirribose.

 A base nitrogenada pode ser púrica ou pirimídica.

As bases nitrogenadas púricas são formadas por um anel de carbono e outro de nitrogênio.

São em número de duas: adenina e guanina e ocorrem tanto no DNA como no RNA.

As bases nitrogenadas pirimídicas são formadas por um único anel de carbono e nitrogênio.

São em número de três: citosina, timina e uracila. A base nitrogenada uracila só ocorre no RNA, e a base nitrogenada timina só ocorre no DNA.

Quando um composto é formado por uma pentose unida a uma base nitrogenada, recebe o nome de nucleosídeo.

Um nucleosídeo de grande importância é a adenosina, formada por uma ribose unida à  base nitrogenada adenina. A partir do momento em que três grupos fosfato se unem à adenosina, tem-se a formação de um nucleotídeo de grande interesse biológico, o ATP (trifosfato de adenosina). As ligações entre os grupos fosfatos são altamente energéticas, liberando grande quantidade de energia para a célula quando quebradas. Quando uma dessas ligações é rompida, uma grande quantidade de energia é liberada juntamente com um grupo fosfato e o ATP se transforma em ADP (difosfato de adenosina). A energia desprendida nessa transformação pode ser utilizada pela célula para as mais variadas atividades. Para garantir  um perfeito mecanismo de obtenção e armazenamento de energia, moléculas de ADP podem se converter em moléculas de ATP por um mecanismo conhecido como fosforilação. Havendo energia disponível, o ADP se liga a um grupo fosfato cedido pela célula, formando o ATP.  O ATP, por sua vez, pode ceder energia para a célula, retornando a ADP+P.

 Os ácidos nucléicos são polinucleotídeos, isto é, são formados pela união de vários nucleotídeos. A pentose  de um nucleotídeo se liga ao ácido fosfórico de  outro e assim por diante na formação do ácido nucléico

O DNA constitui uma espécie de código que determina o que uma célula tem. Além disso, o DNA é capaz de produzir uma cópia de si mesmo.

Antes de entra no estudo do DNA propriamente dito, faz-se necessária a compreensão de alguns conceitos sobre relação entre cromossomos e DNA.

Os cromossomos contêm os genes que por sua vez são formados por DNA (ácido desoxirribonucléico). Estes genes permitem a transmissão das informações genéticas de geração a geração.

O material responsável pelo comando e coordenação de toda a atividade celular e pelas divisões celulares e transmissões das características hereditárias está representado nas células pelos cromossomos.

Nas células procarióticas, o cromossomo é uma única molécula de um ácido nucléico, denominado ácido desoxirribonucléico, o DNA.

Nas células eucarióticas, o cromossomo é formado por DNA associado a moléculas de histona, que são proteínas básicas. É na molécula de DNA que estão contidos os genes, responsáveis pelo comando da atividade celular e pelas características hereditárias. Cada molécula de DNA contém vários genes dispostos linearmente ao longo da molécula. Cada gene, quando em atividade, é transcrito em moléculas de outros ácidos nucléicos denominados ribonucléicos, que comandarão a síntese de proteínas.

Nas células procarióticas, os cromossomos encontram-se imersos no próprio citoplasma formando uma estrutura denominada nucleóide. Nas células eucarióticas os cromossomos encontram-se separados dos citoplasma pela membrana nuclear ou carioteca, em uma estrutura denominada núcleo. A presença de carioteca é uma característica típica das células eucarióticas, que as distingue das procarióticas. Além disso, as células procarióticas não apresentam organelas membranosas, como ocorre com as eucarióticas.

Estrutura

A molécula de DNA é constituída por uma seqüência de nucleotídeos,que por sua vez é formado por três diferentes tipos de moléculas:   

Um açúcar (pentose)      
Um grupo fosfato     
Uma base nitrogenada

Nucleotídeo

Segundo Watson e Crick,  a molécula de DNA seria formada por duas cadeias nucleotídicas dispostas em uma forma helicoidal. Assim, a molécula de DNA apresenta um estrutura em dupla hélice. Os ácidos fosfóricos e  as desoxirriboses da cadeia nucleotídica dispõem-se de maneira a constituir o eixo da hélice, enquanto as bases nitrogenadas se dispõem perpendicularmente ao eixo longitudinal da estrutura e voltadas para o interior dela. Essa organização helicoidal é mantida por pontes de hidrogênio ou ligações de hidrogênio que se estabelecem entre as bases nitrogenadas das duas cadeias.

Existem pares de bases nitrogenadas que são, particularmente, adequadas à formação de ligações de hidrogênio:  adenina e timina formam entre si duas ligações de hidrogênio, enquanto que guanina e citosina formam três. As duas cadeias nucleotídicas que constituem a dupla hélice do DNA são ditas complementares, isto é, quando em uma cadeia aparece uma adenina, na mesma posição da outra cadeia existe uma timina e vice versa; quando em uma cadeia aparece a guanina, na outra deve existir um citosina e vice versa. Não existe uracila no DNA.

A ligação entre a base nitrogenada e a pentose

Esta ligação é feita covalentemente através de uma ligação N-glicosídica com a hidroxila ligada ao carbono-1 da pentose.

A ligação entre o grupo fosfato e a pentose

Esta ligação é feita através de uma ligação fosfoéster com a hidroxila ligada ao carbono-5 da pentose.

Para a formação da molécula de DNA é necessário que ocorra a ligação entre os nucleotídeos.

Os nucleotídeos estão ligados covalentemente por ligações fosfodiéster formando entre si pontes de fosfato.

O grupo hidroxila do carbono-3 da pentose do primeiro nucleotídeo se liga ao grupo fosfato ligado a hidroxila do carbono-5 da pentose do segundo nucleotídeo através de uma ligação fosfodiéster.

Devido a esta formação a cadeia de DNA fica com uma direção determinada, isto é, em uma extremidade temos livre a hidroxila do carbono-5 da primeira pentose e na outra temos livre a hidroxila do carbono-3 da última pentose.

Isto determina que o crescimento do DNA se faça na direção de 5' para 3'.

Sabendo-se como são feitas as ligações entre os nucleotídeos, formando assim a fita de DNA, podemos analisar a estrutura tridimensional do DNA.

James Watson e Francis Crick postularam o modelo tridimensional para a estrutura do DNA baseando-se em estudos de difração de raio-X.

O DNA consiste de duas cadeias helicoidais de DNA, enroladas ao longo de um mesmo eixo, formando uma dupla hélice de sentido rotacional à direita.

Ainda com base nestes estudos, concluiu-se que na dupla hélice as duas fitas de DNA estão em direção opostas, isto significa que são anti-paralelas. O termo anti-paralelas deve-se ao fato de que uma das fitas tem a direção exata da sua síntese (5'---3') enquanto que a outra está invertida (3'----5').

Esta conformação em fitas anti-paralelas levará à necessidade de mecanismos especiais para a replicação do DNA.

Com base na estrutura de dupla hélice do DNA e nas características de hidrofobicidade das moléculas, a estrutura do DNA fica da seguinte forma: 

O grupo fosfato e o açúcar (parte hidrofílica) - estão localizados na parte externa da molécula.     
As bases nitrogenadas (parte hidrofóbica) - estão localizadas na parte interna da molécula. 
A relação espacial entre as duas fitas cria um sulco principal e um sulco secundário.

O pareamento das bases de cada fita se dá de maneira padronizada, sempre uma purina com uma pirimidina, especificamente:adenina com timina e citosina com guanina.

A proximidade destas bases possibilita a formação de pontes de hidrogênio, sendo que adenina forma duas pontes de hidrogênio com a timina e a citosina forma três pontes com a guanina.

A dupla hélice é mantida unida por duas forças:  

Por pontes de hidrogênio formadas pelas bases complementares   
Por interações hidrofóbicas, que forçam as bases a se "esconderem" dentro da dupla hélice.   
Estudos recentes mostram que existem duas formas de DNA com a hélice girando para a direita, chamadas A-DNA e B-DNA, e uma forma que gira para a esquerda chamada Z-DNA. A diferença entre as duas formas que giram para a direita está na distância necessária para fazer uma volta completa da hélice e no ângulo que as bases fazem com o eixo da hélice.

B-DNA: Tem a dupla hélice mais longa e mais fina. Para completar uma volta na hélice são necessários 10 pares de bases.    

A-DNA: Tem a forma mais curta e mais grossa. Para completar uma volta na hélice são necessários 11 pares de bases.  

Em solução, geralmente o DNA assume a conformação B. Quando há pouca água disponível para interagir com a dupla hélice, o DNA assume a conformação A-DNA.

Existe uma terceira forma de DNA que difere das duas anteriores, pois seu sentido de rotação é para a esquerda, este tipo de DNA é chamado de Z-DNA. Esta conformação é mais alongada e mais fina do que o B-DNA. Para completar uma volta na hélice são necessários 12 pares de bases. O DNA, em solução com altas concentrações de cátions, assume a conformação Z-DNA.

Em eucariotes o DNA tende a assumir a conformação Z-DNA devido a metilação do DNA.

Propriedades físicas e químicas do DNA

Soluções de DNA, em pH = 7,0 e temperatura ambiente, são altamente viscosas;     
A altas temperaturas ou pH extremos o DNA sofre desnaturação, isto porque ocorre ruptura das pontes de hidrogênio entre os pares de bases. Esta desnaturação faz com que diminua a viscosidade da solução de DNA;   
Durante a desnaturação nenhuma ligação covalente é desfeita, ficando portanto as duas fitas de DNA separadas;       
Quando o pH e a temperatura voltam ao normal, as duas fitas de DNA espontaneamente se enrolam formando novamente o DNA dupla fita.

Este processo envolve duas etapas:

A primeira é mais lenta pois envolve o encontro casual das fitas complementares de DNA, formando um curto segmento de dupla hélice.      

A segunda etapa é mais rápida e envolve a formação das pontes de hidrogênio entre as bases complementares reconstruindo a conformação tridimensional. 

O RNA (ácido ribonucléico) tem a sua molécula formada por  uma única cadeia de nucleotídeos (fita simples), portanto o número de bases púricas é, em geral, diferente do número de bases pirimídicas. Não existe timina na molécula de RNA.

Existem três tipos de RNA relacionados diretamente com o processo de síntese de proteínas: 

RNA mensageiro 
RNA transportador 
RNA ribossômico

Duplicação do DNA

Replicação do DNA é o processo de auto-duplicação do material genético mantendo assim o padrão de herança ao longo das gerações.

Duas teorias tentaram explicar a replicação do DNA:

Teoria conservativa: Cada fita do DNA sofre duplicação e as fitas formadas sofrem pareamento resultando num novo DNA dupla fita, sem a participação das fitas "parentais" (fita nova com fita nova formam uma dupla hélice e fita velha com fita velha formam a outra dupla fita).

Teoria semi-conservativa: a autoduplicação inicia-se com o rompimento das ligações de hidrogênio que unem as bases nitrogenadas. As duas fitas começam a se afastar e nucleotídeos de DNA livres, que já se encontram no interior da célula, se encaixam nas duas fitas que se afastaram. Esse encaixe só é possível a partir do critério de complementação de bases nitrogenadas e pela ação catalítica de uma enzima denominada DNA-polimerase. Pelo critério de complementação de bases nitrogenadas, adenina se liga à timina (e vice versa), assim como citosina se liga à guanina (e vice-versa). O resultado desse processo é a formação de duas novas moléculas de DNA idênticas entre si e à molécula mãe. Os dois filamentos da molécula de DNA começam a se separar e novos nucleotídeos do tipo adequado, carregando grupos fosfatos muito ricos em energia, fixam-se nos lugares convenientes. Diz-se que cada filamento de DNA funciona como molde para formação de duas novas moléculas. Os dois filamentos originais do DNA se separam completamente e novos nucleotídeos vão sendo acrescentados. Os novos parceiros das bases púricas e pirimídicas estabelecem as ligações de hidrogênio entre os pares e cada nucleotídeo fica ligado pelo grupo fosfato ao nucleotídeo seguinte. Completa-se, assim, o processo de duplicação do DNA. Cada molécula nova de ácido nucléico é exatamente igual à original. Em cada nova molécula de DNA formada, há um filamento antigo que pertencia à molécula-mãe e um filamento novo formado através do processo de complementação de bases. Diz-se que a molécula de DNA apresenta uma autoduplicação semi-conservativa, já que cada molécula-filha conserva metada da molécula-mãe.

Além da capacidade de duplicação, o DNA também é responsável pela síntese de outro ácido nucléico muito importante para a célula: o ácido ribonucléico ou RNA. Chama-se transcrição o processo de formação de RNA a partir de DNA.

A transcrição inicia-se com o rompimento das ligações de hidrogênio que unem as bases nitrogenadas da molécula de DNA. Assim como na autoduplicação do DNA, a seqüência de bases nitrogenadas condiciona a formação da molécula de RNA. No entanto, na transcrição, apenas uma fita de molécula de DNA funciona como molde de modo que o RNA formado terá uma fita simples diferentemente da molécula de DNA que possui fita dupla.

Mutações Gênicas

Em 1941, os pesquisadores Beadle e Tatum, fazendo experiências com um tipo de bolor de pão, a Neurospora sp, observaram que nem sempre a autoduplicação do DNA ocorria de modo perfeito. O bolor crescia num meio de cultura contendo açúcar e diversos sais inorgânicos. Seus esporos eram submetidos a raios X e alguns deles passavam depois a produzir bolores com novas características. Por exemplo, alguns perdiam a capacidade de fabricar lisina e só conseguiam sobreviver quando aquele aminoácido era acrescentado ao meio de cultura. Essa incapacidade foi relaciona com a falta de uma enzima necessária para a síntese de lisina. Concluíram, então, que os raios X teriam danificado a formação daquele tipo específico de enzima.

Como a produção de uma enzima depende de informação codificada no DNA, a conclusão daqueles pesquisadores ficou conhecida como a relação "um gene - uma enzima". Atualmente, fala-se, com maior precisão, na relação "um gene - uma cadeia polipeptídica".

A modificação genética induzida através dos raios X é conhecida como mutação. As mutações podem resultar de uma alteração na seqüência dos nucleotídeos, ou de quebras e mudanças de posição dos fragmentos da molécula de DNA. Portanto são mutações as alterações numéricas e estruturais dos cromossomos, que persistem através das autoduplicações, transmitindo-se às células-filhas. Existem também erros que ocorrem no RNA, no momento das transcrições ou das traduções, e afetam somente a própria célula.

As mutações são produzidas por agentes mutagênicos, que compreendem principalmente vários tipos de radiação, dentre os quais os raios ultravioleta, os raios X e substâncias que interferem na autoduplicação do DNA ou na transcrição do RNAm, determinando erros nas seqüências dos nucleotídeos.

A lista das substâncias mutagênicas tem aumentado muito nos últimos anos, sendo bastante conhecidos o gás mostarda, o ácido nitroso, a bromouracila, o formaldeído, a nicotina. Vários tipos de câncer podem ser produzidos por alterações ocorridas nos ácido nucléicos; por isso os mesmos agentes mutagênicos podem ser também cancerígenos.

Síntese

O RNA (ácido ribonucléico) é o ácido nucléico formado a partir de um modelo de DNA.

O DNA não é molde direto da síntese de proteínas. Os moldes para síntese de proteínas são moléculas de RNA. Os vários tipos de RNA transcritos do DNA são responsáveis pela síntese de proteínas no citoplasma.

Existem três tipos de RNAs:

 RNA mensageiro: Contêm a informação para a síntese de proteínas. 
Os RNAm representam cerca de 4% do RNA celular total.  
RNA transportador: Transporta aminoácidos para que ocorra a síntese de proteínas.

Os RNAt correspondem a 10% do RNA total da célula, e são denominados de adaptadores.

RNA ribossômico: Componentes da maquinaria de síntese de proteínas presente nos ribossomos.

Os RNAr correspondem a 85 % do RNA total da célula, e são encontrados nos ribossomos (local onde ocorre a síntese protéica).

Todas as formas de RNA são sintetizadas por enzimas (RNA polimerases) que obtêm informações em moldes de DNA.

O RNAr é produzido pelo DNA da região organizadora do nucléolo e, associado a proteínas, vai constituir os nucléolos. Depois passa ao citoplasma para formar os ribossomos.

O RNAm leva para o citoplasma as informações para a síntese das proteínas. Existe um tipo de RNAm para cada tipo de cadeia polipeptídica, que vai constituir uma proteína. O RNAm transporta a informação genética na forma de códons, copiados do DNA; um códon consiste em uma seqüência de três nucleotídeos.

O RNAt move-se do núcleo para o citoplasma, onde se liga a aminoácidos, e deslocando-se até os ribossomos. Apresenta regiões com pareamento de bases, que lhe conferem um aspecto de "trevo de três folhas".

Cada molécula de RNAt apresenta uma extremidade que se liga a diferentes tipos de aminoácidos e uma região com uma seqüência de três nucleotídeos, o anticódon, que pode parear com um dos códons do RNAm.

Biossíntese das proteínas

Os vários tipos de RNA, transcritos do DNA, que vão participar da síntese de proteínas, deslocam-se do núcleo para o citoplasma.

O RNAr, inicialmente armazenado nos nucléolos, passa para o citoplasma e , associado a proteínas, forma os ribossomos, que se prendem às membranas do retículo endoplasmático. Os ribossomos dispõem-se enfileirados, constituindo os polirribossomos ou polissomos, junto dos quais as proteínas vão ser sintetizadas. Cada polissomo é também denominado unidade de tradução, pois permite a síntese de um tipo de polipeptídeo.

O RNAm move-se para o citoplasma e vai ligar-se aos polirribossomos. Ele é formado por uma seqüência de trios de nucleotídeos, que correspondem a diferentes aminoácidos. Cada trio é um códon, e os diferentes códons determinam o tipo, o número e a posição dos aminoácidos na cadeia polipeptídica.

O RNAt desloca-se para o citoplasma, onde se liga a aminoácidos, deslocando-os até pontos de síntese protéica. Numa determinada região, a molécula de RNAt apresenta um trio especial de nucleotídeos, o anticódon, correspondente a um códon do RNAm. Uma das extremidades da molécula de RNAt só se liga a um tipo de aminoácido.

Fonte: geocities.com