Aula: 2 Temática: Ácidos Nucléicos Hoje estudaremos a bioquímica dos ácidos nucléicos. Acompanhe! Introdução: Os ácidos nucléicos são as moléculas com a função de armazenamento e expressão da informação genética. Existem basicamente 2 tipos de ácidos nucléicos: - O Ácido Desoxirribonucléico DNA: dirige todo o desenvolvimento do organismo a partir da informação contida em sua estrutura. Está presente no núcleo, nas mitocôndrias e nos cloroplastos (vegetal), das células eucarióticas. - - O Ácido Ribonucléico RNA: atua como uma espécie de "cópia de trabalho", criada a partir do molde de DNA. A síntese de uma molécula de RNA a partir de um molde de DNA chama-se "TRANSCRIÇÃO. O estudo da composição química dos seres vivos é fundamental para compreensão não apenas do funcionamento dos organismos, mas também para se compreender a origem, evolução e diversidade das espécies. Podem ser percebidas diferenças que caracterizam a diversidade de organismos e ao mesmo tempo uma forte semelhança na composição química das células, o que indica origem evolutiva comum. Sabe-se há muito tempo que a informação genética é transportada pelos cromossomos. Durante anos, a região do cromossomo que determina um caráter particular tem sido chamada gene. Não podemos esquecer que o gene é uma molécula com estrutura química e função bioquímica definidas. Sabe-se que, bioquimicamente, genes são formas particulares de uma macromolécula conhecida como ácido desoxirribonucléico (DNA). Sabe-se também que a
estrutura das enzimas e os mecanismos controladores da quantidade de enzimas ou grupos de enzimas são determinados pelos genes. Estrutura Dos Ácidos Nucléicos: Os ácidos nucléicos são polímeros constituídos de unidades de açúcar (ose) pentose, ligadas por pontes de fosfato. Ligada a cada unidade de açúcar há uma purina ou pirimidina, que são bases orgânicas nitrogenadas (fig. 1). O ácido nucléico é, portanto, constituído por quatro tipos de bases ligadas a um arcabouço ose-fosfato: A individualidade dos RNA e DNA encontrados na natureza depende: 1) Do número das subunidades de nucleotídeos; 2) Da natureza da purina ou pirimidina ligada a cada unidade de açúcar. As principais são adenina, guanina, timina, citosina e uracila.
Fig. 1 Estrutura química geral dos ácidos nucléicos. A estrutura dos ácidos nucléicos pode ser entendida considerando seus componentes. Purinas e pirimidinas ligadas a um açúcar formam nucleotídeos. A adição de um grupo fosfato ao nucleotídeo resulta num nucleotídeo. A formação de ácidos nucléicos é baseada em subunidades de nucleotídeos. Muitas formas biologicamente ativas, de ácidos nucléicos, encontram-se conjugadas a proteínas e são chamadas nucleoproteínas. A expressão do gene ou sua manifestação depende de outras formas de ácido nucléico, os ácidos ribonucléicos (RNA). Estes ácidos nucléicos contêm ribose e, de acordo com a função que exercem na célula são designados como RNA mensageiro ou matriz (mrna), ribossômico (rrna) e transportador (trna). Estes RNA estão envolvidos na transmissão da informação genética. Assim, o DNA e o RNA são longos polímeros lineares, que levam informações sob uma forma que pode ser transmitida de uma geração para a seguinte. Estas macromoléculas são constituídas de um grande número de nucleotídeos ligados, cada um composto de uma ose (açúcar), um fosfato e uma base (fig. 2). As oses ligadas por fosfatos formam um arcabouço, enquanto as bases variam entre quatro tipos. A informação genética é armazenada na seqüência de bases ao longo da cadeia do ácido nucléico. As bases têm uma propriedade adicional especial: formam pares específicos entre si, que são estabilizados por pontes de hidrogênio. O pareamento de bases resulta na formação de uma dupla hélice com estrutura helicoidal. Estes pares de bases fornecem um mecanismo para copiar a informação genética em uma cadeia existente de ácido nucléico formando rima nova cadeia.
Fig. 2 Cada nucleotídeo é formado por um grupo fosfato, um açúcar (pentose) e uma base orgânica. A seqüência dos monômeros que formam os polipeptídeos (proteínas) e polinucleotídeos (DNA e RNA) dá identidade e funcionalidade a essas moléculas (de ambos os grupos). Mudanças na seqüência de aminoácidos ou de nucleotídeos poderão inativar completamente a ação biológica desses compostos e é exatamente por isso que esses tipos de moléculas são denominadas moléculas informacionais. Os ácidos nucléicos reúnem em si o poder catalítico para produzir outros polímeros e, também, para gerarem suas próprias réplicas. Este último poder, as proteínas não possuem, e por isso foram descartadas como substâncias formadoras dos GENES. Sabemos hoje, que DNA e, excepcionalmente o RNA, são os constituintes gênicos. As células evoluíram graças ao trabalho combinado de moléculas vitoriosas no processo da seleção natural da Terra primitiva: Praticamente, a síntese celular de qualquer composto, passam pelo comando do DNA (ácidos nucléicos conferindo estabilidade, alta capacidade de guardar informação e replicação) e pela atuação catalisadora das proteínas. Os genes especificam os tipos de proteínas que são feitas pelas células, mas o DNA não é o molde direto para a síntese de proteínas. Os moldes para a síntese de proteínas são moléculas de RNA (ácido ribonucléico). Em particular, uma classe de moléculas de RNA, chamada RNA mensageiro (mrna) serve de intermediário na síntese de proteínas. Outras moléculas de RNA, tais como o RNA transportador ou de transferência (trna) e o RNA ribossômico (rrna), são parte da maquinaria de síntese de proteínas. Todas as formas de RNA celular são sintetizadas por RNA-polimerases que obtêm instruções dos
moldes de DNA. Este processo de transcrição é seguido da tradução, a síntese de proteínas de acordo com as instruções dadas pelos moldes de mrna. Assim, o fluxo da informação genética, ou expressão gênica, nas células normais e: Este fluxo de informação é dependente do código genético, que define a relação entre a seqüência de bases no DNA (ou em seu mrna transcrito) e a seqüência de aminoácidos em uma proteína. O código é quase o mesmo em todos os organismos: uma seqüência de três bases, chamada códon, especifica um aminoácido. Os códons no mrna são lidos seqüencialmente por moléculas de trna, que servem como adaptadores na síntese de proteína. A síntese de proteínas ocorre nos ribossomos, que são montagens complexas de rrnas e mais de 50 tipos de proteínas. Os ácidos nucléicos DNA e RNA possuem estruturas covalentes. Estas macromoléculas são polímeros lineares feitos de unidades similares conectadas ponta a ponta (Fig. 3). Cada monômero dentro do polímero é constituído de três componentes: uma ose, um fosfato e uma base. A seqüência de bases caracteriza um ácido nucléico e representa uma forma de informação linear. Fig. 3 Estrutura polimérica de ácidos nucléicos (retirado de BERG et al., 2004). A ose no ácido desoxirribonucléico (DNA), é a desoxirribose. O prefixo desoxi indica que falta o átomo de oxigênio que estaria ligado ao átomo de carbono 2 da ose (Fig. 4). As oses nos ácidos nucléicos são ligadas um ás outras por pontes fosfodiéster (Fig. 1).
Fig. 4 Ribose e desoxirribose. Os átomos estão numerados com apóstrofe para distingui-los dos átomos das bases, conforme BERG et al., 2004. A cadeia de oses ligadas por pontes fosfodiéster, é o chamado arcabouço, que é constante, enquanto as bases variam de um monômero para o outro. Duas das bases são derivadas da purina as outras da pirimidina: O arcabouço ose-fosfato de cada filamento está do lado externo da dupla hélice, enquanto as bases purínicas e pirimidínicas ficam do lado interno. As duas cadeias são mantidas juntas por pontes de hidrogênio entre os pares de bases: adenina está sempre pareada com timina - no DNA (com a uracila no lugar da timina quando for RNA), e guanina sempre com citosina. Assim, um filamento de uma dupla hélice é complementar ao outro (fig. 5).
Fig. 5 Representação esquemática da estrutura do DNA: A- polinucleotídeo; B as duas fitas de polinucleotídeos da molécula de DNA; C molécula de DNA retorcida em dupla hélice (modificado de César e Sésar, 2005) Watson & Crik propuseram em 1953, um modelo para a molécula de DNA, que tem sido aceita pela comunidade científica desde então. Neste modelo a molécula é constituída por duas cadeias de nucleotídeos que se ligam uns aos outros pelos fosfatos. As duas cadeias ligam-se entre si pelas bases nitrogenadas, por meio das pontes de hidrogênio (Fig. 6).
Fig. 6 Modelo da ligação entre bases nitrogenadas da molécula de DNA (modificado de BERG et al., 2004). Um ácido nucléico é, portanto, constituído de quatro tipos de bases ligadas a um arcabouço ose-fosfato. Um par de cadeias de ácidos nucléicos com seqüências complementares pode formar uma estrutura em dupla hélice. A expressão gênica é a transformação da informação no DNA em moléculas funcionais. Os aminoácidos são codificados por grupos de três bases (códon). Com está aula encerramos nossa unidade. Faça os exercícios de auto-avaliação e caso tenha alguma dúvida, envie para nossa tutoria. Um forte abraço e até a próxima aula!