Ácidos Nucleicos

Profa. Gabriela Alves Macedo

Tópicos da aula

Estrutura dos ácidos nucléicos e nucleotídeos

Importância dos ácidos nucléicos e nucleotídeos nas células vivas

Importância de nucleotídeos em alimentos

Mutação e agentes mutagênicos

Importância dos ácidos nucleicos

São responsáveis pelo armazenamento e transmissão da informação genética

Pela tradução dessa informação genética através da síntese de proteínas características de cada célula:

DNA→RNA→ Síntese proteica

Tipos de ácidos nucleicos

Existem 2 tipos de ácidos nucléicos:

     • O Ácido Desoxirribonucléico – DNA

  • O Ácido Ribonucléico - RNA

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

Bases Nitrogenadas: Pertencem a 2 famílias de compostos, e são 5

no total: Bases Púricas, ou Purinas: Adenina e Guanina. Bases Pirimídicas, ou Pirimidinas: Citosina,

Timina e Uracila.

Estrutura do nucleotídeo

Bases Nitrogenadas

Pirimídicas

Púricas

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.

Nucleosídeo

Nucleosídeos

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.

É uma molécula que contém a informação de comando de todas as atividades da célula, ou seja contém toda a informação genética de um organismo.

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 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: 

1 extremidade 5’ : Fosfato de carbono 5 da pentose livre

1 extremidade 3’ : Hidroxila de carbono 3 da pentose livre Por convenção, as bases de uma seqüência são 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 è A-T

Citosina com Guanina è C-G

O RNA

Ácido ribonucléico. Participa da produção de proteínas e, em alguns vírus, forma o cromossomo e tem as informações genéticas viral.

O RNA é uma molécula intermediária na síntese de proteínas, ela faz a intermediação entre o DNA e as proteínas.

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.

Ele é formado por uma cadeia de ribonucleotídeos, que, por sua vez, são formados por um grupo fosfato, um açúcar (ribose), e uma base nitrogenada (veja abaixo). 

Estrutura química das bases do RNA:

É interessante notar que, por ser uma fita simples, o RNA pode formar pontes intra-cadeia, o que faz com que ele possa ter uma infinidade de arranjos tridimensionais, importantes em sua função.

As principais diferenças entre o RNA e o DNA são sutis, mas fazem com que o último seja mais estável do que o primeiro. O RNA é formado por uma fita simples, o açúcar de seu esqueleto é a ribose e uma de suas bases pirimídicas (de anel simples) é diferente da do DNA. Ele possui Uracila ao invés de Timina.

Tipos de RNA

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

1. RNA Ribossômico: Ou RNAr; É encontrado, em associação

com várias proteínas diferentes, na estrutura dos ribossomos, as organelas responsáveis pela síntese protéica. Até 80% do total de RNA da célula.

Os RNAs ribossomais fazem parte da estrutura do ribossomo, junto com diversas outras proteínas e são eles que catalisam a ligação entre dois aminoácidos na síntese de proteínas. 

Tipos de RNA

2. 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 intra-cadeia, e atua no posicionamento dos aminoácidos na seqüência prevista pelo código genético, no momento da síntese protéica.

Tipos de RNA

3. 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.

Os RNAs mensageiros são aqueles que codificam as proteínas e que devem ter seus códons lidos durante o processo de tradução. 

O RNA E A FORMAÇÃO DAS CADEIAS POLIPEPTÍDICAS

Sabemos que toda informação genética do DNA é transferida indiretamente para as cadeias polipeptídicas, ou seja, o DNA é transcrito em moléculas de RNA no núcleo da célula, e posteriormente este RNA será traduzido em polipeptídeos no citoplasma.

Esta evidência foi confirmada a partir de experimentos com precursores radioativos de RNA. Desta maneira pode-se traçar o caminho do RNA, desde a sua transcrição no núcleo da célula até

o seu deslocamento para o citoplasma, onde ocorre tradução.

Como sabemos que o RNA origina-se do DNA?

O processo da transcrição, ou seja, DNA formando RNA, está fundamentado na complementaridade das bases entre estas duas moléculas. Tal complementaridade do DNA com o RNA pode ser demonstrada pelo seguinte experimento:

O DNA é desnaturado e misturado com o RNA. Ao ser resfriado alguns filamentos de RNA se helicoidizam a um DNA complementar, formando um híbrido DNA-RNA.

Conclui-se, portanto, que este híbrido só foi possível porque existem certos trechos de sequências de bases entre DNA e RNA que se complementam, daí supor-se a origem deste último a partir do DNA.

Transcrição

A transcrição: síntese do RNA a partir do DNA, ocorre em um único filamento de DNA. É catalisada por uma molécula de RNA-polimerase, que transcreve todos os tipos de RNA. Nos eucariontes existem três variedades de RNA-polimerase que transcrevem diferentes classes de RNA. A transcrição inicia-se em determinadas regiões do DNA que são chamadas de promotores. É neste sítio que a RNA-polimerase irá se ligar, devido a presença de uma região nesta molécula chamada fator sigma que permite o reconhecimento dos promotores.

Transcrição

A RNA-polimerase vai então desenrolando o DNA, dando início a síntese de RNA, que é sempre sintetizado no sentido 5’ ¾ 3’. O término da cadeia a ser sintetizada também é reconhecido pela RNA-polimerase. Tal reconhecimeto pode ser feito de maneira direta ou com o auxílio de um fator protéico denominado rho necessário ao reconhecimento do sinal de término.

Tradução

Com o término da transcrição, temos a formação de três tipos de RNA, os quais atuam em conjunto durante o processo da tradução. O RNAm é a cópia do DNA com todas as informações genéticas que serão agora traduzidas em proteínas. O RNAt é a molécula que transportará o aminoácido específico, durante a leitura do RNAm. E o RNAr é uma das moléculas que compõe o ribossomo, organela celular responsável pela leitura do RNA mensageiro.

A tradução ou a síntese de proteínas pode ser vista como reações químicas que ocorrem entre os aminoácidos, moléculas de RNAt, o RNAm, os ribossomos, fatores protéicos adicionais, enzimas e íons inorgânicos.

Importância na alimentação

Os ácidos nucléicos não possuem grande importância na alimentação, uma vez que podem ser biossintetizados.

No estômago há a separação das nucleoproteínas, havendo a digestão por nucleases do suco pancreático e de nucleosidases efosfatases do suco entérico.

Existe um processo de excreção, como ácido úrico, de parte das bases nitrogenadas adenina e guanina presentes na alimentação, ainda na mucosa intestinal. As demais bases são absorvidas na forma de nucleotídeos e são degradados no fígado em suas formas catabólicas.

Ácido úrico ?

Ácido úrico presente no sangue é decorrente da degradação das purinas no fígado. Quando há um defeito hereditário com hiperatividade da síntese de ácido úrico, caracteriza-se uma doença genética conhecida como gota.

Dentre os compostos produzidos por microrganismos e utilizados na transformação ou produção de alimentos destacam-se produtores de aromas ou realçadores de aromas, como GMP e IMP.

Adenosina-5’ monofosfato é um dos nucleotídeos mais importantes que ocorre naturalmente

Nucleotídeos 5’monofosfato Inosina 5’monofosfato=

5IMP

Guanosina 5’ monofosfato = 5GMP

Aplicações dos nucleotídeos 5’ monofosfato

Usados em alimentos como acentuadores de sabor. Acentuam sabor de carne quando usado em conjunto com glutamato monossódico:MSG.

Usados em sopas desidratadas, molhos, biscoitos

5’IMP e GMP tem a mesma ação que o MSG, com atividade 10-20 vezes maior.

Importância dos nucleotídeos em alimentos

Durante a maturação da carne ( resolução do rigor) ocorre a transformação do ATP para Inosina Monofosfato:

ATP

ADP

AMP

IMP (acentuador de sabor)

Inosina

Pi

Pi

Pi

NH3

Hipoxantina(índice de frescor da carne)

Hipoxantina = má qualidade da carne, degradação do

ATP

Produção de Nucleotídeos 5’IMP E GMP São preparados a partir do RNA extraído de leveduras: RNA representa

cerca de 10% do peso seco da célula de levedura

Levedura seca

Tratamento térmico

centrifugação

Precipitação do RNA sobrenadante Com ácido e etanol

Neutralização

Secagem

RNA

5’ nucleotídeos monofosfato

5’ fosfodiesterase dePenicillium citrinum

Solução alcalina5-12% NaCl

Alterações dos nucleotídoes

As bases purinas e piridinas sofrem reações envolvendo alterações espontâneas de sua estrutura covalente.