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Nucleotídeos e Ácidos Nucléicos
Raquel Benevides
Nucleotídeos e Ácidos Nucléicos
Básico
A estrutura do Ácido Nucléico
A química do Ácido Nucléico
Outras Funções dos Nucleotídios
1. Básico
Nucleotídeos e Ácidos Nucléicos
Introdução
A capacidade de armazenar e transmitir a informação genética de uma geração para a seguinte é uma condição fundamental para a vida.
DNA: “molécula da vida”
Histórico
Friederich Miescher (1869), Tügingen – sul da Alemanha
Exame de células do “pus” humano
Presença de um Glóbulo Central: Núcleo celular
Isolamentos dos Núcleos celulares
Enzima digestiva – pepsina
Substância química desconhecida rica em fósforo: Nucleína
Caráter ácido: Ácido Nucléico
O DNA armazena a informação genética
1944: Oswald Avery, Colin MacLeod e Maclyn
1952: Experimento de Hershey-Chase
Nucleotídeos
Nucleotídeos: unidades dos ácidos nucléicos;
Funções:
Informação genética: DNA
Síntese de Proteínas: RNA
Cofatores Enzimáticos: NAD, FAD
Comunicação Celular: AMPc
Armazenamento de Energia: ATP
Ácidos Nucléicos
São polímeros de nucleotídeos;
 Responsáveis pela armazenamento, transmissão e tradução da informação genética;
Tipos:
DNA = Ácido Desoxirribonucléico
RNA = Ácido Ribonucléico 
Ácidos Nucléicos
DNA: Armazenamento da informacão genética
Estabilidade
RNA: várias funções
RNA ribossomal (rRNA) - componentes estruturais de ribossomos
RNA mensageiro (mRNA) - intermediário
RNA transferência (tRNA) - moléculas adaptadoras que traduzem informação do mRNA em amino ácidos
Dogma Central da Biologia
Fluxo da Informação Genética
2. A estrutura do Ácido Nucléico
Nucleotídios e Ácidos Nucléicos
Nucleotídios e Ácidos Nucléicos: bases e pentoses
Nucleotídio:
Açúcar;
Base nitrogenada;
Fosfato.
1) Açúcar: Pentose
	Pentoses dos Ácidos Nucléicos	
	RNA	DNA
	No RNA a pentose presente é a Ribose	No DNA a Pentose presente é a Desoxirribose
		
Nucleotídios e Ácidos Nucléicos
2) Bases Nitrogenadas
Tipos: Existem 5 tipos de bases nitrogenadas.
São bases do DNA
Adenina
Timina
Guanina
Citosina
São bases do RNA
Adenina
Uracila
Guanina
Citosina
Nucleotídios e Ácidos Nucléicos
2) Bases Nitrogenadas
Tipos:
Nucleotídios e Ácidos Nucléicos
3) Composição Química
Os Ácidos Nucléicos unem-se uns aos outros através de ligações fosfodiéster formando cadeias contendo milhares de nucleotídeos.
 Esqueleto hidrofílico;
 O esqueleto covalente do DNA e
 do RNA está sujeito à hidrólise 
lenta e não enzimática da ligação 
Fosfodiéster.
 Hidrólise do RNA em condições alcalinas
Nucleotídios e Ácidos Nucléicos
Hidrólise do RNA em condições alcalinas
Nucleotídios e Ácidos Nucléicos
4) Pareamento de Bases Nitrogenadas
O Pareamento das Bases Nitrogenadas 
se dá por meio de Ligações de Hidrogênio.
RNA
Como não possui Timina
Adenina ligará sempre com Uracila
Diferenças entre DNA e RNA
Adenina 
Guanina
Citosina 
Timina
Adenina
Guanina
Citosina
Uracila
Purinas
Pirimidinas
Bases Nitrogenadas
DNA
RNA
Desoxirribose
Ribose
Fita dupla
Fita simples
Açúcar
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Outras funções dos nucleotídeos
Nucleotídeos
Nucleotídeos
ATP
Flavina Adenina dinucleotídeo FAD
Outras funções dos nucleotídeos
Nicotinamida Adenina dinucleotídeo NAD
Diferenças entre DNA e RNA
Desaminação
Transformações não enzimáticas
Por quê o DNA contém timina em vez de uracila?
Representação esquemática da cadeia de DNA:
 Oligonucleotídeos e polinucleotídeos
Estrutura do DNA
Interações entre as bases 
nos ácidos nucléicos
 Empilhamento de bases
 Pontes de hidrogênio
As moléculas de DNA possuem composições de bases distintas
 Erwin Chargaff : década de 40
 1 – A composição de bases do DNA geralmente varia de uma espécie para outra
 2 – Espécimes de DNA isoladas de diferentes tecidos da mesma espécie possuem a mesma composição de bases
 3 – A composição de bases do DNA em uma dada espécie não se altera com a idade, estado nutricional ou 
modificação ambiental
 4 – A=T e G=C ; A+G=T+C
O DNA é uma dupla hélice
 Década de 50: Difração de raios-X
 Uma volta: 10pb ou 34Ǻ (10,5/36Ǻ)
 2 sulcos no DNA 
O DNA é uma dupla hélice
Watson e Crick postularam um modelo tridimensional para a estrutura do DNA
2 cadeias independentes 
Dupla hélice, sentido direito
Hélices anti-paralelas
Complementariedade das bases
Eixo externo hidrofílico - deoxiribose + fosfato
Bases hidrofóbicas (planas) no interior
Bases ligadas pontes de H + empilhadas (stacking)
Variação estrutural do DNA
Rotação em 7 ligações, limitação da 4 e da 7:
Púricas  anti ou syn
Pirimídicas  anti
Estrutura do DNA
Pareamento de bases crítico:
Biológico – replicação, transcrição, controle expressão gênica
Análise – Hibridização, PCR, microarranjo, seqüenciamento
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DNA B
É a forma mais abundante na célula
É a forma clássica do DNA
A dupla hélice gira para a direita
DNA A
Forma mais “compacta”
Encontrado nos híbridos DNA:RNA
DNA Z
Seqüências GC repetidas
A dupla hélice gira para a esquerda
Tipos de DNA
Níveis de estrutura do DNA
 Primária: ordem das bases na sequência polinucleotídica
 Secundária: Conformação 3D do esqueleto da molécula
 Terciária: superenrolamento da molécula
 Quaternária: associação com proteínas básicas (histonas)
A T A A T G C C G T A G C T G
T A T T A C G G C A T C G A C
Formas de DNA
Supercoiled, superenrolada, super-hélice
Superenrolamento negativo
Superenrolamento positivo
Relaxada
Certas sequências do DNA adotam estruturas não usuais
Estrutura de RNA
mRNA – 1 a 5 % do RNA total
rRNA – 75 % do RNA total
tRNA – 10 a 15 % do total
hnRNA – RNA heterogêneo nuclear
snRNA – RNA pequeno nuclear
rRNA
tRNA
RNAs mensageiros codificam 
cadeias polipeptídicas
 Encontrados no núcleo e no citoplasma
 RNAm: transporta a informação do DNA até os ribossomos
 RNAm monocistrônico X RNAm policistrônico
 RNAt: moléculas adaptadoras
 RNAr: componentes estruturais dos ribossomos
 Ribozimas: função enzimática
RNAs transportadores são moléculas adaptadoras
Estruturas secundárias do RNA
O RNA não possui uma estrutura secundária regular e simples que sirva com um ponto de referência como é a dupla hélice do DNA.
Estrutura de RNA
3. A química do Ácido Nucléico
Nucleotídios e Ácidos Nucléicos
Propriedades de Nucleotídeos
moléculas altamente conjugadas afetando estrutura, distribuição de elétrons e absorção de luz UV
moléculas planas (pirimidina) ou quase (purina)
absorbância máxima - cerca 260 nm
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Propriedades do DNA
Desnaturação
Renaturação
Hibridização
Efeito da composição de bases
Metilação do DNA
A dupla hélice do DNA e o RNA
 podem ser desnaturados
 Extremos de pH
 Temperatura
 Tm = temp. de fusão
 Renaturação
 Anelamento das bases
Desnaturação
X
Renaturação
Renaturação x hibridização
Ácidos nucléicos de
 diferentes espécies 
podem formar híbridos
COMPOSIÇÃO DE BASES
O conteúdo %CG tem um valor particularmente taxonômico em bactéria onde existe uma grande variação (27% a 76%). Em eucariotos, a variação é bem menor (normalmente %GC= 50% +/- 2 para eucariotos superiores)
DENSIDADE
Densidade
DNA’s com conteúdo %CG diferentes podem ser separados por centrifugação em gradiente de CsCl (Bases GC são mais pesadas que AT)
ESTABILIDADE
DNA é o material hereditário e é extremamente estável. O esqueleto deoxiribose-fosfato é resistente a todo tratamento ácido até pH 4. As bases potencialmente vulneráveis são estocadas no centro hidrofóbica da molécula.
METILAÇÃO DO DNA
As bases no DNA não estão limitadas a somente C, G, T e A. Em alguns organismos, muitas das bases citosinas são modificadas a 5-metil-citosina. Metilação de bases no DNA é comum e é um importante fator na regulação gênica.
Química de Ácidos Nucleicos
Transformações não -enzimáticas
desaminação - perda de grupo amina
alterações espontâneas, baixíssima taxa
perda de amina por C -> U - reconhecido em DNA taxa 10-7 24 h-1
DNA - possui T ao invés de U!
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Transformações não –enzimáticas
hidrólise da ligaçãoN-b-glicosidil entre base e pentose ou Depurinação
ocorre mais para purinas
acelerado em meio ácido
Química de Ácidos Nucleicos
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Transformações não -enzimáticas
radiação UV
condensação de 2 etilenos em ciclobutano
DNA - 2 pirimidinas (T) 
adjacentes -> dímeros
Química de Ácidos Nucleicos
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Transformações não -enzimáticas
agentes ambientais
Desaminantes
alquilantes
Química de Ácidos Nucleicos
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57
4. Técnicas de Análise de DNA
Qual é o objetivo?
	Produzir uma quantidade apreciável de um segmento específico de DNA a partir de uma quantidade mínima
Quais os componentes?
Mg2+
DNA Polimerase
dNTP
Primers
PCR – Reação em Cadeia da Polimerase
Quais os instrumentos?
Termomixer
Termociclador
Eppendorfs
PCR – Reação em Cadeia da Polimerase
 A amostra fornece o RNAm, que é convertido em cDNA
 Composta por 2 etapas: 
transcrição reversa - síntese de uma cadeia de DNA, utilizando-se como molde uma cadeia de RNAm, numa reacção catalisada por uma transcriptase reversa. São utilizados primers de oligonucleotídeos compostos por várias timinas consecutivas (6 a 35), complementares às regiões Poly-A do RNAm
amplificação
 A avaliação do RNAm permite detectar quais as proteínas que estão a ser efetivamente expressas
RT-PCR (Reverse Transcriptase Polymerase Chain Reaction)
Reação de RT– passo a passo
AAAAA
AAAAA
AAAAA
65 ºC + gelo
37 ºC
TTTTT
TTTTT
TTTTT
TTTTT
Transcriptase reversa
dATP
dCTP
dGTP
dTTP
Inibidor de RNase
mRNA
mRNA
1. desnatura
AAAAA
TTTTT
mRNA
2. anelar + alongar
TTTTT
cDNA
AAAAA
37 ºC
RT
cDNA
RT
Transcrição reversa pronta
TTTTT
RT–PCR e amplificação
 RNA total + oligodT
37 ºC – 1 hour
anelar + alongar
65ºC – 10 min
desnatura
Add:
Enzima
dNTPs
Inibidor
RT pronta
RT:
PCR:
DNA pol
dNTPs
primers
tampão
MgCl2
95ºC
3 min
denature
amplify
95ºC – 30 sec
55ºC – 30 sec
72ºC – 1 min
72ºC
10 min
finish
PCR pronta
molde
1-5 ul
Análise em Gel
30 cycles
qPCR (Quantitative)
Sequenciamento Automatizado de Sanger
Síntese química de DNA
Bom Dia!
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