NUCLEOTÍDEOS E ÁCIDOS NUCLÉICOS

1.4.1 Estrutura e propriedades

Os ácidos nucléicos são polímeros lineares muito longos constituídos de monômeros chamados nucleotídeos. Diferentes ácidos nucléicos podem ter desde 80 nucleotídeos, como em tRNA, até mais de 108 _{pares de nucleotídeos em um}

cromossomo eucariótico. A unidade de tamanho de um ácido nucléico é o par de bases (para espécies com fita dupla), geralmente abreviado pb, ou base (para espécies com fita simples). O cromossomo da Escherichia coli (E. coli) tem 4 x 106_{, o}

que significa uma massa molar de 3 x 109 _{Da e um comprimento de 1,5 mm. Já o}

DNA genômico de uma única célula humana tem 3,9 x 109 _{pb e 990 mm de}

comprimento.42

Os nucleotídeos são constituídos por uma base nitrogenada heterocíclica, uma pentose e um grupo fosfato, sendo que a molécula sem este grupo fosfato é chamada nucleosídeo (Figura 6)

No DNA, as seqüências de bases contêm a informação genética, enquanto que o açúcar e o fosfato têm um papel estrutural. As bases nitrogenadas são derivadas de anéis de purina e pirimidinas. As principais purinas são adenina (A) e guanina (G), que são encontradas tanto no DNA como no RNA. Já as principais pirimidinas são: citosina (C), timina (T) e uracila (U). A primeira, sendo encontrada tanto no DNA como no RNA. A segunda, somente no DNA. E a terceira somente no RNA.

Os nucleotídeos são os ésteres de fosfato dos nucleosídeos. Os nucleotídeos podem conter um, dois ou três grupos fosfato, sendo chamados, respectivamente: de nucleosídeos mono, di e trifosfato. A molécula 5’-Trifosfato de adenosina (ATP) é um exemplo clássico (Figura 7).

Figura 7. Estrutura química da molécula de ATP.

Os nucleotídeos que constituem as moléculas de DNA e RNA estão ligados covalentemente uns aos outros através dos grupos fosfatos. Esta ligação é formada pela junção do grupo 5’-fosfato de um nucleotídeo com o grupo 3’-OH de outro nucleotídeo, criando uma ligação fosfodiéster (Figura 8).

Figura 8. Estrutura da ligação fosfodiéster (em vermelho) unindo nucleosídeos de DNA e RNA.

Desta forma, o esqueleto covalente dos ácidos nucléicos é constituído por grupos fosfato e anéis de ribose de forma alternada. Todas as ligações fosfodiéster possuem a mesma orientação ao longo da cadeia, dando a cada fita do ácido nucléico linear uma polaridade específica e diferentes terminais 3’ e 5’ (3’-OH e 5’- OPO32-). Convencionalmente, as seqüências de nucleotídeos nas moléculas de DNA

e RNA são descritas no sentido da extremidade 5’-OPO32- para a extremidade 3’-OH

(5’→3’), e correspondem a estrutura primária desses ácidos nucléicos.42

1.4.2 Interações ácidos nucléicos – metais

Sabemos, através de experimentos descritos na literatura, que o papel desempenhado pelos íons metálicos nos processos in vivo e in vitro, envolvendo os ácidos nucléicos, na maioria dos casos, não têm sua função específica completamente elucidada. Podemos citar quatro papéis exercidos pelos íons metálicos nessas interações ácidos nucléicos - metais: estrutural, regulatório, farmacêutico e catalítico.61

- Estrutural: Os íons metálicos são requeridos para estabilizar a estrutura secundária dos ácidos desoxirribonucléicos. O DNA é uma cadeia polianiônica, em solução e em pH fisiológico, esta carga é devido aos grupamentos fosfatos. Assim, ele necessita de contra-íons para formalmente neutralizar a carga polianiônica do

seu esqueleto fosfodiéster, a fim de adotar uma estrutura compacta e estável. Estes contra-íons neutralizam parcialmente ou completamente as cargas negativas dos grupos fosfatos, para que as repulsões eletrostáticas não inutilizem outros efeitos estabilizadores. Assim, provavelmente uma das principais funções dos íons metálicos Na+_{, K}+ _{e Mg}2+_{, Co}2+_{, Ni}2+_{, Zn}2+_{, consiste em estabilizar a estrutura}

secundária do DNA através da interação com os grupos fosfatos por um processo conhecido pelo nome de condensação. Esta condensação leva à formação de um complexo do tipo lábil e não-específico, ao longo da parte exterior da dupla-hélice do DNA, na qual a cinética de associação e dissociação desse complexo é rápida.62,63 - Regulatório: As proteínas metaloreguladoras atuam como estímulos, reprimindo ou ativando o processo de transcrição de acordo com a presença ou ausência do metal, considerando um sistema biológico que deve responder a mudanças na concentração de metal intracelular. Em altas concentrações, muitos metais se tornam tóxicos à célula. Para combater este efeito, um completo sistema de proteínas deverá se sintetizado para quelar e desintoxicar o acúmulo de íon metálico ligado.63

- Farmacêutico: A cisplatina64 é o quimioterápico mais utilizado, porém um grande número de produtos farmacêuticos utilizados, como agentes que se ligam ao DNA, foram primeiramente isolados de produtos naturais provindo de bactérias, fungos e plantas. As bleomicinas estão entre os produtos naturais usados clinicamente como antibióticos e antitumorais que mais se destacam. Para a bleomicina clivar o DNA ela necessita de Fe2+ _{e oxigênio, ela se liga ao DNA e utilizando a química redox do}

oxigênio, associada com o sítio polipeptídico de ligação ao metal, catalisa a clivagem do esqueleto açúcar-fosfato. 65,66

- Catalítico: Os íons metálicos parecem ser essenciais para o funcionamento de várias enzimas que agem no DNA. O íon Zn2+ _{parece ser essencial para o}

funcionamento da RNA polimerase (responsável pela síntese do RNA) e da DNA topoisomerase, que catalisa a conversão de topoisômeros de DNA, promove a quebra transitória nas ligações fosfodiéster, gerando uma forma transitória, onde a proteína permanece ligada covalentemente ao DNA e permite que as fitas do DNA passem uma sobre a outra, alterando assim o superenovelamento da molécula. Os íons metálicos podem estar ainda em várias endonucleases e exonucleases, são cofatores essenciais, promovendo a hidrólise da ligação fosfodiéster. 62,63