ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS E CROMOSSOMOS Componente curricular: Biologia Molecular Profª Marília Scopel Andrighetti ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS E CROMOSSOMOS

ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS - NUCLEOTÍDEOS Tanto o DNA como o RNA são formados pelo encadeamento de grande número de moléculas menores, os nucleotídeos, formados por três tipos de substâncias químicas: Base nitrogenada, composto por uma cadeia fechada de carbonos que contêm nitrogênio; Uma pentose; Um fosfato. A união da base nitrogenada com o açúcar é chamada nucleosídeo.

NUCLEOTÍDEOS X NUCLEOSÍDEOS

ESTRUTURA DOS ÁCIDOS NUCLÉICOS - NUCLEOTÍDEOS Cinco tipos: Adenina, Guanina, Citosina, Timina e Uracila. Adenina e Guanina: Duplo anel de átomos de carbono (anéis aromáticos); chamadas de purinas ou bases púricas. Citosina, Timina e Uracila: Um anel de carbono; chamadas pirimidinas ou bases pirimídicas. DNA: Adenina – Timina; Citosina – Guanina RNA: Adenina – Uracila; Citosina - Guanina

BASES NITROGENADAS PURINAS PIRIMIDINAS adenina citosina guanina timina  DNA uracila  RNA

PENTOSES DNA: possui uma desoxirribose. Ácido desoxirribonucléico RNA: possui uma ribose. Ácido ribonucléico A ligação de um nucleotídeo com outro é entre o fosfato de uma unidade e a pentose da outra.

PENTOSES

LIGAÇÃO ENTRE A PENTOSE E A BASE NITROGENADA Ligação N- glicosídica – covalente; Hidroxila ligada ao carbono 1 da pentose.

Através de seus grupamentos fosfatos Ligação Fosfodiéster Nucleosídeo Nucleotídeo LIGAÇÃO ENTRE NUCLEOTÍDEOS

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 amino G C grupo ceto grupo ceto e amino e amino

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.

LIGAÇÃO ENTRE DUAS FITAS DE DNA

DUPLA HÉLICE DO DNA Duas fitas se enrolam em torno de um eixo imaginário; Desoxirriboses ficam externas (expostas ao meio aquoso) e bases ficam internas (anéis são hidrofóbicos); Fitas em direções opostas: 5’-3’ e 3’-5’ = FITAS ANTIPARALELAS; As bases ficam pareadas entre as duas fitas, mantendo a estrutura da molécula.

DUPLA HÉLICE DO DNA Devido ao pareamento das bases, as fitas de DNA são ditas COMPLEMENTARES; Isso assegura uma replicação mais precisa; Ligação glicosídica entre a pentose e a base não estão diretamente opostas na dupla-hélice; Tal fato gera duas cavidades: maior e menor; Na cavidade maior, as bases ficam expostas ao solvente, interagindo com moléculas sem precisar romper a estrutura do DNA.

CAVIDADES MAIOR E MENOR DO DNA

FORÇAS QUE ESTABILIZAM A DUPLA-HÉLICE Ligações covalentes – unem os átomos; Forças hidrofóbicas – forçam as bases a se esconderem dentro da dupla hélice; Forças de Van der Walls – entre os anéis aromáticos de bases adjacentes (ao lado); Pontes de hidrogênio – entre as bases adjacentes.

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?

DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO São processos importantíssimos para a replicação, recombinação e transcrição do material genético; Desnaturação: pontes de hidrogênio entre as fitas complementares são rompidas; Renaturação: inverso da desnaturação.

DESNATURAÇÃO Pode ocorrer por aumento de temperatura, tratamento com ácidos ou bases, agentes desnaturantes e  concentração de sal; Pareamento entre as bases não apresenta a mesma estabilidade – separação de GC exige temperaturas mais altas, ou  concentração de agentes desnaturantes, devido à diferenças do número de pontes de hidrogênio.

 [ ] GC  Temperatura  Tm DESNATURAÇÃO Tm: Temperatura na qual 50% do DNA encontra- se desnaturado; A Tm depende da proporção de bases AT em relação à GC;  [ ] GC  Temperatura  Tm

RENATURAÇÃO Ocorre através do resfriamento; O anelamento ocorre a uma temperatura de 25ºC abaixo da Tm; À medida que algumas bases se associam, a velocidade de renaturação aumenta; Caso ocorra um resfriamento abrupto, as fitas de DNA podem colapsar e não renaturar.

A velocidade de renaturação do genoma depende do seu tamanho e da sua complexidade

TIPOS DE DNA Sintético Oligonucleotídeos: sequências curtas e pré- determinadas de DNA sintético; Fisiológicos (in vivo) Tipo B, A e Z: Diferem quanto à conformação e podem facilitar ou dificultar a interação da molécula com proteínas.

DNA TIPO B Forma clássica descrita por Watson e Crick e mais abundante; Dupla-hélice gira para a direita; Conclui uma volta a cada 10pb (pares de base). Obs: Em solução, geralmente o DNA assume a conformação B. Quando há pouca água disponível para interagir com a dupla hélice, o DNA assume a conformação A.

DNA TIPO A Dupla-hélice gira para a direita; Forma desidratada do tipo B; Conclui uma volta a cada 11pb (pares de base); Apresenta estrutura mais curta e larga; Forma presente nas regiões híbridas de DNA:RNA e em RNA dupla fita.

DNA TIPO Z Dupla-hélice gira para a esquerda; Ocorre quando o açúcar e a base nitrogenada ficam do mesmo lado da ligação glicosídica; Cadeia aparece na forma de zigue-zague; Apresenta estrutura mais longa e fina; Conclui uma volta a cada 12pb (pares de base); Em eucariotos o DNA tende a assumir a conformação Z-DNA devido à metilação do DNA.

TOPOISOMERASES Enzimas que promovem a quebra de ligações fosfodiéster; As fitas de DNA podem, assim, passarem uma sobre a outra e alterarem o superenrolamento da molécula; São importantes nos eventos de replicação, transcrição e recombinação; Enzimas alvos de drogas antimicrobianas e anticancerígenas.

ESTRUTURA DO RNA Polímero linear de nucleotídeos unidos por ligações fosfodiéster 5’3’; Ribose - açúcar presente; Timina (T) é substituída pela Uracila (U); Normalmente fita simples, embora possa apresentar pareamento intracadeia (estrutura similar ao DNA tipo A); Alguns vírus apresentam RNA fita dupla como genoma; Híbridos DNA:RNA (estrutura tipo A) são formados na transcrição.

TIPO DE RNA: LOCALIZAÇÃO E FUNÇÃO mRNA (mensageiro): transfere a informação do DNA ao ribossomo para a síntese de proteínas; rRNA (ribossomal): componente dos ribossomos. Representa 75% do RNA total da célula; tRNA (transportador): carrega os resíduos de aminoácidos até os ribossomos para a síntese de proteínas.

mRNA

rRNA e tRNA

CÓDIGO GENÉTICO

TIPO DE RNA: LOCALIZAÇÃO E FUNÇÃO Eucariotos ainda contêm: hnRNA (heterogêneos nucleares): precursores de mRNA; snRNA (pequenos nucleares): ligados a proteínas formando as ribonucleoproteínas (snRNP) que tem função de produzir mRNA funcionais; Ribozimas: pequenos RNAs presentes no núcleo e citoplasma com funções estruturais e catalíticas.

INTERAÇÕES DNA/PROTEÍNAS Proteínas: organizam, replicam e transcrevem as informações do DNA; Não específicas: empacotam e mantêm a estabilidade da molécula; Específicas: ligam-se a sequências definidas de nucleotídeos. Auxiliam o início da transcrição e controlam esse processo.

INTERAÇÕES DNA/PROTEÍNAS Para o reconhecimento do DNA por proteínas, as fitas não precisam estar abertas; Bases expostas são reconhecidas por aminoácidos na cavidade maior (principalmente) e menor do DNA; Os aminoácidos ligam-se às bases por pontes de hidrogênio.

INTERAÇÕES DNA/PROTEÍNAS Competição: duas proteínas reconhecem o mesmo sítio. A ligação depende da [ ] de cada uma e da intensidade da ligação; Cooperação: proteínas só se ligam conjuntamente. Ocorre também com proteínas que só se ligam após a ligação de uma primeira que reconhece a sequência do DNA; Autocooperação: quando proteínas iguais se ligam adjacentes e a primeira facilita a ligação das demais.