ÁCIDOS NUCLÉICOS

Nucleotídeos: estrutura geral NH CH N C HC Purina Pirimidina 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Nucleosídeo Nucleotídeo P O H HO OH CH2 O- -O Base nitrogenada 1’ 2’ 3’ 4’ 5’  Pentose Fosfato Ribose H O HO OH CH2 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ Desoxirribose 1 2 3 4 5 C CH2OH OH H O D-Ribose 2-Desoxi-D-Ribose + • • -

Nucleotídeos: estrutura geral Bases nitrogenadas: NH CH N 1 2 C HC 3 4 5 6 7 8 9 Purina Pirimidina O NH CH N 1 2 C HN 3 4 5 6 7 8 9 Guanina H2N NH2 HC Adenina (DNA) Citosina C N NH 3 2 1 6 5 4 CH O NH2 Timina HN CH3 Uracil (RNA) Tanto o DNA como RNA contém as duas bases purínicas e a citidina. Entretanto, a base purínica timina é encontrada apenas no DNA e a uracila apenas no RNA. Apenas raramente a timina ocorre no RNA e a uracila ocorre no DNA

Nucleotídeos: estrutura geral Grupo pentose Desoxirribose H O HO CH2 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ OH (DNA) Ribose (RNA) Em solução, as formas aldeído e -furanose estão em equilíbrio. Entretanto, nos nucleotídeos ocorre apenas a -furanose (anel fechado de 5 membros) 1 2 3 4 5 C CH2OH OH H O Aldeído + - Aldeído H OH HO CH2 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ O C + - -Furanose H O HO OH CH2 1’ 2’ 3’ 4’ 5’ • • A -furanose pode assumir 4 diferentes conformações: 1 átomo (C2’ ou C3’) acima (endo) ou abaixo (exo) do plano do anel

A ligação entre a base nitrogenada e a pentose Esta ligação é feita covalentemente através de uma ligação N-glicosídica com a hidroxila ligada ao carbono-1 da pentose.

A ligação entre a pentose e o grupo fosfato Nucleosídeo Nucleotídeo P O H HO OH CH2 O- -O Base nitrogenada 1’ 2’ 3’ 4’ 5’  Pentose Fosfato Esta ligação é feita através de uma ligação fosfoéster com a hidroxila ligada ao carbono-5 da pentose.

A ligação entre os nucleotídeos Os nucleotídeos estão ligados covalentemente por ligações fosfodiéster formando entre si pontes de fosfato. O grupo hidroxila do carbono-3 da pentose do primeiro nucleotídeo se liga ao grupo fosfato ligado a hidroxila do carbono-5 da pentose do segundo nucleotídeo através de uma ligação fosfodiéster.

DNA: composição de bases A composição de bases do DNA geralmente varia de uma espécie para outra, porém, não se altera em diferentes tecidos de uma mesma espécie Regra de Chargaff Em todo DNA: A = T e G = C (2) Purinas = pirimidinas (A + G = T + C) Pareamento de bases complementares: adenina com timina e citosina com guanina

LIGAÇÃO ENTRE BASES NITROGENADAS A ligação feita por pontes de hidrogênio: Timina (T) liga-se à Adenina (A) - duas pontes de hidrogênio; Citosina (C) liga-se à Guanina (G) - três pontes de hidrogênio.

LIGAÇÃO ENTRE BASES NITROGENADAS Tais pontes de hidrogênio são formadas em decorrência da presença de grupos ceto (C=O) e amino (C-NH2) nas bases; T e U A ceto e amino amino G C grupo ceto grupo ceto e amino e amino

Nucleotídeos: pares de base Adenina Timina H C1’ N HC C O CH3 11.1 Å 2.8 Å 3.0 Å Guanina Citosina 10.8 Å 2.9 Å As pontes de hidrogênio entre as bases permitem uma associação de duas fitas complementares As bases apresentam comportamento hidrofóbico e o empilhamento minimiza contatos com a H2O

LIGAÇÃO ENTRE BASES NITROGENADAS Pirimidina < Purina Logo, AT e CG tem, aproximadamente, o mesmo tamanho; Isso proporciona uma dimensão proporcional ao longo da molécula de DNA. Bases nitrogenadas: NH CH N 1 2 C HC 3 4 5 6 7 8 9 Purina Pirimidina O NH CH N 1 2 C HN 3 4 5 6 7 8 9 Guanina H2N NH2 HC Adenina (DNA) Citosina C N NH 3 2 1 6 5 4 CH O NH2 Timina HN CH3 Uracil (RNA)

LIGAÇÃO ENTRE DUAS FITAS DE DNA

DNA: Modelo tridimensional 2 cadeias helicoidais de DNA que se enrolam ao redor do mesmo eixo formando uma dupla hélice As cadeias hidrofílicas de açucar-fosfato estão dispostas na periferia enquanto as bases hidrofóbicas e planares estão empilhadas dentro da dupla hélice A superfície da dupla hélice forma 2 sulcos: a cavidade maior e a cavidade menor Cada base está ligada a uma base da fita oposta formando um par de base planar (pareamento complementar: A com T e G com C) As 2 cadeias são antiparalelas

Forças que estabilizam o DNA  Pontes de hidrogênio: mantém as duas fitas complementares unidas  Interações de empilhamento: são mais inespecíficas e dão maior contribuição para estabilidade da dupla hélice Os pares de base apresentam geometria quase planar, proximidade e disposição perpendicular ao eixo da hélice Interações hidrofóbicas e forças de van der Waals

REFLEXÃO Qual a ligação mais difícil de ser quebrada? Adenina – Timina ou Guanina – Citosina? Se uma sequência de uma fita de polinucleotídeos fosse AATCCATGT, qual seria o filamento complementar?

DNA e RNA: desnaturação DNA dupla hélice Desnaturação Anelamento DNA parcialmente desnaturado Associação das fitas Separação das fitas Fitas separadas do DNA com alças aleatórias (desnaturação completa) A desnaturação do DNA pelo calor envolve rompimento de pontes de hidrogênio e de empilhamento Não ocorre quebra de ligações covalentes Quanto maior o conteúdo de G-C maior será temperatura de desnaturação ( mais pontes de hidrogênio) Ao retornar às condições fisiológicas as fitas se anelam para produzir o duplex intacto

DNA: níveis estruturais Estrutura quaternária Estrutura primária Estrutura secundária Estrutura terciária Estrutura quaternária Proteínas: níveis estruturais Estrutura terciária Estrutura secundária Estrutura primária Assim como as proteínas, o DNA também apresenta diferentes níveis estruturais Níveis estruturais do DNA

DNA dupla hélice (espiral) DNA supertorcido DNA dupla hélice (espiral) DNA supertorcido DNA relaxado Eixo As duas fitas de DNA se enrolam em torno de um eixo para formar a dupla hélice. Um dobramento ou torção deste eixo sobre si próprio é referido como supertorção do DNA ou super-hélice As moléculas supertorcidas são mais compactas que as moléculas relaxadas com o mesmo número de nucleotídeos A super-hélice influencia a compactação do DNA e os eventos de desenrolamento que ocorrem durante a replicação e a transcrição do DNA

DNA supertorcido Cromossomos de vários vírus e bactérias são moléculas circulares de DNA dupla hélice Muitas moléculas de DNA circular permanecem altamente supertorcidas mesmo depois que são purificadas das proteínas e outros componentes celulares A supertorção é um aspecto intrínseco da estrutura do DNA Relaxado Superenrolado Eletromicrografias de DNAs de dupla hélice circular: as conformações variam desde relaxado até fortemente supertorcido

DNA supertorcido: solenóide O DNA solenoidal também é supertorcido negativamente, porém apresenta voltas apertadas e, por isto, é mais compacto que a estrutura plectonêmica Embora bastante diferentes, as duas estruturas são interconversíveis Plectonêmico Solenóide Baixa compactação Alta compactação A estrutura solenoidal é estabilizada pela ligação com proteínas Forma encontrada na cromatina A supertorção solenoidal explica como o subenrolamento contribui para a compactação do DNA

Cromatina: DNA compactado O DNA na cromatina esta associado com proteínas chamadas histonas, que empacotam e ordenam o DNA em unidades estruturais chamadas nucleossomos Centro histônico do nucleossomo DNA de ligação Eletromicrografia dos nucleossomos regularmente espaçados Centro histônico DNA de ligação

Nucleossomos são compactados pela Histona H1 para formarem estruturas regulares altamente ordenadas E o posicionamento do nucleossomo é determinado pela propensaõ do DNA a formar alças e pela presença de outras proteínas que se ligam ao DNA

Nucleossomo: colar de contas fibras de 30 nm

DNA: níveis superiores de compactação Um espiral (30 rosáceas) Duas cromátides Um espiral (30 rosáceas) Uma rosácea (6 alças) Uma alça Fibra de 30 nm Nucleossomo Andaime DNA

RNA: fita simples Conformação helicoidal à direita 3’ 5’ Conformação helicoidal à direita Interações de empilhamento de bases Substituição de timina por uracila e a pentose é a ribose Entretanto, seqüências autocomplementares conduzem à estruturas mais complexas e irregulares Fita simples Saliência Alça interna Grampo Dupla hélice do grampo

RNA transportador Citosol Lúmem do RE Ribossomos Retículo endoplasmático rugoso Sítio do aminoácido Anticódom Braço D Braço TC Braço TC Braço do aminoácido Braço D RNA tranportador: estrutura em folha de trevo e tridimencional

RNA ribossômico Direção da tradução Estrutura secundária dos RNAr 16S e 5S de E. coli O RNAs ribossômicos apresentam extensos pareamentos intracadeia e estrutura relativamente complexa Ribossomo de E. coli