Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Biologia

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1 Ciências da Natureza e suas Tecnologias - Biologia
Ensino Médio, 1ª Série Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular

2 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Os ácidos nucleicos são assim chamados por seu caráter ácido, e por terem sido originalmente descobertos no núcleo das células. A partir da década de 1940, os ácidos nucleicos passaram a ser intensivamente estudados, pois se descobriu que eles formam os genes responsáveis pela herança biológica.(1). .

3 Os ácidos nucleicos são constituídos por três tipos de componentes:
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Os ácidos nucleicos são constituídos por três tipos de componentes: glicídios do grupo das pentoses; ácido fosfórico; bases nitrogenadas. Esses componentes organizam-se em trios moleculares denominados nucleotídios, que se encadeiam às centenas ou aos milhares para formar uma molécula de ácido nucleico.

4 Representação de nucleotídio
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular base nitrogenada NUCLEOTÍDEO ácido fosfórico desoxirribose Imagem: NEUROticker / public domain Representação de nucleotídio

5 Há dois tipos de ácidos nucleicos:
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Há dois tipos de ácidos nucleicos: ácido desoxirribonucleico conhecido como DNA; ácido ribonucleico conhecido como RNA. Essas substâncias apresentam, respectivamente, desoxirribose e ribose em suas moléculas. Dos cinco tipos de base nitrogenadas presentes nos ácidos nucleicos, três ocorrem tanto no DNA quanto no RNA. adenina (A), citosina (C), guanina (G)

6 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular A base nitrogenada timina (T) ocorre exclusivamente no DNA, enquanto a base uracila(U) ocorre exclusivamente no RNA. Disso decorre que uma molécula de DNA, por maior que seja, terá apenas 4 tipos de nucleotídeos, todos possuindo desoxirribose, no entanto, diferindo quanto ao tipo de base. Já numa molécula de RNA, os 4 tipos de nucleotídeos terão a ribose, e uma das 4 bases nitrogenadas.

7 Representação de bases nitrogenadas, açucares e ácido fosfórico.
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular BASES PIRIMÍDICAS Citosina Timina Uracila ÁCIDO FOSFÓRICO AÇÚCARES Imagens de cima para baixo e da esquerda para a direita: (a) Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License. (b) cacycle / GNU Free Documentation License. (c) NEUROticker / public domain. (d) Yikrazuul / public domain. (e) Richard Wheeler / GNU Free Documentation License. (f) NEUROticker / public domain. (g) cacycle / GNU Free Documentation License. (h) Ed (Edgar181) / public domain. (i) NEUROticker / public domain. Desoxirribose Ribose BASES PÚRICAS Adenina Guanina NUCLEOTÍDEO (DNA) Representação de bases nitrogenadas, açucares e ácido fosfórico.

8 As bases nitrogenadas são classificadas em pirimídicas e púricas .
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular As bases nitrogenadas são classificadas em pirimídicas e púricas . A bases pirimídicas são formadas por uma cadeia fechada com quatro átomos de carbono e dois de nitrogênio. São elas: citosina (C), timina (T), uracila (U). As bases púricas, por sua vez, apresentam estrutura química constituída por duas cadeias fechadas, e também chamadas aneis. São elas: adenina (A) ou guanina (G).

9 Estrutura dos ácidos nucleicos
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Estrutura dos ácidos nucleicos Moléculas de DNA são constituídas por duas cadeias de nucleotídeos enroladas uma sobre a outra, lembrando um escada helicoidal. As duas cadeias mantêm-se unidas entre si por meio de um tipo especial de ligação, a ligação de hidrogênio (ou ponte de hidrogênio) entre pares de bases específicos.

10 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular A adenina emparelha-se e forma ponte de hidrogênio com timina; a guanina emparelha-se e forma ponte de hidrogênio com citosina. Moléculas de RNA são geralmente formadas por cadeia única, que se enrola sobre si mesma. Alguns vírus, no entanto, como o do mosico-do-tabaco, possuem RNA de dupla-cadeia (2).

11 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Nucleotídeo Bases nitrogenadas Pontes de hidrogênio Cadeia de açúcares e fosfatos Imagens da esquerda para a direita: (a) Mirmillon / public domain. (b) Zephyris / GNU Free Documentation License. (c) Elapied e Stw / public domain. Diferentes formas de representar uma molécula de DNA: representação plana: duas cadeias por duas bases nitrogenadas, representada na seleção retangular acima um nucleotídeo. Representado da dupla-hélice no espaço, mostrando as ligações de ponte de hidrogênio. Representação dos átomos por modelos de esfera.

12 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular A molécula de DNA possui uma configuração estrutural bastante distinta. O modelo inicial que explica a estrutura do DNA foi proposto por James D. Wastson e Francis H.C. Crick em 1953. Segundo eles, a molécula de DNA é uma fita dupla constituída por duas cadeias paralelas que correm em direções opostas. Os emparelhamentos são estabelecidos graças à afinidade química entre as bases adenina e timina (A-T) e guanina e citosina (G-C).

13 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Notamos que a ligação se faz sempre entre uma base púrica e uma base pirimídica e que há afinidade química somente entre adenina, e timina, e guanina e citosina. Na verdade, essa afinidade pode ser constatada observando-se as ligações que se estabelecem entre as bases e que se chamam ponte de hidrogênio. Estas são ligações fracas que ocorrem entre átomos de hidrogênio e alguns outros maiores que ele, entre os quais estão o oxigênio,o nitrogênio e o flúor.

14 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular O modelo adotado até hoje abriu um novo e importante campo de estudo: o da genética molecular. Isso rendeu a Watson, a Crick e a Wilkins o prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia de 1962. Imagem: Mirmillon / public domain Imagem: Giac83 / public domain Molécula de DNA dupla-hélice. Detalhe de uma molécula de DNA, evidenciando o pareamento de bases nitrogenadas

15 O RNA tem origem a partir da molécula de DNA.
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular O RNA tem origem a partir da molécula de DNA. O RNA, ou ácido ribonucleico, é uma molécula em cadeia simples, apresentando uma estrutura primária semelhante à do DNA. Como principais diferenças em relação ao DNA, o RNA (3): Imagem: Estrutura química do RNA / Narayanese / GNU Free Documentation License Imagem: Joz1340 / Public Domain.

16 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular possui a ribose em vez da 2`-desoxirribose, o que lhe confere uma desvantagem estrutural, pois torna-se menos resistente à hidrólise; é composto por duas bases heterocíclicas da família das purinas (guanina e adenina) e duas pirimidinas (citosina e uracila, em detrimento da timina, presente no DNA) (4);

17 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular apresenta-se, normalmente, sob a forma de cadeia simples, podendo ocorrer emparelhamento das bases a nível intramolécular (o que torna o RNA não redundante), assumindo formas complexas e pouco usuais; Tal como no DNA, no RNA, os nucleotídeos estão ligados por ligações fosfodiéster 3'-5'. Apesar destes ácidos nucleicos poderem formar duplexos, estão normalmente sob a forma de cadeia simples (5);

18 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Representação estrutural de um ribonucleotídeo, mais especificamente da uridina-5'-monofosfato (ou ácido 5'-uridílico). Os RNA, existem na célula como produto direto de genes e pertencem a 3 classes distintas: o RNA mensageiro (mRNA), o qual alberga informação que posteriormente será traduzida numa proteína;

19 o RNA ribossomal (rRNA), componente principal do ribossoma;
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular o RNA ribossomal (rRNA), componente principal do ribossoma; e o RNA de transferência (tRNA), que funciona como uma molécula transportadora de aminoácidos no decorrer do processo de tradução (6).

20 (Complexo rRNA/Proteína)
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Citoplasma Transcrição Núcleo Translação Proteína Ribossoma (Complexo rRNA/Proteína) Imagem: Autor desconhecido / domínio público

21 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular AUCG’s DNA ácido desoxirribonucleico RNA ácido ribonucleico esqueleto fosfoglicídico par de bases ATCG’s bases azotadas citosina guanina adenina timina uracilo Substitui timina no RNA Imagem: Da lateral esquerda: (a) Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License; (b) Ed (Edgar181) / public domain.(c) cacycle / GNU Free Documentation License. (d) cacycle / GNU Free Documentation License. Central: (e) Boumphreyfr / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. (f) Boumphreyfr / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported. Da lateral direita: (g) Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License. (h) Ed (Edgar181) / public domain. (i) cacycle / GNU Free Documentation License. (j) NEUROticker / public domain.

22 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular A duplicação do DNA O modelo estrutural do DNA proposto por Watson e Crick explica a duplicação dos genes: as duas cadeias do DNA se separam e cada uma delas orienta a fabricação de uma metade complementar. O experimento dos pesquisadores Meselson e Stahl confirmou que a duplicação do DNA é semiconservativa, isto é, que metade da molécula original se conserva íntegra em cada uma das duas moléculas-filhas (7).

23 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Imagem: Madprime / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported No processo de duplicação do DNA, as pontes de hidrogênio entre as bases se rompem e as duas cadeias começam a se separar. À medida que as bases vão sendo expostas, nucleotídeos que vagam pelo meio ao redor vão se unindo a elas, sempre respeitando a especificidade de emparelhamento:

24 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular A com T, T com A, C com G e G com C. Uma vez ordenados sobre a cadeia que está servindo de modelo, os nucleotídeos se ligam em sequência e formam uma cadeia complementar sobre cada uma das cadeias da molécula original. Assim, uma molécula de DNA reproduz duas moléculas idênticas a ela (8).

25 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Esquema de duplicação de DNA Timina Adenina Guanina Citosina Imagem: Madprime / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported

26 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Diversos aspectos da duplicação do DNA já foram desvendados pelos cientistas. Hoje, sabe-se que há diversas enzimas envolvidas nesse processo. Certas enzimas desemparelham as duas cadeias de DNA, abrindo a molécula. Outras desenrolam a hélice dupla, e há, ainda, aquelas que unem os nucleotídeos entre si. A enzima que promove a ligação dos nucleotídeos é conhecida como DNA polimerase, pois sua função é construir um polímero (do grego poli, muitas, e meros, parte) de nucleotídeos (9).

27 Transcrição da informação genética
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Transcrição da informação genética A síntese de RNA (mensageiro, por exemplo) se inicia com a separação das duas fitas de DNA. Apenas uma das fitas do DNA serve de molde para a produção da molécula de RNAm. A outra fita não é transcrita. Essa é uma das diferenças entre a duplicação do DNA e a produção do RNA (10). Imagem: Forluvoft / domínio público

28 As outras diferenças são:
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular As outras diferenças são: os nucleotídeos utilizados possuem o açúcar ribose no lugar da desoxirribose; há a participação de nucleotídeos de uracila no lugar de nucleotídeos de timina; Assim, se na fita de DNA que está sendo transcrita aparecer adenina, encaminha-se para ela um nucleotídeo complementar contendo uracila (11);

29 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Imaginando um segmento hipotético de um filamento de DNA com a sequência de bases: DNA- ATGCCGAAATTTGCG O segmento de RNAm formado na transcrição terá a sequência de bases (12): RNA- UACGGCUUUAAACGC

30 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Em uma célula eucariótica, o RNAm produzido destaca-se de seu molde e, após passar por um processamento, atravessa a carioteca e se dirige para o citoplasma, onde se dará a síntese proteica. Com o fim da transcrição, as duas fitas de DNA seu unem novamente, refazendo-se a dupla hélice (13).

31 DIFERENÇAS DNA E RNA COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Transcrição: DNA faz RNA DIFERENÇAS DNA E RNA DNA RNA Açúcar desoxirribose ribose Filamento duplo simples Função Inf. genética Sint. proteínas Bases Nitrogenadas Piridiminas: Citosina e Timina Purinas: Adenina e Guanina Piridiminas: Citosina e Uracila Imagem: Boumphreyfr/ Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada

32 Trifosfato de adenosina (ATP)
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Trifosfato de adenosina (ATP) As células necessitam de suprimento constante de energia para manter sua organização e sua funcionamento. A energia, que provém primariamente de degradação de moléculas orgânicas do alimento, encontra-se armazenada em moléculas de uma substância chamada trifosfato de adenosina.

33 Essa substância tem por função:
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Essa substância tem por função: captar a energia liberada nas reações exergônicas (ou seja, aquelas que liberam energia); armazená-las em ligações moleculares de alta energia; transferir energia para processos endergônicos (isto é, que absorvem energia).

34 Estrutura química do ATP
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Estrutura química do ATP Do ponto de vista químico, o ATP é um nucleotídeo que é constituído pela base nitrogenada adenina, unida ao glicídio ribose, unido, por sua vez, a três grupos fosfatos encadeados. As ligações químicas entre dois fosfatos do ATP são ligações de alta energia; são representadas graficamente pelo símbolo ~.

35 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Adenina Imagem: Batterytime/ domínio público Grupo fosfato Ribose Formula estrutural do ATP. A partir da molécula formada pela adenina e pela ribose é chamada adenosina. A adição de um fosfato à adenosina origina o monofosfato de adenosina (AMP) , a adição de um segundo fosfato dá origem ao disfosfato de adenosina (ADP) e a um terceiro fosfato origina o trifosfato de adenosina (ATP).

36 Recursos extras COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular Recursos extras Apresentação de animações do youtube; Música dos ácidos nucleicos. Construção de modelo 3D em goma da molécula de DNA (DNA comestível).

37 EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular EXERCÍCIO DE APLICAÇÃO 01. Numa molécula de DNA, a quantidade de... a) adenina mais timina é igual à de citosina mais guanina. b) citosina mais uracila é igual à de timina mais adenina. c) uracila mais adenina é igual à de citosina mais guanina. d) guanina mais timina é igual à de citosina mais uracila. e) adenina mais citosina é igual à de guanina mais timina.

38 02. O que significa: DNA e RNA?
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular 02. O que significa: DNA e RNA? 03. As bases nitrogenadas podem dividir-se em dois grupos. Caracterize esses dois grupos, indicando as bases constituintes. 04.Desenhe a composição de um nucleotídeo, identificando suas partes.

39 05. A molécula de DNA é constituída por...
COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular 05. A molécula de DNA é constituída por... a) uma cadeia de polipeptídeos unidos por pontes de hidrogênio. b) duas cadeias de polipeptídeos formando uma dupla hélice. c) uma cadeia de nucleotídeos que tem a capacidade de se replicar. d) duas cadeias de nucleotídeos unidas por pontes de e) duas cadeias de bases nitrogenadas unidas por polipeptídeos.

40 COMPONENTE CURRICULAR: BIOLOGIA - Série 1º Ano
Tópico: Os ácidos nucleicos (DNA): composição e estrutura molecular REFERÊNCIAS J.M. Amabis; G.R. Martho; Fundamentos da Biologia Moderna,4.Ed,São Paulo:Moderna.2006. Carvalho, Wanderley; Biologia em Foco, volume único – São Paulo: FTD, 2002.

41 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
4 NEUROticker / public domain 23/04/2012 7a Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License 7b cacycle / GNU Free Documentation License 7c 7d Yikrazuul / public domain 7e Richard Wheeler / GNU Free Documentation License 7f 7g 7h Ed (Edgar181) / public domain 7i 11a Mirmillon / public domain

42 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
11b Zephyris / GNU Free Documentation License 23/04/2012 11c Elapied e Stw / public domain 14a Mirmillon / public domain 25/04/2012 14b Giac83 / public domain 15a Estrutura química do RNA / Narayanese / GNU Free Documentation License 27/04/2012 15b Joz1340 / Public Domain. 20 Autor desconhecido / domínio público 26/04/2012 21a Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License 21b Ed (Edgar181) / public domain 21c cacycle / GNU Free Documentation License 21d

43 Tabela de Imagens Slide Autoria / Licença Link da Fonte Data do Acesso
21e Boumphreyfr / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 23/04/2012 21f 21g Michał Sobkowski / GNU Free Documentation License 21h Ed (Edgar181) / public domain 21i cacycle / GNU Free Documentation License 21j NEUROticker / public domain 23 Madprime / Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported 25/04/2012 27 Forluvoft / domínio público 25 31a Boumphreyfr/ Creative Commons - Atribuição - Partilha nos Mesmos Termos 3.0 Não Adaptada 26/04/2012 35 Batterytime/ domínio público