Estrutura e Função de Ácidos Nucléicos

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO INSTITUTO DE QUÍMICA DEPARTAMENTO DE BIOQUÍMICA QBQ0313 Estrutura e Função de Ácidos Nucléicos Flavia Carla Meotti

2 Os Ácidos Nucléicos Função: armazenamento e transmissão da informação genética DNA ácido desoxirribonucléico: armazenador da informação genética na maioria dos seres vivos RNA ácido ribonucléico: armazenador da informação genética em alguns vírus, importante na transmissão da informação

3 Os Ácidos Nucléicos O Dogma Central da Biologia Molecular

4 Os Ácidos Nucléicos Os ácidos nucléicos são unidades de NUCLEOTÍDEOS Base nitrogenada Grupo fosfato Pentose desoxirribose (DNA) e ribose (RNA) Fosfato Base púrica ou pirimídica Pentose

5 Os Ácidos Nucléicos Bases nitrogenadas dos ácidos nucléicos Purinas adenina guanina Pirimidinas citosina timina (DNA) uracila (RNA)

6 Os Ácidos Nucléicos Nucleotídeos (DNA) Desoxiadenosina 5 monofosfato A, da, damp Desoxiguanosina 5 monofosfato G, dg, dgmp Desoxitimidina 5 monofosfato T, dt, dtmp Desoxicitinina 5 monofosfato C, dc, dcmp

7 Os Ácidos Nucléicos Nucleotídeos (RNA) Adenosina 5 monofosfato A, AMP Guanosina 5 monofosfato G, GMP Uridina 5 monofosfato U, UMP Citinina 5 monofosfato C, CMP

8 Os nucleotídeos são unidos por ligações fosfodiéster entre a 5 P de um resíduo com a 3 OH do resíduo seguinte para formarem os ácidos nucléicos Os Ácidos Nucléicos

9 Propriedades Químicas dos Ácidos Nucléicos Formas tautoméricas das bases nitrogenadas

10 Propriedades Químicas dos Ácidos Nucléicos As bases nitrogenadas são pouco solúveis em água em ph 7,0 Interações entre os anéis cíclicos levam a um empilhamento das bases em uma conformação planar O empilhamento das bases é mantido por interações eletrônicas (forças de van der Waals, dipolo-dipolo) reduz o contato com a água e o espaço entre as bases estabilização da estrutura tridimensional dos ácidos nucléicos

11 Propriedades Químicas dos Ácidos Nucléicos Pontes de hidrogênio entre bases complementares e o pareamento de bases na estrutura do DNA 1953 JAMES WATSON e FRANCIS CRICK

12 Propriedades Químicas dos Ácidos Nucléicos Pontes de hidrogênio entre bases complementares adenina timina citosina guanina Fitas antiparalelas

13 O DNA é flexível Estrutura do DNA

14 A dupla hélice do DNA Estrutura do DNA Fenda ou sulco menor Fenda ou sulco maior

15 Estrutura do DNA Formas estruturais da dupla hélice O DNA aparece com variações estruturais Forma B (DNA-B) -Forma mais estável (padrão) -Predominante no DNA cromossômico -10,5 bases por volta

16 Estrutura do DNA Formas estruturais da dupla hélice Forma A (DNA-A) -Variante da forma B pela redução da umidade relativa em 75% -11 pares de bases por volta -Predominante em híbridos DNA-RNA ou RNA-RNA (dupla fita)

17 Estrutura do DNA Formas estruturais da dupla hélice Forma Z (DNA-Z) -Rotação para a esquerda -12 pares de base por volta -Devido à sequencias repetidas C e G (G pode assumir conformação syn) -Suspeita-se que é importante para a regulação da expressão gênica e recombinação

18 O DNA pode adquirir formas menos usuais Quais? - Arranjos cruciformes - Fita tripla - Dobramento Importantes no processo de reconhecimento do DNA por certas proteínas e enzimas Por que acontece? Devido a presença de sequências específicas no DNA

19 O DNA pode adquirir formas menos usuais Sequências específicas que levam a variações estruturais no DNA Sequência Palíndrome Repetição em Espelho

20 O DNA pode adquirir formas menos usuais Sequências palíndromes podem formar estruturas: hairpins cruciformes

21 O DNA pode adquirir formas menos usuais Triplete de DNA - Ligações de hidrogênio adicionais

22 O DNA pode adquirir formas menos usuais

23 Propriedades químicas da fita de DNA Desnaturação e Renaturação

24 Propriedades químicas da fita de DNA A Separação das fitas de DNA ocorre pela destruição das ligações de hidrogênio se: O ph de uma solução de DNA for alterado A solução for aquecida (temperatura de fusão) Desnaturação: perda da estrutura helicoidal do DNA Renaturação: refazer a dupla hélice com as fitas complementares de DNA

25 Propriedades químicas da fita de DNA O DNA pode hibridizar Esta propriedade pode ser empregada na detecção de sequências específicas do DNA importantes na expressão de determinadas proteínas Testes em Biologia Molecular, o DNA pode hibridizar com sondas marcadas

26 Alterações na estrutura dos nucleotídeos do DNA As bases nitrogenadas do DNA podem sofrer metilação - Reconhecimento do próprio DNA em comparação com DNA exógeno não metilado - Mecanismo de defesa: importante no reparo do DNA em caso de erro na replicação

27 Alterações na estrutura dos nucleotídeos do DNA As bases podem sofrer desaminação mutação Conservantes em alimentos HNO 2

28 Alterações na estrutura dos nucleotídeos do DNA As bases podem sofrer alteração por radiação dobra

29 Estrutura do DNA : Supertorção

30 Estrutura do DNA Supertorção DNA de plasmídeos Aumento da torção da esquerda para direita

31 Estrutura do DNA O DNA circular Células procarióticas: O DNA se apresenta em forma circular, na qual a dupla hélice se fecha por seus extremos. Apresentam um único cromossomo associado a histonas NUCLEÓIDE. Também presente como DNA extracromossomal (DNA de plasmídeos) Células eucarióticas: DNA presente na mitocôndria

32 O DNA em células de eucariontes O DNA é superenrolado (super-hélice) O DNA empacotado com proteínas formando a cromatina Associado a proteínas de caráter básico (Histonas) empacotam e organizam o DNA em NUCLEOSSOMOS CROMOSSOMOS

33 O DNA em células de eucariontes Histonas H1, H2A, H2B, H3 e H4 empacotam o DNA formando o nucleossomo e a fibra de 30 nm

34 O DNA em células de eucariontes Histonas H1, H2A, H2B, H3 e H4 empacotam o DNA formando o nucleossomo e a fibra de 30 nm

35 O DNA em células de eucariontes

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37 ESTRUTURA DO RNA - Polímero de ribonucleosídeos 5 monofosfatos - Ligações 3,5 -fosfodiéster linear de fita simples, RNA de fita dupla pode estar presente em genomas virais - Podem apresentar uma estrutura secundária e terciária que envolve o pareamento de bases intramoleculares, empilhamento de bases e pontes de hidrogênio entre diferentes parte da molécula

38 ESTRUTURA DO RNA Pareamento de bases intramoleculares

39 ESTRUTURA DO RNA Ex.: RNA transportador Haste aceptora Empilhamento de bases no trna

40 ESTRUTURA DO RNA TIPO DE RNA RNA mensageiro mrna RNA ribossômico rrna RNA transportador trna

41 ESTRUTURA DO RNA mrna - Contém a informação codificada no DNA, a qual será traduzida em proteína - O mrna pode ser monocistrônico ou policistrônico eucariontes procariontes

42 ESTRUTURA DO RNA rrna - O ribossoma é o aparelho da síntese protéica (65% RNA e 35% proteína) - O rrna corresponde a 80 % do RNA celular

43 ESTRUTURA DO RNA rrna - Contém uma subunidade catalítica responsável pela formação da ligação peptídica

44 trna ESTRUTURA DO RNA - Ativa os aminoácidos (haste aceptora) para que a formação da ligação peptídica seja energeticamente favorável - Reconhece códons no mrna alça do anticódon

45 ESTRUTURA DO RNA

46 Resumo da aula Funções dos ácidos nucléicos DNA e RNA Estrutura e propriedades químicas dos nucleotídeos União dos nucleotídeos e formação das fitas O pareamento de bases complementares e o modelo da dupla hélice por Watson e Crick (1953) Estrutura tridimensional e propriedades químicas da estrutura do DNA e RNA Tipos de DNA e RNA Organização do DNA em cromatina em procariontes e eucariontes

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