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3.5: Ácidos Nucleicos - Biologia

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Habilidades para desenvolver

  • Descreva a estrutura dos ácidos nucléicos e defina os dois tipos de ácidos nucléicos
  • Explique a estrutura e o papel do DNA
  • Explicar a estrutura e funções do RNA

Os ácidos nucléicos são as macromoléculas mais importantes para a continuidade da vida. Eles carregam a planta genética de uma célula e carregam instruções para o funcionamento da célula.

DNA e RNA

Os dois tipos principais de ácidos nucléicos são o ácido desoxirribonucléico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA). O DNA é o material genético encontrado em todos os organismos vivos, desde bactérias unicelulares até mamíferos multicelulares. É encontrada no núcleo dos eucariotos e nas organelas, cloroplastos e mitocôndrias. Em procariontes, o DNA não está contido em um envelope membranoso.

Todo o conteúdo genético de uma célula é conhecido como seu genoma, e o estudo dos genomas é a genômica. Em células eucarióticas, mas não em procariotas, o DNA forma um complexo com proteínas histonas para formar a cromatina, a substância dos cromossomos eucarióticos. Um cromossomo pode conter dezenas de milhares de genes. Muitos genes contêm a informação para fazer produtos proteicos; outros genes codificam para produtos de RNA. O DNA controla todas as atividades celulares, ativando ou desativando os genes.

O outro tipo de ácido nucléico, o RNA, está mais envolvido na síntese de proteínas. As moléculas de DNA nunca deixam o núcleo, mas usam um intermediário para se comunicar com o resto da célula. Esse intermediário é o RNA mensageiro (mRNA). Outros tipos de RNA - como rRNA, tRNA e microRNA - estão envolvidos na síntese de proteínas e sua regulação.

O DNA e o RNA são constituídos por monômeros conhecidos como nucleotídeos. Os nucleotídeos se combinam para formar um polinucleotídeo, DNA ou RNA. Cada nucleotídeo é feito de três componentes: uma base nitrogenada, um açúcar pentose (cinco carbonos) e um grupo fosfato (Figura ( PageIndex {1} )). Cada base nitrogenada em um nucleotídeo está ligada a uma molécula de açúcar, que está ligada a um ou mais grupos fosfato.

As bases nitrogenadas, componentes importantes dos nucleotídeos, são moléculas orgânicas e têm esse nome porque contêm carbono e nitrogênio. São bases porque contêm um grupo amino que tem o potencial de se ligar a um hidrogênio extra e, assim, diminuir a concentração de íons hidrogênio em seu ambiente, tornando-o mais básico. Cada nucleotídeo no DNA contém uma das quatro bases nitrogenadas possíveis: adenina (A), guanina (G) citosina (C) e timina (T).

A adenina e a guanina são classificadas como purinas. A estrutura primária de uma purina é composta por dois anéis de carbono-nitrogênio. Citosina, timina e uracila são classificadas como pirimidinas que possuem um único anel de nitrogênio-carbono como estrutura primária (Figura ( PageIndex {1} )). Cada um desses anéis básicos de carbono-nitrogênio possui diferentes grupos funcionais ligados a ele. Em abreviatura de biologia molecular, as bases nitrogenadas são simplesmente conhecidas por seus símbolos A, T, G, C e U. O DNA contém A, T, G e C, enquanto o RNA contém A, U, G e C.

O açúcar pentose no DNA é a desoxirribose, e no RNA, o açúcar é a ribose (Figura ( PageIndex {1} )). A diferença entre os açúcares é a presença do grupo hidroxila no segundo carbono da ribose e do hidrogênio no segundo carbono da desoxirribose. Os átomos de carbono da molécula de açúcar são numerados como 1 ′, 2 ′, 3 ′, 4 ′ e 5 ′ (1 ′ é lido como “um primo”). O resíduo de fosfato é ligado ao grupo hidroxila do carbono 5 ′ de um açúcar e ao grupo hidroxila do carbono 3 ′ do açúcar do próximo nucleotídeo, que forma uma ligação fosfodiéster 5′ – 3 ′. A ligação fosfodiéster não é formada por uma simples reação de desidratação como as outras ligações que conectam monômeros em macromoléculas: sua formação envolve a remoção de dois grupos fosfato. Um polinucleotídeo pode ter milhares de tais ligações fosfodiéster.

Estrutura de dupla hélice de DNA

O DNA tem uma estrutura de dupla hélice (Figura ( PageIndex {2} )). O açúcar e o fosfato ficam do lado de fora da hélice, formando a espinha dorsal do DNA. As bases nitrogenadas são empilhadas no interior, como degraus de uma escada, aos pares; os pares estão ligados entre si por ligações de hidrogênio. Cada par de bases na dupla hélice é separado do próximo par de bases por 0,34 nm. As duas fitas da hélice correm em direções opostas, o que significa que a extremidade de carbono 5 ′ de uma fita ficará de frente para a extremidade de carbono 3 ′ de sua fita correspondente. (Isso é conhecido como orientação antiparalela e é importante para a replicação do DNA e em muitas interações de ácido nucleico.)

Apenas certos tipos de emparelhamento de bases são permitidos. Por exemplo, uma certa purina só pode emparelhar com uma certa pirimidina. Isso significa que A pode emparelhar com T e G pode emparelhar com C, conforme mostrado na Figura ( PageIndex {3} ). Isso é conhecido como regra complementar básica. Em outras palavras, as fitas de DNA são complementares entre si. Se a sequência de uma fita for AATTGGCC, a fita complementar terá a sequência TTAACCGG. Durante a replicação do DNA, cada fita é copiada, resultando em uma dupla hélice de DNA filha contendo uma fita de DNA parental e uma fita recém-sintetizada.

Art Connection

Ocorre uma mutação e a citosina é substituída por adenina. Que impacto você acha que isso terá na estrutura do DNA?

RNA

O ácido ribonucléico, ou RNA, está principalmente envolvido no processo de síntese de proteínas sob a direção do DNA. O RNA é geralmente de fita simples e é feito de ribonucleotídeos que estão ligados por ligações fosfodiéster. Um ribonucleotídeo na cadeia de RNA contém ribose (o açúcar pentose), uma das quatro bases nitrogenadas (A, U, G e C) e o grupo fosfato.

Existem quatro tipos principais de RNA: RNA mensageiro (mRNA), RNA ribossômico (rRNA), RNA de transferência (tRNA) e microRNA (miRNA). O primeiro, mRNA, carrega a mensagem do DNA, que controla todas as atividades celulares em uma célula. Se uma célula requer a síntese de uma determinada proteína, o gene para esse produto é “ligado” e o RNA mensageiro é sintetizado no núcleo. A sequência de bases do RNA é complementar à sequência de codificação do DNA do qual foi copiada. No entanto, no RNA, a base T está ausente e U está presente em seu lugar. Se a fita de DNA tem uma sequência AATTGCGC, a sequência do RNA complementar é UUAACGCG. No citoplasma, o mRNA interage com os ribossomos e outras máquinas celulares (Figura ( PageIndex {4} )).

O mRNA é lido em conjuntos de três bases conhecidas como códons. Cada códon codifica um único aminoácido. Desta forma, o mRNA é lido e o produto proteico é feito. O RNA ribossomal (rRNA) é um dos principais constituintes dos ribossomos aos quais o mRNA se liga. O rRNA garante o alinhamento adequado do mRNA e dos ribossomos; o rRNA do ribossomo também tem atividade enzimática (peptidiltransferase) e catalisa a formação de ligações peptídicas entre dois aminoácidos alinhados. O RNA de transferência (tRNA) é um dos menores dos quatro tipos de RNA, geralmente com 70-90 nucleotídeos de comprimento. Ele carrega o aminoácido correto para o local da síntese protéica. É o emparelhamento de bases entre o tRNA e o mRNA que permite que o aminoácido correto seja inserido na cadeia polipeptídica. Os microRNAs são as menores moléculas de RNA e seu papel envolve a regulação da expressão gênica, interferindo na expressão de certas mensagens de mRNA. A Tabela ( PageIndex {1} ) abaixo resume as características de DNA e RNA.

Tabela ( PageIndex {1} ): Características do DNA e do RNA.

Características do DNA e RNA
DNARNA
FunçãoCarrega informação genéticaEnvolvido na síntese de proteínas
LocalizaçãoPermanece no núcleoSai do núcleo
EstruturaDupla héliceNormalmente de fita simples
AçúcarDesoxirriboseRibose
PirimidinasCitosina, timinaCitosina, uracila
PurinasAdenina, guaninaAdenina, guanina

Mesmo que o RNA seja de fita simples, a maioria dos tipos de RNA mostra um extenso par de bases intramoleculares entre sequências complementares, criando uma estrutura tridimensional previsível essencial para sua função.

Como você aprendeu, o fluxo de informações em um organismo ocorre do DNA ao RNA e às proteínas. O DNA dita a estrutura do mRNA em um processo conhecido como transcrição, e o RNA dita a estrutura da proteína em um processo conhecido como tradução. Isso é conhecido como o Dogma Central da Vida, válido para todos os organismos; entretanto, exceções à regra ocorrem em conexão com infecções virais.

Link para aprendizagem

Para saber mais sobre DNA, explore as animações BioInteractive do Howard Hughes Medical Institute sobre o tema DNA.

Resumo

Os ácidos nucléicos são moléculas compostas de nucleotídeos que direcionam as atividades celulares, como a divisão celular e a síntese de proteínas. Cada nucleotídeo é composto de um açúcar pentose, uma base nitrogenada e um grupo fosfato. Existem dois tipos de ácidos nucléicos: DNA e RNA. O DNA carrega o projeto genético da célula e é passado de pais para filhos (na forma de cromossomos). Ele tem uma estrutura de dupla hélice com as duas fitas correndo em direções opostas, conectadas por ligações de hidrogênio e complementares entre si. O RNA é de fita simples e é feito de um açúcar pentose (ribose), uma base nitrogenada e um grupo fosfato. O RNA está envolvido na síntese de proteínas e sua regulação. O RNA mensageiro (mRNA) é copiado do DNA, é exportado do núcleo para o citoplasma e contém informações para a construção de proteínas. O RNA ribossomal (rRNA) é uma parte dos ribossomos no local da síntese protéica, enquanto o RNA de transferência (tRNA) carrega o aminoácido para o local da síntese protéica. microRNA regula o uso de mRNA para a síntese de proteínas.

Art Connections

[link] Ocorre uma mutação e a citosina é substituída por adenina. Que impacto você acha que isso terá na estrutura do DNA?

[link] A adenina é maior do que a citosina e não será capaz de emparelhar corretamente com a guanina na fita oposta. Isso fará com que o DNA inche. As enzimas de reparo do DNA podem reconhecer a protuberância e substituir o nucleotídeo incorreto.

Perguntas de revisão

Um nucleotídeo de DNA pode conter ________.

  1. ribose, uracila e um grupo fosfato
  2. desoxirribose, uracila e um grupo fosfato
  3. desoxirribose, timina e um grupo fosfato
  4. ribose, timina e um grupo fosfato

C

Os blocos de construção dos ácidos nucléicos são ________.

  1. açúcares
  2. bases nitrogenadas
  3. peptídeos
  4. nucleotídeos

D

Resposta livre

Quais são as diferenças estruturais entre RNA e DNA?

O DNA tem uma estrutura de dupla hélice. O açúcar e o fosfato estão fora da hélice e as bases nitrogenadas estão no interior. Os monômeros do DNA são nucleotídeos contendo desoxirribose, uma das quatro bases nitrogenadas (A, T, G e C) e um grupo fosfato. O RNA é geralmente de fita simples e é feito de ribonucleotídeos que estão ligados por ligações fosfodiéster. Um ribonucleotídeo contém ribose (o açúcar pentose), uma das quatro bases nitrogenadas (A, U, G e C) e o grupo fosfato.

Quais são os quatro tipos de RNA e como eles funcionam?

Os quatro tipos de RNA são RNA mensageiro, RNA ribossômico, RNA de transferência e microRNA. O RNA mensageiro carrega as informações do DNA que controla todas as atividades celulares. O mRNA se liga aos ribossomos que são constituídos de proteínas e rRNA, e o tRNA transfere o aminoácido correto para o local da síntese protéica. microRNA regula a disponibilidade de mRNA para tradução.

Glossário

ácido desoxirribonucléico (DNA)
molécula de dupla hélice que carrega as informações hereditárias da célula
RNA mensageiro (mRNA)
RNA que carrega informações do DNA para os ribossomos durante a síntese de proteínas
ácido nucleico
macromolécula biológica que carrega o projeto genético de uma célula e carrega instruções para o funcionamento da célula
nucleotídeo
monômero de ácidos nucléicos; contém um açúcar pentose, um ou mais grupos fosfato e uma base nitrogenada
fosfodiester
ligação ligação química covalente que mantém juntas as cadeias polinucleotídicas com um grupo fosfato ligando dois açúcares pentose de nucleotídeos vizinhos
polinucleotídeo
longa cadeia de nucleotídeos
purina
tipo de base nitrogenada no DNA e RNA; adenina e guanina são purinas
pirimidina
tipo de base nitrogenada no DNA e RNA; citosina, timina e uracila são pirimidinas
ácido ribonucleico (RNA)
molécula de fita simples, muitas vezes emparelhada internamente, que está envolvida na síntese de proteínas
RNA ribossomal (rRNA)
RNA que garante o alinhamento adequado do mRNA e dos ribossomos durante a síntese de proteínas e catalisa a formação da ligação peptídica
transcrição
processo através do qual o RNA mensageiro se forma em um molde de DNA
RNA de transferência (tRNA)
RNA que carrega aminoácidos ativados para o local de síntese de proteínas no ribossomo
tradução
processo através do qual o RNA direciona a formação da proteína


Assista o vídeo: AP Biology Sec - Nucleic Acids (Outubro 2022).