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ÁCIDOS NUCLÉICOS
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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 + • • -
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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
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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
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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)
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LIGAÇÃO ENTRE DUAS FITAS DE DNA
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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
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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
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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?
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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Nucleossomo: colar de contas
fibras de 30 nm
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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
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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
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RNA transportador Citosol Lúmem do RE Ribossomos Retículo endoplasmático rugoso Sítio do aminoácido Anticódom Braço D Braço TC Braço TC Braço do aminoácido Braço D RNA tranportador: estrutura em folha de trevo e tridimencional
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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
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