Ácidos nucleicos (DNA e RNA)

Os ácidos nucleicos são moléculas orgânicas muito importantes para manutenção da vida dos organismos e suas gerações de células futuras. São representados pelo Ácido Desoxirribonucleico (ADN ou DNA) e pelo Ácido Ribonucleico (ARN ou RNA), macromoléculas constituídas por unidades monoméricas conhecidas como nucleotídeos. Como descrito, o DNA compõe, com proteínas nucleares, a cromatina. Nas células eucarióticas se encontra armazenado e protegido no núcleo, mas também em organelas, como nas mitocôndrias. Além disso, o material genético das células eucarióticas é organizado em fragmentos lineares, ou seja, em cromossomos. Os cromossomos são as estruturas nucleares que contêm milhares de genes, sendo estes os responsáveis por armazenar as informações para síntese de proteínas nas células. Ao contrário, nas células procarióticas, o DNA não tem uma estrutura membranosa de proteção (carioteca), e esse está localizado em uma região específica conhecida como nucleoide. Os cromossomos procarióticos, em comparação aos eucarióticos, são menores e normalmente circulares.

Unidades monoméricas dos ácidos nucleicos são os nucleotídeos de DNA e RNA

Tanto o DNA quanto o RNA são considerados biopolímeros, cuja constituição monomérica (unidade constitutiva) é feita por nucleotídeos. Os nucleotídeos se associam ordenadamente em cadeias polinucleotídicas. Esse processo de polimerização será detalhado, na sequência, nos processos de replicação do DNA e transcrição de genes.

Os nucleotídeos são constituídos por três estruturas distintas: base nitrogenada, estrutura cíclica, que contém átomo de nitrogênio; pentose, monossacarídeo (açúcar simples) de cinco carbonos; e grupo fosfato. A pentose ocupa a região central do nucleotídeo, estando a ela associada a base nitrogenada e o grupo fosfato.

VOCÊ SABIA?

Em um cariótipo, os cromossomos são classificados de acordo com o tamanho, forma e fluorescência emitida. Em citogenética, são utilizadas técnicas como o FISH (fluorescence in ), procedimento de hibridização fluorescente , que permite visualizar o

situ hybridization in situ

espalhamento cromossômico em microscópio de fluorescência e câmeras controladas por computador para captura de imagens. Um software de processamento de imagem é usado para classificar os pares de cromossomos de acordo com sua forma e para determinar o cariótipo. Atualmente, uma variedade de sondas moleculares é usada em testes citogenéticos para diagnosticar distúrbios causados por anormalidades cromossômicas, como não-disjunções, transposições, deleções e duplicações de genes específicos nos cromossomos, além da determinação do sexo pré-natal e rastreamento de doenças genéticas.

Figura 26 - Nucleotídeos constituem o DNA e o RNA. Fonte: ALBERTS et al., 2017, p. 76.

Na imagem, os componentes estão presentes no DNA e RNA e incluem o açúcar (desoxirribose ou ribose), o grupo fosfato e a base nitrogenada. As bases são bases pirimidinas (citosina, timina no DNA e uracila no RNA, um anel) e as bases purinas (adenina e guanina, dois anéis). O grupo fosfato está ligado ao carbono 5'. O carbono 2' liga-se a um grupo hidroxila na ribose, mas nenhuma hidroxila (apenas hidrogênio) na desoxirribose.

Bases nitrogenadas

No total são conhecidas quatro categorias de bases nitrogenadas nas moléculas de DNA e que são sempre lembradas por suas letras iniciais A, G, C e T. Assim, “A” é atribuído à adenina, “G” à guanina, “C” à citosina e “T” à timina. Além disso, as bases adenina e guanina são classificadas como purinas, uma vez que apresentam, estruturalmente, dois anéis de carbono e nitrogênio. Já as bases citosina e timina são pirimidinas, sendo constituídas por um anel de carbono e nitrogênio. Observe, na imagem a seguir, as diferentes bases nitrogenadas.

Figura 27 - Bases purinas e pirimidinas. Fonte: ALBERTS et al., 2017, p. 76.

No RNA, há nucleotídeos como bases adenina, guanina e citosina, porém não timina, mas sim outra pirimidina, uracila, na qual é referida a letra “U”.

Pentoses

Como citado anteriormente, o monossacarídeo de cinco carbonos no DNA é a desoxirribose e no RNA é a ribose, ambos com estrutura bastante parecidas. Diferem pelo ligante do carbono dois ser uma hidroxila na ribose e um hidrogênio na desoxirribose.

Figura 28 - Pentose dos nucleotídeos de DNA e RNA. Fonte: ALBERTS et al., 2017, p. 76.

Os carbonos da pentose são numerados como na figura. Dessa forma, a pentose tem a base associada ao seu carbono 1', e o fosfato ao carbono 5'. Ao serem incorporados à cadeia polinucleotídica nascente do DNA ou do RNA, os fosfatos unem o carbono 3 da pentose de um nucleotídeo com o carbono 5 da pentose de um próximo nucleotídeo.

Fosfato

Nos nucleotídeos há um grupo fosfato, variando para grupos de três fosfatos naqueles que serão incorporados à cadeia polinucleotídica nascente. Ao serem associados à cadeia do DNA ou do RNA, os dois grupos acabam perdendofosfato. Nestas ligações, os fosfatos unem o carbono 3 da pentose de um nucleotídeo com o carbono 5 da pentose do próximo nucleotídeo.

Figura 29 - Fosfatos estão normalmente ligados à hidroxila C5 da ribose ou desoxirribose (especificado como 5’). Os mais comuns são mono-, di- e trifosfatos.

Fonte: ALBERTS et al., 2017, p. 76.

Cadeias polinucleotídicas

As cadeias de polinucleotídeos vão sendo originadas quando nelas são incorporados nucleotídeos. Dessa forma, a estrutura da cadeia tem extremidades diferentes. Sendo assim, na extremidade 5' há um grupo fosfato, e na extremidade 3', uma hidroxila. Por isso, no DNA, a orientação da direção é dita 5' para 3'. A hidroxila do carbono 3 da pentose de um nucleotídeo se associa ao grupo fosfato, ligado ao carbono 5 de outro por ligação fosfodiéster.

Figura 30 - Exemplo de como se forma a ligação fosfodiéster. Fonte: ALBERTS et al., 2017, p. 7.

Estrutura da dupla hélice do DNA

As cadeias de DNA são dispostas em uma estrutura de dupla hélice, com duas fitas complementares associadas, sendo que as pentoses e os fosfatos localizam-se na porção externa da hélice, formando um esqueleto de açúcar- fosfato. Já as bases nitrogenadas são projetadas para o interior da molécula e, dessa forma, lembram degraus de uma escada em caracol. Pareadas, as bases nitrogenadas são mantidas unidas entre si por interações intermoleculares do tipo ponte de hidrogênio (ligações hidrogênio).

Figura 31 - Quatro unidades de nucleotídeos do DNA. Cada uma é composta de açúcar-fosfato ligado à base (A). Os nucleotídeos são ligados em cadeias polinucleotídicas com uma cadeia principal de açúcar-fosfato de onde as

bases se projetam (B). DNA tem duas cadeias unidas por ligações de hidrogênio entre a bases (C). DNA organizado em dupla-hélice (D).

Fonte: ALBERTS et al., 2017, p. 173.

Essa configuração da molécula de DNA, permite que as informações genéticas permaneçam armazenadas em sequências lineares para serem codificadas em proteínas. Para saber mais sobre esse tema, clique nas setas a seguir.

Dessa forma, o código genético nada mais é do que a relação entre uma sequência de bases definidas pelas letras A, C, T e G no DNA com aminoácidos correspondentes e que originam estruturas primárias de proteínas.

Além disso, foi de grande contribuição para compreensão da estrutura do DNA estabelecer uma proporção entre as quantidades das bases nitrogenadas. Assim, o número de adeninas é igual ao número de timina (A = T). Ao passo que o número de citosinas é igual ao número de guaninas (C = G). Em consequência, a quantidade de bases

as quantidades das bases nitrogenadas. Assim, o número de adeninas é igual ao número de timina (A = T). Ao passo que o número de citosinas é igual ao número de guaninas (C = G). Em consequência, a quantidade de bases purinas é sempre igual à quantidade de bases pirimidinas (A + G = C + T).

Em 1953, James Watson e Francis Crick divulgaram um modelo para explicar a estrutura DNA, mediante diversas evidências prévias. Nesse modelo, defenderam que as moléculas de DNA são constituídas por duas cadeias polinucleotídicas helicoidais com rotação voltada para direita (dupla hélice) em torno do mesmo eixo. As cadeias duplas são antiparalelas, o que dessa forma depreende-se que as ligações fosfodiéster teriam sentidos opostos. As duas cadeias são mantidas associadas e estabilizadas por pontes de hidrogênio entre os pares de bases.

Entre as bases A e T são estabelecidas duas pontes de hidrogênio, e entre C e G, três pontes de hidrogênio. As cadeias são ditas antiparalelas, pois o esqueleto açúcar-fosfato de uma está orientado no sentido 3' → 5', ou seja, do carbono 3' de um nucleotídeo na extremidade de uma cadeia ao carbono 5' do nucleotídeo contíguo. Na fita complementar ocorre o contrário, no sentido inverso, do carbono 5' ao 3' (5' → 3').

A seguir, no próximo tópico, você estudará sobre os genes e a síntese de proteínas.