Aula 7 - Unesp

Introdução à Bioquímica
Nucleotídeos e Ácidos Nucléicos
Dra. Fernanda Canduri
Laboratório de Sistemas BioMoleculares.
Departamento de Física. UNESP
São José do Rio Preto - SP.
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Tópicos
!
Estrutura e função dos nucleotídeos
!
Estrutura dos ácidos nucléicos
!
Visão geral da função dos ácidos
nucléicos
!
Sequenciamento dos ácidos nucléicos
!
Tecnologia do DNA recombinante
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Estrutura e função dos nucleotídeos
Os nucleotídeos são formados por
uma base nitrogenada ligada a um
açúcar (ribose), o qual possui ao
menos um grupo fosfato ligado.
Os nucleosídeos compreendem a base
nitrogenada ligada apenas a um açúcar
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As bases dos nucleotídeos
!
!
As bases são moléculas planares,
aromáticas heterocíclicas
Estas bases são derivadas de uma purina
ou de uma pirimidina (não são sintetizadas
in vivo)
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As bases nitrogenadas púricas
!
!
As mais comuns são a adenina (A) e a guanina
(G)
As purinas são ligadas a um açúcar de 5
carbonos (uma pentose) por meio do átomo
N9
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As bases nitrogenadas pirimídicas
!
!
As principais são a timina (T), a citosina (C) e
a uracila (U)
As pirimidinas são ligadas a um açúcar de 5
carbonos (uma pentose) por meio do átomo
N1
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Desoxitimidina
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Citidina
Ribonucleosídeos e
desoxirribonucleosídeos
!
!
Nos ribonucleosídeos, a pentose é ribose
Nos desoxirribonucleosídeos, o açúcar é a
2’-desoxirribose
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Os ribo e desoxirribonucleotídeos
!
Corresponde a base, a ribose, mais um ou
mais grupos fosfato
!
O grupo fosfato pode estar ligado ao C3’ ou
ao C5’ da pentose " 3’- ou 5’-nucleotídeo
!
5’-nucleotídeo pode ser denominado
nucleosídeo-5’-fosfato
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!
Os ribonucleotídeos são encontrados no RNA
(ácido ribonucléico)
!
Os desoxinucleotídeos são encontrados no
DNA (ácido desoxirribonucléico)
!
A, G e C são encontrados nos ribonucleotídeos
e nos desoxiribonucleotídeos
!
U é encontrada basicamente em ribo, e T
somente em desoxiribonucleotídeos
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Funções dos nucleotídeos e seus derivados
!
!
!
Nas células, a maioria dos nucleotídeos
encontram-se na sua forma polimérica (DNA
ou RNA)
Principal função: armazenamento e a
transferência da informação
Nucleotídeos livres e derivados desempenham
uma grande variedade de funções metabólicas
não-relacionadas à informação genética
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Nucleotídeos livres
!
Nucleotídeo mais conhecido: trifosfato de
adenosina – ATP
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O ATP
!
!
!
O ATP é um carreador ou transmissor de
energia
Difunde-se pela célula, fornecendo energia
para as tarefas celulares, como reações
biossintéticas, transporte iônico e
movimento celular
A energia é disponibilizada pela
transferência de 1 (ou 2) dos grupos
fosfato a outra molécula
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Outros derivados de nucleotídeos
!
!
Todos os processos básicos que recuperam
energia dependem de vários derivados de
nucleotídeos que transferem a energia em
quantidades discretas
Apesar das variações no metabolismo
energético dos diferentes organismos,
diversos derivados de nucleotídeos destacamse pela sua universalidade.
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São eles:
!
Flavina-adenina-dinucleotídeo – FAD
!
Nicotinamida-adenina-dinucleotídeo – NAD
!
!
Nicotinamida-adenina-dinucleotídeofosfato – NADP
Coenzima A
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FAD
!
Contém uma adenosina ligada à riboflavina
por meio de dois grupos fosfato
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O FAD
A porção riboflavina
do FAD é sintetizada
em diversos
organismos, mas não
em humanos, que
devem obtê-la pela
dieta (vitamina B2)
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NAD
!
!
Participa de
reações de
oxidação-redução
A adenosina está
ligada por meio de
dois grupos fosfato
a uma ribose, e a
nicotinamida
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NADP
!
!
!
!
A adenosina está ligada por meio de dois
grupos fosfato a uma ribose, e a nicotinamida
Um terceiro grupo fosfato está ligado à ribose
da adenosina na posição 2’.
A porção nicotinamida, derivada da vitamina
niacina é o sítio da redução reversível
A base nicotinamida do NAD está ligada a uma
base ribose fosforilada, formando um dos dois
nucleotídeos desse dinucleotídeo
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O NADP
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Coenzima A (CoA)
!
!
!
Tem função central no metabolismo
É um carreador de grupo acil (CH3[CH2]nCO-)
É derivada do ácido pantotênico – vitamina B3
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Estrutura dos ácidos
nucléicos
!
Os nucleotídeos podem ser
unidos entre si e formar
polímeros, o RNA e o DNA
!
Os ácidos nucléicos são cadeias
de nucleotídeos ligados por
pontes de grupo fosfato nas
posições 3’ e 5’ de unidades de
ribose vizinhas
!
Os fosfatos são ácidos, por isso
os ácidos nucléicos formam
poliânions em pH fisiológico
A ligação entre nucleotídeos individuais é a ligação
fosfodiéster
As unidades terminais que não estão ligadas a outro
nucleotídeo são as extremidades 5’ e 3’
O tamanho do polímero altera propriedades físicas
como carga e solubilidade
Um polímero de resíduos não-idênticos possui uma
propriedade que seus monômeros não possuem:
contém a informação na forma da sua sequência de
resíduos
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Composição das bases do DNA
!
O DNA possui um número de resíduos de
adenina igual ao de timina (A=T) e (C=G)
!
Essas relações são conhecidas como regra de
Chargaff – anos 40 –Erwin Chargaff
!
Sua composição difere bastante entre os
diversos organismos
!
Bactérias: conteúdo G+C varia de ~25 a 75%
!
É mais ou menos constante entre espécies
relacionadas – mamíferos: G+C varia de 39 a
46%
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Significado da regra de Chargaff
A base estrutural para essa regra é
derivada da natureza da fita dupla
do DNA
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A dupla hélice
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A dupla hélice
!
!
!
A estrutura do DNA foi determinada por James
Watson e Francis Crick em 1953 – marco do
surgimento da biologia molecular moderna
Não é apenas a molécula fundamental da vida,
mas sua estrutura sugeriu o mecanismo molecular
da hereditariedade
As descobertas foram baseadas nas regras de
Chargaff e nas formas tautoméricas corretas das
bases – molécula helicoidal
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As bases púricas e pirimídicas dos ácidos
nucléicos podem assumir diferentes formas
tautoméricas
!
Tautômeros são isômeros de conversão fácil,
diferindo entre si apenas nas posições dos
hidrogênios
Jerry Donohue – 1963
A forma ceto é
predominante
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Evidências de que o DNA era uma
molécula helicoidal
!
Suas bases aromáticas planares estariam
empilhadas e paralelas ao eixo da fibra
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Características principais do modelo de DNA
de Watson e Crick
1.
2.
Duas cadeias
circundam um
eixo comum
formando a
dupla hélice
As duas fitas de
DNA são
antiparalelas,
mas cada uma
forma uma hélice
para o lado
direito
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Características principais do modelo de DNA
de Watson e Crick
3.
As bases ocupam o
centro da hélice, e as
cadeias de açúcarfosfato estão na
periferia,
minimizando a
repulsão entre os
grupos fosfato
carregados. A
superfície forma dois
sulcos de largura
desigual – a cavidade
maior e a cavidade
menor.
Cadeia
de açúcar
Características principais do modelo de DNA
de Watson e Crick
4. Cada base está ligada a
uma base da fita oposta
por meio de ligações de
hidrogênio, formando um
par de base planar pareamento de fitas
complementares –
associação específica das
duas cadeias da fita
dupla.
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Ligações de hidrogênio dos pares de
bases
A guanina realiza três ligações de hidrogênio com
citosina, e a timina realiza duas ligações de hidrogênio
com adenina
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!
Cada fita de DNA pode atuar como um molde para a
síntese de sua fita complementar e,
consequentemente, a informação hereditária está
codificada na sequência de bases em qualquer fita.
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Genoma
!
!
!
O genoma de um organismo – conteúdo
específico de DNA – pode estar distribuído em
diversos cromossomos, cada um contendo uma
molécula de DNA separada.
Vários organismos são diplóides – dois
conjuntos equivalentes de cromossomos
Devido ao seu comprimento, as moléculas de
DNA são descritas em termos do número de
pares de bases (pb ou kb).
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Os cromossomos
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Ácidos nucléicos de fita simples
!
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!
O RNA ocorre principalmente como fita simples,
em geral formando estruturas compactas em
vez de cadeias frouxas estendidas
Uma fita de RNA é idêntica à fita de DNA,
exceto pela presença de grupos 2´-OH e pela
substituição da timina por uracila
Pode parear com uma fita complementar de
RNA ou DNA
O pareamento das bases é intramolecular,
formando estruturas em grampo ou estruturas
mais complexas.
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Os genes são parte dos cromossomos
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Foi em 1944 que Avery, Macleod e McCarty
mostraram que o DNA, e não as proteínas, era
a substância que transformava uma cepa nãopatogênica em patogênica.
A natureza da fita dupla do DNA facilita a
replicação.
Quando a célula se divide, cada fita de DNA
atua como molde para a síntese da sua fita
complementar
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Replicação do DNA
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Os genes direcionam a síntese de
proteínas
!
Dogma central da biologia molecular:
O DNA dirige sua própria replicação e
transcrição, formando um RNA de seqüência
complementar
A seqüência de bases no RNA é então traduzida
na seqüência correspondente de aminoácidos,
formando uma proteína
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A tradução
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O RNA que corresponde ao gene que codifica
uma proteína é o RNA mensageiro (RNAm)
Este vai até o ribossomo – organela composta
em grande parte por RNA ribossômico (RNAr)
No ribossomo cada grupo de três nucleotídeos
no RNAm pareia com três nucleotídeos
complementares em uma pequena molécula de
RNA – o RNA transportador (RNAt)
Cada molécula de RNAt está ligada a um
aminoácido correspondente
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Tipos de RNA
!
RNAt, RNAr e RNAm
O ribossomo catalisa a união dos
aminoácidos
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A conversão da informação do DNA em informação
proteíca não é direta.
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