Características dos ácidos nucleicos, funções, estrutura

O ácidos nucleicos São grandes biomoléculas formadas por unidades ou monômeros chamados nucleotídeos. Eles são responsáveis ​​pelo armazenamento e transmissão de informações genéticas. Eles também participam de cada uma das etapas da síntese de proteínas.

Estruturalmente, cada nucleotídeo é formado por um grupo fosfato, um açúcar de cinco carbonas e uma base de nitrogênio heterocíclico (A, T, C, G e U). Um pH fisiológico, os ácidos nucleicos são carregados negativamente, são solúveis em água, formam soluções viscosas e são bastante estáveis.

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Existem dois tipos principais de ácidos nucleicos: DNA e RNA. A composição de ambos os ácidos nucleicos é semelhante: em ambos, encontramos uma série de nucleotídeos unidos por fosfodiéster Bonds. No entanto, no DNA, encontramos Timina (T) e no RNA uracil (U).

O DNA é mais longo e está em uma conformação dupla e o RNA é formado por um único fio. Essas moléculas estão presentes em todos os organismos vivos, de vírus a grandes mamíferos.

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Perspectiva histórica

Descoberta de ácidos nucleicos

A descoberta de ácidos nucleicos remonta a 1869 quando Friedrich Miescher identificou a cromatina. Em seus experimentos, Miescher fez a extração de um material de consistência gelatinoso do núcleo e descobriu que essa substância era rica em fósforo.

Inicialmente, o material misterioso foi designado como "núcleina". Experimentos subsequentes em núcleina concluíram que isso não é apenas rico em fósforo, mas também em carboidratos e bases orgânicas.

Phoebus Levene descobriu que a nucleina era um polímero linear. Embora as propriedades químicas básicas dos ácidos nucleicos fossem conhecidos, não foi considerado que havia uma relação entre esse polímero e o material hereditário dos seres vivos.

Descoberta da função de DNA

Em meados dos 40 anos, foi um pouco convincente para os biólogos desde o momento em que a molécula encarregada de transmitir e armazenar as informações de um organismo residia em uma molécula com uma conformação tão simples quanto o DNA - composto por quatro monômeros (nucleotídeos) muito semelhantes um ao outro.

Proteínas, polímeros compostos por 20 tipos de aminoácidos, pareciam que, no tempo, candidatos mais plausíveis para serem a molécula de herança.

Essa visão mudou em 1928, quando o pesquisador Fred Griffith suspeitava que a núcle estar estivesse envolvida na herança. Finalmente, em 1944, Oswald Avery conseguiu concluir com evidências robustas de que o DNA continha informações genéticas.

Assim, o DNA deixou de ser uma molécula chata e monótona, constituída por apenas quatro blocos estruturais, a uma molécula que permite o armazenamento de um imenso número de informações, e que pode mantê -lo e transmiti -lo de uma maneira precisa, exata e eficaz.

Descoberta da estrutura do DNA

O ano de 1953 foi revolucionário para ciências biológicas, já que os pesquisadores James Watson e Francis Crick elucidaram a estrutura correta do DNA.

Com base na análise dos padrões de reflexão da raio -x, os resultados de Watson e Crick sugeriram que a molécula é uma hélice dupla, onde grupos fosfatos formam um esqueleto externo e as bases são projetadas.

A analogia de uma escada é geralmente usada, onde os corrimãos correspondem aos fosfatos e passos para as bases.

Descoberta de sequenciamento de DNA

Nas últimas duas décadas, ocorreram avanços extraordinários na biologia, liderados pelo sequenciamento de DNA. Graças aos avanços tecnológicos, hoje temos na tecnologia necessária para saber com uma precisão bastante alta a sequência do DNA - por "sequência", queremos dizer a ordem das bases.

Inicialmente, elucidar a sequência foi um evento caro e exigia muito tempo para concluir. Atualmente, não é um problema conhecer a sequência de genomas inteiros.

Caracteristicas

Carga e solubilidade

Como o nome indica, a natureza dos ácidos nucleicos é ácida e são moléculas com alta solubilidade em água; isto é, eles são hidrofílico. No pH fisiológico, a molécula é carregada negativamente, pela presença de grupos de fosfatos.

Como conseqüência disso, as proteínas com as quais o DNA está associado são ricas em resíduos de aminoácidos com cargas positivas. A associação correta de DNA é crucial para embalagens nas células.

Gosma

A viscosidade do ácido nucleico depende se é uma banda dupla ou simples. O DNA de banda dupla forma soluções de alta viscosidade, uma vez que sua estrutura é rígida, oposição à resistência à deformação. Além disso, eles são moléculas extremamente longas em relação ao seu diâmetro.

Por outro lado, também existem soluções de ácido nucleico em banda simples, que são caracterizadas por uma viscosidade reduzida.

Estabilidade

Outra característica dos ácidos nucleicos é a sua estabilidade. Naturalmente, uma molécula com um trabalho tão indispensável como armazenamento de herança deve ser muito estável.

Comparativamente, o DNA é mais estável que o RNA, pois não possui um grupo hidroxila.

É possível que essa característica química tenha um papel importante na evolução dos ácidos nucleicos e na escolha do DNA como material hereditário.

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De acordo com as transições hipotéticas levantadas por alguns autores, o RNA foi substituído pelo DNA no futuro evolutivo. No entanto, hoje existem alguns vírus que usam RNA como material genético.

Absorção de luz ultravioleta

A absorção de ácidos nucleicos também depende se em banda dupla ou em banda simples. O pico de absorção de anéis em sua estrutura é de 260 nanômetros (nm).

À medida que a fita de DNA de banda dupla começa a se separar, a absorção no comprimento de onda mencionada aumenta, uma vez que os anéis que compõem os nucleotídeos são expostos.

Este parâmetro é importante para os biólogos moleculares em laboratório, pois, ao medir a absorção, eles podem estimar a quantidade de DNA que existe em suas amostras. Em geral, o conhecimento das propriedades do DNA contribui para sua purificação e tratamento em laboratórios.

Classificação (tipos)

Os dois principais ácidos nucleicos são DNA e RNA. Ambos são componentes de todos os seres vivos. DNA é o acrônimo para ácido desoxirribonucleico e RNA para ácido ribonucleico. Ambas as moléculas têm um papel fundamental na herança e na síntese de proteínas.

O DNA é a molécula que armazena todas as informações necessárias para o desenvolvimento de um organismo e é agrupado em unidades funcionais chamadas genes. O RNA é responsável por pegar essas informações e, juntamente com os complexos de proteínas, traduz a informação de uma cadeia nucleotídica em uma cadeia de aminoácidos.

As cadeias de RNA podem ter longas ou alguns milhares de nucleotídeos, enquanto as cadeias de DNA excedem os milhões de nucleotídeos e podem ser visualizadas sob a luz de um microscópio óptico se forem tingidas com corantes.

As diferenças estruturais básicas entre as duas moléculas os detalharão na seção a seguir.

RNA

Nas células, existem diferentes tipos de RNA que juntos funcionam para orquestrar a síntese de proteínas. Os três principais tipos de RNAs são o mensageiro, o ribossômico e a transferência.

RNA mensageiro

O RNA mensageiro é responsável por copiar a mensagem que existe no DNA e transportá -lo para a síntese de proteínas que ocorre em estruturas chamadas ribosomas.

RNA ribossômico ou ribossômico

O RNA ribossômico está fazendo parte desta maquinaria essencial: ribossomo. Del ribosoma, 60% é formado pelo RNA ribosoma e o restante é ocupado por quase 80 proteínas diferentes.

Transferir RNA

O RNA de transferência é um tipo de adaptador molecular que transporta aminoácidos (os blocos estruturais de proteínas) para o ribossomo, para serem incorporados.

RNA pequeno

Além desses três tipos básicos, há uma série adicional de RNAs que foram descobertos recentemente e que têm um papel essencial na síntese de proteínas e na expressão dos genes.

Pequenos RNAs nucleares, abreviados como snrna participam como entidades catalíticas Splicing (Processo que consiste na eliminação de íntrons) do RNA mensageiro.

RNAs nucleolares pequenos ou snorna estão envolvidos no processamento de transcrições pré-ANA ribossômicas que farão parte da subunidade do ribossomo. Isso ocorre no nucléolo.

RNAs curtos de interferência e microarn são pequenas sequências de RNA cujo papel principal é a modulação da expressão gênica. Microarn são codificados do DNA, mas não continua sua tradução de proteínas. Eles são monocatenarios e podem ser complementados com um RNA de mensagem, inibindo sua tradução de proteínas.

Estrutura química e composição

Os ácidos nucleicos são longas cadeias de polímeros formados de unidades monoméricas chamadas nucleotídeos. Cada um é composto de:

Um grupo fosfato

Existem quatro tipos de nucleotídeos e estes têm uma estrutura comum: um grupo de fosfato ligado a uma pentose através de uma ligação fosfodi -foil. A presença de fosfatos dá à molécula um caráter ácido. O grupo fosfato é dissociado ao pH da célula, por isso é carregado negativamente.

Essa carga negativa permite a associação de ácidos nucleicos com moléculas cuja carga é positiva.

Células internas e também em fluidos extracelulares, podemos encontrar pequenas quantidades de nucleosídeos. Estas são moléculas formadas por todos os componentes de um nucleotídeo, mas que não possuem grupos de fosfato.

De acordo com a nomenclatura, um nucleotídeo é um nucleosídeo que possui um, dois ou três grupos de fosfato esterificados no hidroxil localizado em carbono 5 '. Os nucleosídeos com três fosfatos estão envolvidos na síntese de ácidos nucleicos, embora também cumpram outras funções na célula.

Uma pentose

Uma pentose é um carboidrato monomérico formou cinco átomos de carbono. No DNA, a pentose é uma desoxirribose, caracterizada pela perda de um grupo hidroxila no carbono 2 '. No RNA, a pentose é uma ribose.

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Uma base de nitrogênio

A panto, por sua vez, está ligada a uma base orgânica. A identidade do nucleotídeo é fornecida pela identidade da base. Existem cinco tipos, abreviados por sua inicial: adenina (a), guanina (g), citosina (c), timina (t) e uracil (u).

É comum que, na literatura, descobrimos que eles usam essas cinco letras para se referir a todo o nucleotídeo. No entanto, estritamente falando, isso é apenas parte do nucleotídeo.

Os três primeiros, A, G e C, são comuns ao DNA e ao RNA. Enquanto o T é exclusivo do DNA e Uracil é restrito à molécula de RNA.

Estruturalmente, as bases são compostos químicos heterocíclicos, cujos anéis são compostos de moléculas de carbono e nitrogênio. A e G são formados por alguns anéis fundidos e pertencem ao grupo Purinas. As bases restantes pertencem às pirimidinas e sua estrutura é formada por um único anel.

É comum que em ambos os tipos de ácidos nucleicos encontramos uma série de bases modificadas, como um grupo metílico adicional.

Quando este evento ocorre, dizemos que a base é metilada. Nos procariontes, geralmente são encontradas adeninas metiladas e tanto em procariontes quanto em eucariotos, as citosinas podem ter um método adicional.

Como é a polimerização?

Como mencionamos, os ácidos nucleicos são cadeias longas formadas por monômeros - nucleotídeos. Para formar as correntes, elas estão ligadas de uma maneira particular.

Quando os nucleotídeos polimerizanos, o grupo hidroxila (-OH) encontrado no carbono 3 'do açúcar de um dos nucleotídeos forma um link do tipo éster com o grupo fosfato de outra molécula de nucleotídeo. Durante a formação deste link, a eliminação de uma molécula de água ocorre.

Esse tipo de reação é chamado de "reação de condensação" e é muito semelhante ao que ocorre quando os vínculos peptídicos de proteínas entre duas formas de resíduos de aminoácidos. Os vínculos entre cada par de nucleotídeos são chamados links de fosfodiéster.

Como nos polipeptídeos, as cadeias de ácido nucleico têm duas orientações químicas em suas extremidades: uma é a extremidade de 5 'que contém um grupo hidroxila livre ou um grupo fosfato no carbono 5' do açúcar terminal, enquanto no final 3 'encontramos um Grupo hidroxila livre de carbono 3 '.

Imagine que cada bloco de DNA é um bloco do jogo LEGO, com uma extremidade inserida e com um buraco livre onde a inserção de outro bloco pode ocorrer. A extremidade 5 'com fosfato será o extremo a se inserir e o 3' é análogo ao buraco livre.

Outros nucleotídeos

Na célula, encontramos outro tipo de nucleotídeo com uma estrutura diferente daquele mencionado acima. Embora estes não façam parte dos ácidos nucleicos, eles jogam papéis biológicos muito importantes.

Entre os mais relevantes, temos o mononucléido de Riboflavina, conhecido como FMN, a coenzima A, o tímino de adenina e nicotinamina, entre outros.

Estrutura de RNA

A estrutura linear do polímero de ácido nucleico corresponde ao estrutura primária Destas moléculas. Os polinucleotídeos também têm a capacidade de formar arranjos em três dimensões estabilizadas por forças não -covalentes - semelhantes à dobra que encontramos nas proteínas.

Embora a composição primária de DNA e RNA seja bastante semelhante (com exceção das diferenças mencionadas acima), a formação de sua estrutura é marcadamente diferente. Geralmente encontramos RNAs como uma única cadeia de nucleotídeos, embora possa levar arranjos diferentes.

RNAs de transferência, por exemplo, são pequenas moléculas formadas por menos de 100 nucleotídeos. Sua estrutura secundária típica está na forma de um trevo com três braços. Isto é, a molécula de RNA encontra bases complementares dentro e pode dobrar em si mesma.

RNAs ribossômicos são moléculas maiores que tomam conformações tridimensionais complexas e têm estrutura secundária e terciária.

Estrutura de DNA

Hélice dupla

Ao contrário do RNA linear, o arranjo de DNA consiste em dois fios entrelaçados. Essa diferença estrutural é crucial para executar suas funções específicas. O RNA não é capaz de formar esse tipo de hélice devido a um impedimento estérico imposto pelo grupo OH adicional que apresenta seu açúcar.

Complementaridade base

Entre as bases, há complementaridade. Ou seja, como conseqüência de seu tamanho, forma e composição química, as purinas devem estar enlameadas com uma pirimidina por ligações de hidrogênio. Portanto, no DNA natural, descobrimos que A quase sempre está emparelhado com T e G com C, formando pontes de hidrogênio com seus companheiros.

Os pares de bases entre G e C estão ligados por três pontes de hidrogênio, enquanto o torque A e T é mais fraco, e apenas duas ligações de hidrogênio os mantêm juntos.

Os fios de DNA podem ser separados (isso ocorre tanto na célula quanto nos procedimentos de laboratório) e o calor necessário depende da quantidade de GC que a molécula possui: quanto maior é, mais energia será necessária para separá -la.

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Orientação da fita

Outra característica do DNA é sua orientação oposta: enquanto um fio corre na direção 5 ' - 3', seu parceiro está na direção 3' -5 '.

Conformações naturais e no laboratório

A estrutura ou conformação que normalmente encontramos na natureza é chamada de DNA B. Isso é caracterizado por ter 10,4 nucleotídeos para cada volta, separados por uma distância de 3,4. DNA B se vira para a direita.

Esse padrão de rolamento resulta na aparência de duas ranhuras, uma major e uma menor.

Nos ácidos nucleicos formados no laboratório (sintético), outras conformações podem ser encontradas, que também aparecem em condições muito específicas. Estes são DNA A e DNA Z.

A variante a também executa a curva à direita, embora seja mais curta e um pouco mais larga que o natural. A molécula adquire essa forma quando a umidade diminui. Vire a cada 11 pares de bases.

A última variante é o Z, caracterizada por ser estreita e virando à esquerda. É formado por um grupo de hexanucleotídeos que são agrupados em um duplex de cadeias antipaalla.

Funções

DNA: molécula de herança

O DNA é uma molécula que pode armazenar informações. A vida, como a conhecemos em nosso planeta, depende da capacidade de salvar e traduzir essas informações.

Para a célula, o DNA é um tipo de livraria onde todas as instruções necessárias para a fabricação, desenvolvimento e manutenção de um organismo vivo são encontradas.

Na molécula de DNA, encontramos uma organização de entidades funcionais discretas chamadas genes. Alguns deles serão levados para proteínas, enquanto outros cumprirão funções regulatórias.

A estrutura do DNA que descrevemos na seção anterior é a chave para desempenhar suas funções. A hélice deve ser capaz de se separar e unir facilmente - Propriedade -chave para eventos de replicação e transcrição.

O DNA está localizado nos procariontes em um local específico de seu citoplasma, enquanto nos eucariotos está localizado dentro do núcleo.

RNA: uma molécula multifuncional

Papel em síntese de proteínas

O RNA é um ácido nucleico que encontramos em diferentes estágios da síntese de proteínas e na regulação da expressão gênica.

A síntese de proteínas começa com a transcrição da mensagem criptografada no DNA para uma molécula de RNA mensageiro. Então, o mensageiro deve eliminar as partes que não serão traduzidas, conhecidas como íntrons.

Para a tradução da mensagem de RNA para resíduos de aminoácidos, dois componentes adicionais são necessários: o RNA ribossômico que faz parte dos ribossomos e o RNA de transferência, que levará os aminoácidos e será responsável por inserir o correto aminoácido na cadeia peptídica em treinamento.

Em outras palavras, cada tipo principal de RNA tem um papel fundamental nesse processo. Esta passagem de DNA para um mensageiro e isso finalmente para proteínas é o que os biólogos chamam de "o dogma central da biologia".

No entanto, como a ciência não pode ser baseada em dogmas, existem casos diferentes em que essa premissa não é atendida, como o retrovírus.

Papel na regulamentação

O pequeno RNA mencionado acima participa indiretamente na síntese, orquestrando a síntese do RNA mensageiro e participando da regulação da expressão.

Por exemplo, na célula, existem diferentes mensageiros que são regulados por pequenos RNAs, que têm uma sequência complementar a isso. Se o pequeno RNA casais à mensagem puder dividir o mensageiro, impedindo sua tradução. Existem vários processos que são regulados dessa maneira.

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