O que são ácidos nucleicos?

Ácidos nucleicos

Os ácidos nucléicos são moléculas gigantes (macromoléculas), formadas por unidades monoméricas menores conhecidas como nucleotídeos. Cada nucleotídeo, por sua vez, é formado por três partes:

• um açúcar do grupo das pentoses (monossacarídeos com cinco átomos de carbono);
• um radical “fosfato”, derivado da molécula do ácido ortofosfórico (H3PO4).
• uma base orgânica nitrogenada.

Sabia-se de sua presença nas células, mas a descoberta de sua função como substâncias controladoras da atividade celular foi um dos passos mais importantes da história da Biologia.

 A partir do século XIX, com os trabalhos do médico suíço Miescher, iniciaram-se as suspeitas de que os ácidos nucléicos eram os responsáveis diretos por tudo o que acontecia em uma célula. Em 1953, o bioquímico norte-americano James D. Watson e o biologista molecular Francis Crick propuseram um modelo que procurava esclarecer a estrutura e os princípios de funcionamento dessas substâncias.

O volume de conhecimento acumulados a partir de então caracteriza o mais extraordinário conhecimento biológico que culminou, nos dias de hoje, com a criação da Engenharia Genética, área da Biologia que lida diretamente com os ácidos nucléicos e o seu papel biológico

De seus três componentes (açúcar, radical fosfato e base orgânica nitrogenada) apenas o radical fosfato não varia no nucleotídeo. Os açucares e as bases nitrogenadas são variáveis.

Quanto aos açucares, dois tipos de pentoses podem fazer parte de um nucleotídeo: ribose e desoxirribose(assim chamada por ter um átomo de oxigênio a menos em relação à ribose.

Já as bases nitrogenadas pertencem a dois grupos:

• as púricas: adenina (A) e guanina (G);
• as pirimídicas: timina (T), citosina (C) e uracila (U).

Uma base púrica se liga sempre a uma pirimídica. As bases que se ligam estão na mesma proporção.

Adenina se liga a timina e a uracila por meio de DUAS pontes de hidrogênio. Enquanto a guanina se liga a citosina por meio de TRÊS pontes de hidrogênio.  

EX:   A=T  ,  logo, se há 20% de adenina (A) a timina também terá 20% totalizando 40%. Sobram 60% para as outras bases (G e C), logo 30% para cada uma.

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.

Devido a esta formação a cadeia de DNA fica com uma direção determinada, isto é, em uma extremidade temos livre a hidroxila do carbono-5 da primeira pentose e na outra temos livre a hidroxila do carbono-3 da última pentose.

Isto determina que o crescimento do DNA se faça na direção de 5' para 3'.

DNA e RNA: Qual é a diferença?

É da associação dos diferentes nucleotídeos que se formam as macromoléculas dos dois tipos de ácidos nucléicos: o ácido ribonucleico (RNA) e o ácido desoxirribonucleico (DNA). Eles foram assim chamados em função dos açúcares (glicídios) presente em suas moléculas: O RNA contém o açúcar ribose e o DNA contém o açúcar desoxirribose.

Outra diferença importante entre as moléculas de DNA e a de RNA diz respeito às bases nitrogenadas: no DNA, as bases são citosina, guanina, adenina e timina; no RNA, no lugar da timina, encontra-se a uracila. A importância e o funcionamento dos ácidos nucleicos.

REPLICAÇÃO DO DNA

A primase do DNA atua no início da replicação, sintetizando o primer necessário para começar a síntese da cadeia leading ( a cadeio de DNA que tem sua síntese contínua), e também, durante todo o processo, sintetizando os primers necessários para o início da síntese de cada fragmento de Okazaki. Isso é necessário porque após completar um fregmento de Okazaki, a polimerase do DNA da cadeia lagging( fita descontínua) precisa iniciar a síntese de um novo fragmento.

A molécula de DNA é dotada da capacidade de produzir cópias idênticas a ela mesma, sendo essa propriedade denominada duplicação ou replicação. O modelo de Watson e Crick tem implícito um mecanismo para a duplicação do DNA. Durante a replicação (figura abaixo), ocorre separação das cadeias e cada uma delas serve de molde para a formação do seu complemento. Assim sendo, onde na cadeia original existir uma guanina (G), somente uma citosina (C) deverá se encaixar na nova cadeia ou vice-versa e, onde ocorrer uma adenina (A), apenas uma timina (T) se encaixará na nova cadeia ou vice-versa, formando, em condições normais, apenas pares G-C e A-T. Ao fim do processo, formam-se dois DNAs filhos idênticos ao  paterno. Cada uma das moléculas-filhas (ver figura a seguir) possui uma cadeia do DNA original (filamento original) e outra recém-sintetizada (filamento novo). Em face de cada molécula filha conservar metade da molécula mãe, esse processo de duplicação é chamado semiconservativo (em cada nova molécula formada, um filamento é “velho” e o outro é “novo”).

A replicação é feita em dois sentidos diferentes onde uma das fitas o processo é contínuo (leading) e na outra fita o processo é descontínuo (lagging) que contém os fragmentos de okasaki. Mas sempre da extremidade 5’ para 3’.

ABRA O OIÃO!!!!!

A FITA DESCONTÍNUA, LAGGING, É CHAMADA DE FITA RETARDADA POIS SEU PROCESSO É MAIS LENTO,POIS NECESSITA DE VÁRIOS PRIMERS DE RNA  QUE INICIAM A FORMAÇÃO DOS FRAGMENTOS DE OKASAKI QUE SERÃO UNIDOS PELA DNA LIGASE.

A replicação do DNA depende de um complexo multienzimático (DNA girase ou topoisomerase II, primase, DNA ligase, DNA polimerase I, DNA polimerase III, etc.), bem como de nucleotídeos livres e de uma cadeia de DNA que servirá como matriz ou molde, entre outros fatores. O rompimento das diversas pontes de hidrogênio, a fim de separar as cadeias da molécula original, não constitui dificuldade, pois, apesar de serem altamente específicas, são bastante frágeis. A formação e o rompimento dessas pontes independem da DNA polimerase. A ação dessa enzima (figura abaixo) consiste em catalisar a polimerização dos nucleotídeos, formando a ligação fosfodiéster, com liberação de um difosfato.

Durante a replicação do DNA, cada molécula-filha possui apenas uma das cadeias parentais (indicada em preto na figura seguir) emparelhada com uma cadeia nova (indicada em branco na figura abaixo). As duas cadeias parentais originais permanecem intactas, formando-se sempre duas moléculas-filhas a partir da molécula original.

Reparo do DNA

Comparado com as moléculas de proteínas e com o RNA, que são, via de regra, constantemente reciclados (rapidamente degradas e substituídas por novas moléculas), o DNA é bastante estável. O DNA genômico, entretanto, não está isento de alterações graduais, quer na sua conformação quer na sua estrutura. Sua conformação pode, por exemplo, se modificar à medida que ele sofre condensação e relaxamento, necessários para a realização de funções vitais, como a sua replicação in vivo e a sua expressão gênica via transcrição (síntese de RNA). Alterações estruturais, por seu turno, podem surgir a partir lesões físicas ou químicas de bases nitrogenadas ou de ligações fosfodiéster. Erros também podem surgir como consequência de pareamentos incorretos durante a replicação, a despeito dos mecanismos de auto-correção feitos pelas DNAs polimerases, como veremos adiante. Na ausência de detecção e de reparação correta (figura a seguir), essas lesões podem ser incorporadas ao DNA. Igualmente, uma mutação em um gene de reparo pode inviabilizar o processo de reparação e provocar uma cascata de mutações. Ao contrário das proteínas e dos RNAs que, via de regra, são degradados após lesados, alterações do DNA de procariotos e eucariotos costumam ser reparadas por mecanismos que revertem diretamente a lesão ou substitui a região lesado. Dessa forma, os diversos mecanismos de reparo podem anular os efeitos dos agentes mutagênicos, levando a que a sequência nucleotídica normal seja restaurada e o conteúdo informacional seja preservado. É graças, portanto, a esses mecanismos, presentes em todos os organismos e cuja taxa depende de muitos fatores, como o tipo e a idade da célula, que a vida vem se mantendo e evoluindo na Terra.

Se os processos de reparação fossem 100% eficazes, os agentes mutagênicos não seriam uma ameaça para o DNA. O reparo das mutações, entretanto, pode ser incorreto (figura acima), levando a que a molécula perca sua atividade biológica, o que poderia se traduzir pela inviabilidade da estrutura celular dela dependente. Neste contexto, deve-se levar em consideração também a saturação dos sistemas de reparação devido a volumes elevados de danos que o DNA possa sofrer em um curto intervalo de tempo. Em função disso, poderá haver “replicação” de lesões não reparadas, perpetuando as mutações.

Para sair de situações como essas, as bactérias utilizam sistemas não expressos em células não danificadas, não sendo, portanto, constitutivo e, sim, indutível. Um deles é o sistema de reparo SOS (esquema abaixo), que, por gerar muitos erros no DNA, enquanto procura reparar as lesões, é denominado propenso ao erro. Ele faz com que as DNAs polimerases, paradas em um bloqueio, prossigam incorporando um ou mais nucleotídeo até ultrapassarem a região danificada, atuando, dessa forma, como um mecanismo reparador de emergência. O fato de os erros induzidos pelo sistema SOS ocorrerem no local das lesões sugere que esse mecanismo insere nucleotídeos aleatórios no lugar dos nucleotídeos danificados. Em função disso, esse sistema indutível, que perpetua as mutações, só é utilizado quando todos os mecanismos “isentos” de erros de reparo (reparação constitutiva) não conseguem solucionar o problema, sendo, portanto, usado como último recurso. As células animais também são dotadas de sistema de reparo indutíveis.

Trabalhos diversos têm demonstrado que a mutagênese, na sua grande maioria, decorre de uma relativa imprecisão dos processos de reparação. Essas imprecisões representam um dos principais meios pelos quais danos no DNA, causados por diferentes agentes mutagênicos, induzem a formação de tumores. Com base nisso, conclui-se que os processos de reparo do DNA estão relacionados, direta ou indiretamente, à proteção contra o desenvolvimento de cânceres e outras lesões degenerativas.

Vamos exercitar!!!!

1)      Em uma das fitas de DNA de uma espécie de vírus encontram-se 90 Adeninas e 130 Citosinas. Sabendo-se ainda que nessa fita ocorre um total de 200 bases púricas e 200 bases pirimidinas, assinale a alternativa correta.

a) Na dupla fita de DNA ocorrem 180 Adeninas.

b) Na dupla fita de DNA ocorrem 140 Guaninas.

c) Na fita complementar ocorrem 300 bases púricas e 100 bases pirimidinas.

d) Na fita complementar ocorrem 70 Adeninas e 110 Citosinas.

e) Não é possível determinar a composição de bases nitrogenadas da fita complementar.

2)     (UPE) Admitindo-se que a molécula de DNA seja constituída de 2.000 nucleotídeos e destes 450 sejam de Timina, as percentagens dos 4 tipos de bases nitrogenadas que formam os nucleotídeos são:

a) 22,5% de Adenina; 22,5% de Citosina; 27,5% de Timina; 27,5% de Guanina.

b) 22,5% de Adenina; 22,5% de Timina; 27,5% de Citosina; 27,5% de Guanina.

c) 27,5% de Adenina; 22,5% de Timina; 27,5% de Citosina; 22,5% de Guanina.

d) 27,5% de Timina; 27,5% de Adenina; 22,5% de Citosina; 22,5% de Guanina.

e) 22,5% de Guanina; 27,5% de Citosina; 22,5% de Adenina; 25,5% de Timina.

3)     . Em 1953, James Watson e Francis Crick propuseram ao mundo o modelo do DNA. Em meio século de pesquisa, os avanços nessa área vêm sendo surpreendentes e têm aberto novos horizontes nos vários campos da biotecnologia. No esquema abaixo, está representado, de forma simplificada, o processo de replicação semiconservativo e semidescontínuo dessa molécula.

Baseado na figura e nos seus conhecimentos assinale a alternativa correta.

a) A replicação do DNA requer apenas dois “sistemas” enzimáticos: as DNA polimerases e a DNA ligase.

b) As DNA polimerases só adicionam os novos nucleotídeos na fita em formação, na extremidade 3^‘OH do nucleotídeo já estabilizado.

c) No esquema, B representa a fita líder (leading), que é alongada na direção 3^‘OH→ 5^‘P de forma contínua.

d) A fita A é sintetizada em segmentos longos, com cerca de 10.000 a 20.000 nucleotídeos (fragmentos de Okazaki), e em sentido oposto ao do movimento da forquilha de replicação, com lacunas entre eles.

e) A velocidade de alongamento da fita A é ligeiramente superior à da fita B (fita retardada).

4)      Com relação aos ácidos nucleicos é correto afirmar.

I. As bases purinas são idênticas no DNA e RNA.

II. Tanto o DNA quanto o RNA são formados por bases nitrogenadas, pentose e fosfato.

III. O DNA é formado por um único filamento enquanto que o RNA é formado por dois filamentos ligados entre si por pontes de hidrogênio.

IV. No processo de duplicação do DNA a molécula original (molécula-mãe) dá origem a duas moléculas filhas semiconservativas.

V. No processo de tradução (síntese de proteínas), a sequência de bases do RNAr (RNA ribossômico) é que orienta a incorporação dos aminoácidos na formação das proteínas.

São verdadeiras apenas as afirmativas:

a) I e III.

b) I, II e IV.

c) I, II e III.

d) II, IV e V.

e) IV e V.

5)      (PUC-MG) O esquema a seguir é um processo celular vital, que ocorre também em você.

Nesse processo ocorre produção de, exceto:

a) Macromoléculas de reserva energética.

b) Enzimas usadas, por exemplo, no processo digestivo.

c) Moléculas de defesa do corpo.

d) Moléculas utilizadas nos processos de cicatrização.

6) . (UPE) Na natureza, existem dois tipos celulares básicos: procariontes e eucariontes. Entre os eucariontes, temos células animais e vegetais. Sobre a estrutura química do material genético dos referidos tipos celulares, analise as afirmativas a seguir:

I. Nos procariontes, o DNA (material genético) é composto por unidades chamadas nucleotídeos, constituídos de um açúcar de cinco carbonos, a desoxirribose, uma base nitrogenada e um radical fosfato. No entanto, nos eucariontes, o açúcar é a ribose.

II. Em todos os tipos celulares, o DNA (material genético) é composto de um açúcar, a desoxirribose, uma base nitrogenada (púrica ou pirimídica) e um radical fosfato, formando uma molécula dupla-hélice (modelo de Watson e Crick).

III. Em todos os tipos celulares, o DNA (material genético) é formado por duas cadeias de nucleotídeos, compostos de um açúcar de cinco carbonos, a desoxirribose, um radical fosfato e uma base nitrogenada cujas quantidades de adenina e guanina são iguais bem como as de citosina e timina.

IV. Nos procariontes, seres unicelulares mais simples, o DNA (material genético) é um polinucleotídeo fita simples, enquanto, nos eucariontes, é um polinucleotídeo do tipo dupla-hélice (modelo de Watson e Crick).

V. Em todos os tipos celulares, o DNA (material genético) é uma dupla-hélice resultante de dois polinucleotídeos paralelos, ligados entre si por suas bases, através de pontes de hidrogênio entre pares de bases específicas: a adenina emparelha-se com a timina, e a guanina, com a citosina.

Estão corretas:

a) I e III.

b) II, IV e V.

c) II e V.

d) III e V.

e) IV e V.