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Ácidos Nucléicos DISCIPLINA: Bioquímica e Biologia Celular Professor: Dra Maria Luiza Carneiro Moura Gonçalves Rego Barros ÁCIDOS NUCLÉICOS 1) Conceito: Os Ácidos Nucléicos são macromoléculas, formadas por sequências de nucleotídeos, especializadas no armazenamento, na transmissão e no uso da informação genética. Existem dois tipos de Ácidos Nucléicos: a) DNA (Ácido Desoxirribonucléico) b) RNA (Ácido Ribonucléico) 2) Composição Química Os Ácidos Nucléicos são compostos por monômeros chamados nucleotídeos. Estrutura de um nucleotídeo: 1 Fosfato 1 Pentose 1 Base Nitrogenada Nucleotídeo 2) Composição Química Os Ácidos Nucléicos unem-se uns aos outros através de ligações fosfodiéster formando cadeias contendo milhares de nucleotídeos. Fosfato Ligações Fosfodiéster ÁCIDOS NUCLÉICOS ÁCIDOS NUCLÉICOS 3) Bases Nitrogenadas 3.1) Tipos: Existem 5 tipos de bases nitrogenadas. São bases do DNA Adenina Timina Guanina Citosina São bases do RNA Adenina Uracila Guanina Citosina Podemos verificar que: Timina (T) está presente somente no DNA E Uracila somente no RNA ÁCIDOS NUCLÉICOS 3) Bases Nitrogenadas 3.2) Classificação: As Bases Nitrogenadas podem ser classificadas quanto ao número de anéis. Bases Pirimídicas Contém apenas 1 anel na estrutura molecular Bases Púricas Contém 2 anéis na estrutura molecular ÁCIDOS NUCLÉICOS 3) Bases Nitrogenadas 3.3) Pareamento de Bases Nitrogenadas O Pareamento das Bases Nitrogenadas se dá por meio de Ligações de Hidrogênio. No DNA Adenina sempre se liga a Timina e vice-versa Adenina Timina Formação de 2 ligações de Hidrogênio No DNA Guanina sempre se liga a Citosina e vice-versa Formação de 3 ligações de Hidrogênio CitosinaGuanina No RNA Como não possui Timina, Adenina se liga a Uracila ÁCIDOS NUCLÉICOS 3) Bases Nitrogenadas 3.3) 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 E vice-versa ÁCIDOS NUCLÉICOS 4) Pentose Pentoses dos Ácidos Nucléicos RNA DNA No RNA a pentose presente é a Ribose No DNA a Pentose presente é a Desoxirribose ÁCIDOS NUCLÉICOS 5) RNA (Ácido Ribonucléico) Características: 1. Local de Produção: Núcleo da Célula (Transcrição) 2. Estrutura: 1 Fita (fita simples) 3. Nucleotídeo contendo: a) Ribose b) Bases Nitrogenadas: Uracila, Adenina, Guanina e Citosina c) Fosfato 4. Tipos de RNA: a) RNAm (Mensageiro) b) RNAt (Transportador) c) RNAr (Ribossômico) RNA mensageiro Leva o código genético do DNA para o citoplasma onde ocorrerá a Tradução. RNA Transportador Transporta Aminoácidos até o local da síntese de proteínas na Traduação. RNA Ribossômico Participa da constituição dos Ribossomos. São armazenados no núcleo (nucléolo). ÁCIDOS NUCLÉICOS 5) RNA (Ácido Ribonucléico) Os tipos de RNA e suas funções RNA Transportador (RNAt) Carreador de aminoácidos Forma de um trevo RNA Mensageiro (RNAm) Transcreve o código genético e o leva para o citoplasma. RNA Ribossômico (RNAr) Parte constituinte dos Ribossomos ÁCIDOS NUCLÉICOS 6) DNA (Ácido Desoxirribonucléico) Forma Estrutural ÁCIDOS NUCLÉICOS 6) DNA (Ácido Desoxirribonucléico) Características: 1. Estrutura: 2 Fitas unidas pelas bases nitrogenadas em forma de α hélice 2. Nucleotídeo contendo: a) Desoxirribose b) Bases Nitrogenadas: Timina, Adenina, Guanina e Citosina c) Fosfato 3. Relação das Bases a) A/T = 1 b) G/C = 1 4. Quantidade a) Maior no núcleo/nucleóide (cromatina ou cromossomo) b) Menor no citoplasma (mitocôndrias e cloroplastos) ÁCIDOS NUCLÉICOS Principais diferenças entre RNA e DNA Estrutura da Molécula Bases Púricas Bases Pirimídicas Pentose Função na célula RNA Fita Simples Adenina Guanina Uracila Citosina Ribose Síntese de Proteínas (RNAm e RNAt) e formação de ribossomos(RNAr) DNA Fita Dupla Adenina Guanina Timina Citosina Desoxirri bose Armazenamento e transmissão de informação genética DUPLICAÇÃO DO DNA ÁCIDOS NUCLÉICOS 1) A Estrutura do DNA Elucidada em 1953 por Watson e Crick o Modelo Helicoidal – Dupla Hélice 2) Propriedades da Duplicação a) O DNA é a única molécula capaz de sofrer autoduplicação. b) A duplicação do DNA ocorre sempre quando uma célula vai se dividir. c) Ocorre durante a fase S da intérfase. d) É do tipo semiconservativa, pois cada molécula nova apresenta uma das fitas vinda da molécula original e outra fita recém sintetizada. DUPLICAÇÃO DO DNA ÁCIDOS NUCLÉICOS 3) A Replicação A replicação do DNA ocorre em duas etapas: a) Separação das bases nitrogenadas. b) Inserção e pareamento de novos nucleotídeos em cada fita pela DNA polimerase. A Enzima DNA polimerase capta nucleotídeos e os unem, conforme o pareamento: A-T / G-C Para este processo ocorrer é necessário energia! De onde será que vem essa energia? Os nucleotídos que chegam carragam consigo 3 grupos fosfatos. Quando o nucleotídeo é inserido na fita há liberação de energia Essa energia liberada é então utilizada pela Enzima DNA polimerase para unir um nucleotídeo ao outro. DUPLICAÇÃO DO DNA ÁCIDOS NUCLÉICOS 3.1) Origem de Replicação Por ser muito extenso o DNA é aberto em locais específicos chamados Origens de replicação. As origens de replicação formam “bolhas de replicação” que avançam para os dois lados simultâneamente. Por isso a replicação do DNA é dita Bidirecional A medida que vão avançando elas vão se encontrando até duplicar o DNA inteiro. Semiconservativa DUPLICAÇÃO DO DNA ÁCIDOS NUCLÉICOS 3.2) Início da Replicação 1. A enzima DNA polimerase não é capaz de iniciar uma fita a partir do nada. 2. As DNA’s polimerase necessitam de uma fita inicializadora auxiliar (primer) 3. Uma enzima chamada primase confecciona o primer para que a DNA polimerase possa iniciar a duplicação do DNA. DUPLICAÇÃO DO DNA ÁCIDOS NUCLÉICOS 3.3) Sentido de Alongamento do DNA: 5’ 3’ • A DNA polimerase percorre o DNA sempre no sentido 5’ 3’ • Dessa maneira o DNA novo só pode crescer neste sentido 5’ 3’ 1) Na frente vai a enzima helicase abrindo a dupla hélice. Etapas da duplicação 2) A fita de cima é chamada fita líder pois se encontra na orientação correta (5’ 3’) 3) Na medida que a helicase vai abrindo a dupla hélice a DNA polimerase vai sintetizando a fita líder 4) Só que o DNA apresenta uma orientação anti-paralela entre as duas fitas. 5) Isso significa que se a fita líder está na orientação correta (5’ 3’) a outra não está. 6) A fita de baixo é chamada de fita retardada, pois nesse caso a DNA polimerase alonga esta fita no sentido contrário à helicase. 7) Dessa maneira, a fita retardada é sintetizada de trechos em trechos a partir de primers formando vários fragmentos de DNA. 8) No final do processo: Os primers da fita retardada são removidos e os fragmentos de DNA unidos pela DNA polimerase. DUPLICAÇÃO DO DNA ÁCIDOS NUCLÉICOS 4) Vídeo – Duplicação do DNA https://www.youtube.com/watch?v=X6TfDHCd1zg DUPLICAÇÃO DO DNA ÁCIDOS NUCLÉICOS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 1) Visão Geral Em resumo: A Síntese de Proteínas consiste em unir aminoácidos de acordo com a seqüência de códons presentes no RNAm A síntese de proteínas contém duas etapas: 1) Transcrição (núcleo) DNA RNA 2) Tradução (citoplasma) Formação do Polipeptídio SÍNTESE DE PROTEÍNAS 2) Transcrição a) Um fragmento de DNA (gene) é utilizado como molde para confeccionar moléculas de RNA b) Gene: É um trecho do DNA que pode ser transcrito em RNA. c) Os RNA’s formados podem ser de três tipos: • RNAm (mensageiro) • RNAt (transportador) • RNAr (ribossômico) SÍNTESE DE PROTEÍNAS 2) Transcrição Quem realiza a transcrição do DNA é a enzima RNA Polimerase A RNA polimerase só pode transcrever trechos do DNA que sejam genes! Como a RNA polimerase consegue identificar os genes??? Sempre antes de cada gene existe um trecho de DNA chamado promotor. O promotor apresenta uma sequência de basesque a RNA polimerase reconhece. A RNA polimerase se liga ao promotor e abre a dupla hélice do DNA e inicia o processo de transcrição!!! SÍNTESE DE PROTEÍNAS 2) Transcrição em vídeo https://www.youtube.com/watch?v=jwKtoJF6fGg SÍNTESE DE PROTEÍNAS 3) Transcrição em Procariotos a) Em procariotos (bactérias) um promotor controla a transcrição de mais de um gene. b) O sistema 1 promotor vários genes é chamado de Operon. c) O RNAm de um procarioto carrega consigo a informação de mais de um gene. d) Dessa maneira a tradução do RNAm de procariotos irá produzir mais de uma proteína diferente. RNA Procariótico seqüência não codificante 5’ 3’ RNA Eucariótico 5’ 3’ Seqüência β Proteína α Proteína β Proteína γ Proteína P P Seqüência γSeqüência α Seqüência Codificante SÍNTESE DE PROTEÍNAS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 4) Transcrição em Eucariotos (Exons e Íntrons) a) Os genes de Eucariotos não são contínuos b) Existem fragmentos denominados Exons e fragmentos denominados Íntrons c) Os Éxons são funcionais e codificam proteínas; porém os Íntrons não codificam. Na transcrição tanto os Éxons quanto os Íntrons são transcritos. O RNA mensageiro que possui Éxons e Íntrons é chamado de Primário. Enzimas denominadas Nucleases retiram todos os Íntros deixando no RNAm somente os Éxons Este processo de retirada dos Éxons recebe o nome de Splicing Enzimas denominadas Ligases irão realizar a união de todos os Éxons formando um RNAm Secundário Dessa maneira somente o RNAm contendo Éxons é que vai para a segunda etapa da Síntes de Proteínas, a Tradução no citoplasma da célula. SÍNTESE DE PROTEÍNAS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução É o processo no qual as seqüências de nucleotídeos em uma molécula de RNA mensageiro direciona a incorporação de aminoácidos em uma proteína. a) É a Segunda Etapa da Síntese de proteínas e ocorre no citoplasma b) O RNA mensageiro após ser transcrito sai do núcleo e migra para o citoplasma c) O RNA mensageiro é utilizado como molde para a produção de proteínas d) Participantes da Tradução: RNA mensageiro, RNA transportador, Ribossomos e Aminoácidos. Metionina Prolina Códon Anticódon Serina Aminoácidos RNA transportador Ribossomo RNA mensageiro SÍNTESE DE PROTEÍNAS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução Cada 3 Bases (triplet) do gene do DNA recebe o nome de Código. Código Os códigos do Gene do DNA são transcrito em CÓDONS de RNA mensageiro. Dessa maneira cada CÓDON do RNAm possui 3 bases nitrogenadas que complementa seu respectivo CÓDIGO. Na Tradução cada CÓDON (3 bases do RNAm) codifica um Aminoácido. 1 CÓDON = 1 AMINOÁCIDO. Lembre-se de que existem Códons de Início (AUG) e Códons de Parada (UAA), (UAG) e (UGA) A Tabela do Código Genético nos informa qual aminoácido será incorporado na proteína dependendo do códon presente no RNAm A Tradução ocorre nas organelas celulares chamadas Ribossomos. Estes possuem 2 subunidades, as quais se unem quando o Ribossomos se liga ao RNAm. SÍNTESE DE PROTEÍNAS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução SÍNTESE DE PROTEÍNAS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução SÍNTESE DE PROTEÍNAS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução Códon de parada (UAA) SÍNTESE DE PROTEÍNAS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução Resumo SÍNTESE DE PROTEÍNAS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) vídeo https://www.youtube.com/watch?v=TT8dNM3xnXU https://www.youtube.com/watch?v=JbzM3wtWOUU https://www.youtube.com/watch?v=VI8KlsKzV0s SÍNTESE DE PROTEÍNAS https://www.youtube.com/watch?v=TT8dNM3xnXU https://www.youtube.com/watch?v=JbzM3wtWOUU https://www.youtube.com/watch?v=VI8KlsKzV0s SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução Tradução no R.E.R SÍNTESE DE PROTEÍNAS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 5) Tradução Destino dos polipeptídios transcritos SÍNTESE DE PROTEÍNAS SÍNTESE DE PROTEÍNAS 6) O Código Genético O código genético consiste em trincas de nucleotídeos (códons) Como existem 4 bases de RNA (A,U,G,C), existem ao todo 64 códons. Porém, como vimos, um códon (AUG) é o de inicio e três são se parada (UAA), (UAG) e (UGA). Existem apenas 20 aminoácidos diferentes para 60 códons. Então, há mais de um códon para certos aminoácidos. Dizemos que o Código Genético é Degenerado ou Redundante. Porém, o Código Genétigo não é Ambíguo: um único códon não especifica mais do que um aminoácido. Podemos dizer também que o Código Genético é universal, pois os códons têm o mesmo significado em quase todos os organismo do planeta. SÍNTESE DE PROTEÍNAS É hora de Praticar.... Questão 01 O DNA possui como açúcar: (A) Ribose (B) Desoxirribose (C) Glicose (D) Frutose Questão 01 O DNA possui como açúcar: (A) Ribose (B) Desoxirribose ✅ (C) Glicose (D) Frutose Questão 02 No RNA, a base nitrogenada timina é substituída por: (A) Uracila (B) Guanina (C) Citosina (D) Adenina Questão 02 No RNA, a base nitrogenada timina é substituída por: (A) Uracila ✅ (B) Guanina (C) Citosina (D) Adenina Questão 03 As regras de Chargaff dizem que: (A) A = U e C = G (B) A = T e C = G (C) A = C e G = T (D) A = G e T = C Questão 03 As regras de Chargaff dizem que: (A) A = U e C = G (B) A = T e C = G ✅ (C) A = C e G = T (D) A = G e T = C Questão 04 A dupla hélice do DNA foi descoberta por: (A) Franklin e Pauling (B) Watson e Crick (C) Meselson e Stahl (D) Mendel e Darwin Questão 04 A dupla hélice do DNA foi descoberta por: (A) Franklin e Pauling (B) Watson e Crick ✅ (C) Meselson e Stahl (D) Mendel e Darwin Questão 05 O RNA mensageiro tem como função: (A) Transportar aminoácidos (B) Formar ribossomos (C) Levar informação do DNA para síntese proteica (D) Replicar o DNA Questão 05 O RNA mensageiro tem como função: (A) Transportar aminoácidos (B) Formar ribossomos (C) Levar informação do DNA para síntese proteica ✅ (D) Replicar o DNA Questão 06 O código genético é considerado: (A) Ambíguo (B) Degenerado (C) Não universal (D) Incompleto Questão 06 O código genético é considerado: (A) Ambíguo (B) Degenerado ✅ (C) Não universal (D) Incompleto Questão 07 A ligação entre adenina e timina ocorre por: (A) 2 pontes de hidrogênio (B) 3 pontes de hidrogênio (C) 4 pontes de hidrogênio (D) Ligação covalente Questão 07 A ligação entre adenina e timina ocorre por: (A) 2 pontes de hidrogênio ✅ (B) 3 pontes de hidrogênio (C) 4 pontes de hidrogênio (D) Ligação covalente Questão 08 O processo de síntese de RNA a partir do DNA chama-se: (A) Tradução (B) Replicação (C) Transcrição (D) Mutação Questão 08 O processo de síntese de RNA a partir do DNA chama-se: (A) Tradução (B) Replicação (C) Transcrição ✅ (D) Mutação Questão 09 O tRNA atua: (A) Levando a informação genética (B) Carregando aminoácidos (C) Estruturando os ribossomos (D) Replicando o DNA Questão 09 O tRNA atua: (A) Levando a informação genética (B) Carregando aminoácidos ✅ (C) Estruturando os ribossomos (D) Replicando o DNA Questão 10 Mutação é definida como: (A) Modificação reversível do DNA (B) Alteração na sequência de nucleotídeos (C) Dano apenas em proteínas (D) Variação sempre benéfica Questão 10 Mutação é definida como: (A) Modificação reversível do DNA (B) Alteração na sequência de nucleotídeos ✅ (C) Dano apenas em proteínas (D) Variação sempre benéfica Hora dos casos clínicos Caso 1 – Fotoenvelhecimento por dano ao DNA Paciente: Mulher, 48 anos, manchas e rugas finas após anos de exposição solar. Bioquímica: Radiação UVB induz dímeros de pirimidina no DNA e ativa p53, aumentando expressão de MMP-1 → degradação do colágeno. Solução estética: Microagulhamento + luz intensa pulsada + antioxidantes. Prescrição oral: Polypodium leucotomos 240 mg/dia + Vitamina C 1 g/dia. Prescrição tópica: Sérum antioxidante com ácido ascórbico 15% + protetor solar FPS 50. Referência: Cadet J, Douki T. Photochem Photobiol. 2018. Caso 02: Melasma e expressão gênica da melanogênese Paciente: Mulher, 35 anos, melasma pós-gestação. Bioquímica: UV ativa p53 → α-MSH/MC1R→ MITF/TYR ↑; miRNAs regulam melanogênese. Solução estética: Peelings seriados + laser QS + LED âmbar. Prescrição oral: Polypodium 240 mg/d + Vitamina C 1 g/d. Prescrição tópica: Niacinamida 4% + ácido tranexâmico 5% + protetor com óxidos de ferro. Referência: Kang HY. J Invest Dermatol. 2011. Caso 3 – Queda capilar por dano ao DNA mitocondrial Paciente: Homem, 32 anos, eflúvio telógeno. Bioquímica: ROS danifica mtDNA, reduz ATP e encurta fase anágena. Solução estética: LED vermelho + microagulhamento com drug delivery. Prescrição oral: Biotina 5 mg/d + CoQ10 100 mg/d. Prescrição tópica: Loção com minoxidil 5% + cafeína. Referência: Shin H. J Dermatol Sci. 2019. Caso 4 – Cicatrizes de acne e regulação de colágeno Paciente: Mulher, 27 anos, cicatrizes atróficas. Bioquímica: MMPs ↑ e TGF-β ↓ → redução da transcrição de COL1A1. Solução estética: Microagulhamento + radiofrequência fracionada + PRP. Prescrição oral: Colágeno hidrolisado 10 g/d + zinco 15 mg/d. Prescrição tópica: Retinol 0,3% + ácido glicólico 10%. Referência: Quan T. Am J Pathol. 2009. Caso 5 – Rosácea e genes inflamatórios Paciente: Mulher, 40 anos, flushing e telangiectasias. Bioquímica: Superexpressão de CAMP/KLK5 modulada por NF-κB. Solução estética: LIP vascular + LED âmbar. Prescrição oral: Ômega-3 1 g/d. Prescrição tópica: Niacinamida 5% + ácido azelaico 10%. Referência: Yamasaki K. Nat Med. 2007. Caso 06: Hiperpigmentação pós- inflamatória e p53 Paciente: Homem, 29 anos, manchas pós-acne. Bioquímica: p53 ↑ → α-MSH ↑ → melanogênese via MC1R. Solução estética: Peelings suaves + laser de baixa fluência. Prescrição oral: Polifenóis (chá verde) 300 mg/d. Prescrição tópica: Azelaico 10% + alfa-arbutina 2%. Referência: Cui R. Cell. 2007. Caso 7 – Flacidez cervical e telômeros Paciente: Mulher, 55 anos, “pescoço de peru”. Bioquímica: Telômeros curtos → senescência fibroblástica → ↓ síntese de colágeno. Solução estética: Radiofrequência + bioestimuladores. Prescrição oral: Nicotinamida 500 mg/d + Resveratrol 100 mg/d. Prescrição tópica: Creme com peptídeos bioativos + retinol 0,3%. Referência: Victorelli S. Nat Rev Mol Cell Biol. 2017. Caso 8 – Estrias e regulação de matriz extracelular Paciente: Mulher, 24 anos, estrias rubras. Bioquímica: ↓COL1A1/COL3A1, ↑MMP-2/9 via AP-1. Solução estética: Microagulhamento + laser fracionado não ablativo. Prescrição oral: Vitamina C 1 g/d + silício orgânico 100 mg/d. Prescrição tópica: Retinol 0,3% + centella asiática. Referência: Ud-Din S. Br J Dermatol. 2016. Caso 9 – Epigenética e pele opaca Paciente: Homem, 50 anos, pele sem viço. Bioquímica: Hipermetilação de genes antioxidantes + hipometilação de MMPs acelera envelhecimento. Solução estética: Peelings antioxidantes + LED vermelho. Prescrição oral: Folato + B12 + nicotinamida 500 mg/d. Prescrição tópica: Sérum com vitamina C 15% + peptídeos. Referência: Lewis C. Epigenetics. 2017. Caso 10 – Cicatrização lenta e nucleotídeos Paciente: Mulher, 34 anos, pós-procedimento estético. Bioquímica: Nucleotídeos essenciais à proliferação celular; NAD+/PARP atuam na reparação do DNA. Solução estética: LED vermelho + cosméticos reparadores. Prescrição oral: Nucleotídeos de levedura 500 mg/d + Vitamina C 1 g/d. Prescrição tópica: Creme com pantenol 5% + madecassoside. Referência: Guo S. Adv Wound Care. 2010. Referências Científicas • Cadet J, Douki T. Oxidatively generated damage to DNA by UVA radiation in cells and human skin. • Photochem Photobiol. 2018. • Kang HY, et al. New insights into melasma pathogenesis. J Invest Dermatol. 2011. • Shin H, et al. Mitochondrial dysfunction in hair loss. J Dermatol Sci. 2019. • Quan T, et al. Matrix-degrading metalloproteinases in photoaging. Am J Pathol. 2009. • Yamasaki K, Gallo RL. Rosacea pathogenesis. Nat Med. 2007. • Cui R, et al. Central role of p53 in pigmentation. Cell. 2007. • Victorelli S, Passos JF. Telomeres and skin aging. Nat Rev Mol Cell Biol. 2017. • Ud-Din S, Bayat A. Pathophysiology of striae distensae. Br J Dermatol. 2016. • Lewis C, Tollefsbol T. DNA methylation in aging. Epigenetics. 2017. • Guo S, Dipietro LA. Factors affecting wound healing. Adv Wound Care. 2010. OBRIGADA! @dramalubarros (81)9.9661-3096 marialuizacarneiro@faculdadeide.edu.br