Estrutura e Função de Ácidos Nucléicos
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- Estela Graça Lobo
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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA DQMC BIOQUÍMICA BIO0001 Estrutura e Função de Ácidos Nucléicos Prof Karine P. Naidek Novembro/2016
2 O RNA como material genético Em 1957, os pesquisadores Fraenkel-Conrat e Singer identificaram o RNA como material genético de um vírus que causa descoloração da folha de muitas plantas, incluindo o do fumo: o Tobacco Mosaic Virus (TMV).
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4 O RNA como material genético Além do armazenamento de informação genética, variadas funções podem ser exercidas por diferentes moléculas de RNA. A principal delas está associada à sua participação no fluxo da informação genética.
5 Características químicas dos RNAs A presença do grupo 2 -hidroxila adjacente faz com que a ligação fosfodiéster do RNA seja mais susceptível às hidrólises química e enzimática do que a ligação fosfodiéster do DNA.
6 Estrutura do RNA As estruturas tridimensionais de muitos RNAs são complexas e únicas. Para a estrutura do RNA, o empilhamento de bases, que atua restringindo as possíveis conformações da molécula, é mais importante para a determinação de interações intermoleculares e intramoleculares do que a ligação de hidrogênio. As interações de empilhamento de bases desempenham, portanto, um importante papel na estabilização da conformação da molécula.
7 Estrutura do RNA Estruturas secundárias do RNA. (A) Saliência, alças internas, hastes e alças. (B) Hélice enrolada para a direita, forma A, associada a regiões de pareamento.
8 Estrutura do RNA Muitos RNAs têm capacidade de formar estruturas helicoidais geradas por pareamentos de bases em uma grande extensão de sua cadeia. Observe a representação da estrutura secundária de um RNA, com destaque para o par não tradicional G U (em cinza), as partes da molécula que estão ligadas por pontes de hidrogênio, chamadas hastes ou braços, e as partes em que essas interações não ocorrem, chamadas alças. Outros pareamentos também podem ocorrer entre diferentes regiões da molécula, resultando em uma estrutura tridimensional característica e certamente fundamental para a função desempenhada.
9 Estrutura do RNA Estrutura secundária do RNA da enzima ribonuclease* P (RNase P) de Escherichia coli. Ribonuclease é a enzima que catalisa a hidrólise do RNA.
10 Tipos de RNAs São reconhecidos três tipos de RNA; eles se diferenciam entre si na estrutura e na função. RNAs de transferência (trnas): encaminham os aminoácidos dispersos no citoplasma ao local onde ocorre a síntese das proteínas. RNAs ribossomais (rrnas): fazem parte da estrutura dos ribossomos (organelas citoplasmáticas) onde ocorre a síntese de proteínas. RNAs Mensageiros (mrnas): Transportam as informações do código genético do DNA para o citoplasma, ou seja, determinam a sequência dos aminoácidos na construção das proteínas.
11 Estrutura do RNA de transferência (trna) Aproximadamente 15% do total de RNA celular correspondem aos trnas. Para desempenhar seu papel na síntese de proteínas, eles precisam desempenhar duas funções: i) ativar os aminoácidos que serão transportados para os ribossomos e transferi-los para a cadeia polipeptídica nascente; ii) reconhecer a informação contida no mrna, mais especificamente nos códons (sequência de três nucleotídeos adjacentes em um ácido nucléico, que codifica um aminoácido específico) do mrna, assegurando que o aminoácido correto seja incorporado à cadeia peptídica crescente.
12 Estrutura do RNA de transferência (trna) Estrutura secundária geral dos trnas. Os círculos fechados representam os nucleotídeos comuns (derivados das bases A, C, G e T); as linhas entre eles representam pontes de hidrogênio, que caracterizam os pares de bases. As características e/ou resíduos invariantes estão representados em cinza. Note os quatro braços sempre presentes e um braço extra que não está presente em todos os trnas. Pu qualquer purina; Pi qualquer pirimidina; G* guanosina ou 2 -Ometilguanosina; ψ pseudouridina.
13 Estrutura do RNA de transferência (trna) Dois braços de um trna são importantes para que a molécula possa desempenhar sua função: o braço do aminoácido, que se liga a um aminoácido específico, e o braço do anticódon, que contém uma sequência complementar ao códon no mrna, o que assegura a ordem dos aminoácidos na proteína, de acordo com a sequência de bases no mrna. Os outros dois ou três braços são importantes apenas para a conformação tridimensional das moléculas de trnas. Ao analisar a estrutura geral dos trnas, constatamos que alguns nucleotídeos não variam com o tipo de trna e a presença de vários nucleotídeos modificados, como os resíduos ψ (pseudouridina), D (5,6-dihidrouridina), m1g (1- metilguanosina) e I (inosina), dentre outros. Uma peculiaridade interessante é que essas modificações são introduzidas após a síntese da molécula de trna.
14 Estrutura tridimensional do trna
15 Estrutura do RNA Ribossomal (rrna) O rrna representa cerca de 80% do RNA presente na célula. Os ribossomos de procariotos e eucariotos são sempre constituídos de duas subunidades de tamanhos diferentes. Cada subunidade é formada de uma a três moléculas de rrna e inúmeras proteínas diferentes. Vale mencionar que os rrnas são metabolicamente estáveis; essa estabilidade é fruto de sua associação com as proteínas ribossomais.
16 Estrutura do RNA Ribossomal (rrna)
17 Estrutura do RNA mensageiro (mrna) Dos três principais tipos de RNA, os mrnas são os menos abundantes, representando, na maioria das células, entre 5 e 10% do RNA celular total. Os mrnas são sintetizados utilizando a mensagem contida na sequência de bases de porções específicas do genoma de um organismo. As sequências de bases do mrna, por sua vez, determinarão a ordem dos aminoácidos nas proteínas sintetizadas nos ribossomos. Os mrnas apresentam muita variação no tamanho. Isso é fácil de ser entendido, pois eles codificam proteínas (determinam a sequência de aminoácidos nas cadeias polipeptídicas) dos mais diversos tamanhos. Logo, é de se esperar que eles apresentem tamanhos heterogêneos.
18 Cromossomos Um cromossomo é uma longa sequência de DNA, que contém vários genes, e outras sequências de nucleotídeos com funções específicas nas células dos seres vivos. Gene, na definição da genética clássica, é a unidade fundamental da hereditariedade. Cada gene é formado por uma sequência específica de ácidos nucléicos - as biomoléculas mais importantes do controle celular, pois contêm a informação genética. Dentro da genética moderna, o gene é uma sequência de nucleotídeos do DNA que pode ser transcrita em uma versão de RNA. Atualmente, diz-se que um gene é um segmento de DNA que leva à produção de uma cadeia polipeptídica e inclui regiões que antecedem e que seguem a região codificadora, bem como sequências que não são traduzidas (íntrons) que se intercalam aos segmentos codificadores individuais (éxons), que são traduzidos.
19 Cromossomos
20 Síndromes Cromossômicas Síndromes cromossômicas são anomalias incidentes em cariótipos humanos em que estão parcialmente alterados ou deletados, o que resulta em má formação estrutural, anatômica ou funcional do indivíduo. O cariótipo com 46 cromossomos pode neste caso vir defeituoso devido à vários fatores, em sua maior parte por genética, fazendo com que o organismo se desenvolva com limites orgânicos. As três principais mutações cromossômicas únicas; deleção (1), duplicação (2) e inversão (3).
21 Síndromes Cromossômicas Síndromes cromossômicas são anomalias incidentes em cariótipos humanos em que estão parcialmente alterados ou deletados, o que resulta em má formação estrutural, anatômica ou funcional do indivíduo. O cariótipo com 46 cromossomos pode neste caso vir defeituoso devido à vários fatores, em sua maior parte por genética, fazendo com que o organismo se desenvolva com limites orgânicos. As três principais mutações cromossômicas únicas; deleção (1), duplicação (2) e inversão (3).
22 Síndromes Cromossômicas Síndrome de Turner (XO) Síndrome de Klinefelter (XXY) Síndrome do super-macho (XYY) Síndrome Cri-du-Chat Síndrome de Down (47, XX ou XY, +244) Síndrome de Edwards (47, XX ou XY, +18) Síndrome de Patau (47, XX ou XY, +13) Síndrome de Warkany (47, ww ou XY, +8) Síndrome de Williams Trissomia 9 (47, XX ou XY, +9) Trissomia 22 (47, XX ou XY, +22)
Figura 1. Exemplo da estrutura de um nucleotídeo
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