Acidos Nucleicos

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ESTRUTURA E FUNÇÃO DE ÁCIDOS NUCLÉICOS uderlei DNA e RNAHISTÓRICO 1865 - Gregor Mendel experimentos com ervilhas lei da hereditariedade características são transmitidas. 1871 Friedrich Miescher: encontrou uma nova substância que diferia das proteínas no núcleo de diversos tipos celulares chamou de nucleína. 1889 - Richard Altmann: comprovou a existência da nucleína de Miescher e sugeriu a troca do nome para ácido nucléico (caráter ácido).HISTÓRICO 1938 - William Astbury figura de difração do DNA com uso de raios X ideia de que a informação genética esta contida nas proteínas DNA seria estrutura muito simples. 1944 Oswald Avery, Maclyn McCarty e Colin Macleod: What is life? sugere que as informações genéticas estão numa estrutura molecular. 1952 - Alfred Hershey e Martha Chase: conseguiram provar que o DNA continha o material genético não as proteínas.HISTÓRICO 1953 - James Watson e Francis Crick decifram a estrutura de dupla hélice para DNA e a publicam na revista Nature sugeriram um mecanismo para a replicação do DNA. James Watson e Francis Crick compartilharam a Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 1962. James Watson (à esquerda) e Francis Crick a olhar para seu modelo da molécula de DNACOMPOSIÇÃO Ácidos Nucléicos Ácido Ácido Ribonucléico (DNA) (RNA) Cadeias de NucleotídeosCOMPOSIÇÃO Ácidos Nucléicos: C H2C são polímeros C NH 0 formados por N 0 NUCLEOTÍDEOS 0 Base nitrogenada Grupo fosfato CH2 0 - 0 3 tipos de moléculas C H H C AçúcarCOMPOSIÇÃO ÁCIDO DESOXIRIBONUCLÉICO RNA - ÁCIDO RIBONUCLÉICO fosfato 5' carbon 5' carbon 5' Base nitrogenada 5' HOCH₂ OH HOCH₂ OH O 4' C1' C1' H H H H H C H H C C H 3' 2' 3' 2' 3' carbon 3' carbon OH H OH OH 2-Deoxyribose Ribose (Klug & Cummings 1997)COMPOSIÇÃO DNA - ÁCIDO DESOXIRIBONUCLÉICO RNA - ÁCIDO RIBONUCLÉICO DNA RNA timina uracila NH NH N N P P H H H H H H H H OH H OH OH There are two differences between the structure of DNA (on the left) and RNA (on the right). DNA contains a sugar group with a 2' while RNA contains a 2' hydroxyl group (circled in blue). DNA contains the base which base pairs with adenine. Instead of thymine, RNA contains a related base called uracil. Uracil is similar to thymine but lacks a methyl group (circled in red). Like uracil can base pair with adenine.BASES NITROGENADAS DNA E RNA Nucleotídeo = açúcar + grupo fosfato + base nitrogenada. As bases nitrogenadas são formadas por anéis de carbono e nitrogênio. H H C H C H C H C H C C N C N C N C N C NH 0 C C C C C C C C H N H H N i H N i H N i N P 0 Pyrimidine ring H H H Base Cytosine Uracil Grupo Thymine H NH2 N N H N C N C N C N H H H H C H C C C C C C C C N H N N N N H Açúcar H H H Purine ring Guanine AdenineNucleotídeos DNA Milhares de nucleotídeos P P G Sugar Double empilham-se em uma forma linear. P P Phosphate A I Helix Grupo fosfato liga 0 carbono 3 P P A I Nucleotide de um nucleotídeo ao carbono 5 P P de outro nucleotídeo. I A P P G Complementary Base Pair P P G P P I A Fosfato Açucar P P G A P P A I A Adesina P P T . Timina Base Nitrogenada C - Citosina G - GuaninaPolinucleotídeos Ligações fosfodiéster NH2 N N 5'end H adenina D N N H 0 purinas D fosfato H H N H N H H guanina deoxirribose H 0 H N N CH₂ 0 D H H H HOCH2 D CH H citosina H H H N pirimidinas H 0 0 OH 0 CH3 H H H timina ribose (no RNA) N (no DNA) H H H 0 D H N H N-H H H N 0 H H H uracil (no RNA) 0 H 3'endPolinucleotídeos Ligações fosfodiéster N 5'end H adenina D N N H purinas D fosfato H H H H guanina deoxirribose H 0 H N N 0 D H H H HOCH2 H citosina H H D H N 0 pirimidinas H 0 OH 0 CH3 H H H timina ribose (no RNA) (no DNA) H H H 0 H N 0 H N-H CH2 D 0 H H N 0 H H H uracil (no RNA) 0 H - 3'endÁcido Desorirribonucléico - DNA Composta por duas fitas de nucleotídeos unidas por pontes de hidrogênio Polímero longo (A não-ramificado T C Alto peso molecular G Pentose faz ligação entre base nitrogenada e fosfato. Pentose + fosfato invariáveis nos nucleotídeos e função unicamente estrutural. Bases nitrogenadas informações para a síntese de proteínas.Dupla fita do DNA A dupla fita é complementar e antiparalela P P 3'end P P S S 5'end T C A G A G T C S $ P P P P 3'endDupla fita do DNA A dupla fita é complementar e antiparalela P P P P Em uma das 3 end extremidades há S 5'end um grupo fosfato ligado ao carbono T C A G 5' e na outra extremidade uma A hidroxila ligada ao G T C carbono 3'. 5'end S S S P P P P 3'endDupla fita do DNA Base H Fosfato nitrogenada N N-H Desoxirribose OH Ligação de N hidrogênio N H-N OH H2C T A Sugar N N CH2 Sugar Adenine (A) Thymine (T) H2C G C H N H-N H2C C G N N-H N CH2 Sugar N N H2C N-H Sugar A T CH2 H OH Guanine (G) Cytosine (C) B Copyright publishing as BenjaminDupla fita do DNA H H 0.28 H Pontes de hidrogênio Thymine D Adenine H 0.30 H entre as bases N e Nitrogenadas 1.11 nm 50° 51° H H 0.29 am Cytosine H Rompimento das pontes de H 0.30 N hidrogênio: H N 0.29 nm D chain temperatura agitação das moléculas 1.08 nm desprotonação pH fosfato perde prótons e fica mais negativo aumenta a repulsãoDupla fita helicoidal do DNA Duas cadeias de nucleotídeos DNA Sugar Cytosine and que se enrolam com giro para Thymine Molecule: Bases direita Dupla hélice Two Antiparalelas 5' 3' Views Adenine and Guanine Phosphate group F Estrutura da molécula de DNA: H C H H H H 1- Parte invariável (açúcar e H H H fosfato) esqueleto H na parte externa CH H H 2- Pares de bases d CH H H complementares parte interna estrutura da molécula de DNA comparada a uma escada enrolada sobre siDupla fita helicoidal do DNA Entre os filamentos estão sulco Blocos construtores de DNA Fita de DNA maior e sulco menor. Fosfato Açúcar + G 5 3' G G A Base fostato Fita dupla de DNA de DNA Sulco menor 5 5 G C A T 1 A A A 3 À 10 pares Sulco T A A maior de bases G Esqueleto de G G G G A A 20 À G G T A A T (a) 5' 5' y Pares de bases unidos por ligações de Alberts; Biologia Molecular da Célula (pág. 176)Forças que mantém a dupla hélice Ligações Covalentes (ligações fortes) unem os átomos na molécula de pentose, fosfato e base nitrogenada. Interações hidrofóbicas estabilizam pareamento de bases. Forças de van der Waals (fracas) ocorre nas bases empilhadas no interior da hélice. Pontes de Hidrogênio (ligações fracas) mantêm as bases nitrogenadas pareadas mantêm as duas fitas unidas.Forças que mantém a dupla hélice esqueleto açúcar-fosfato é altamente polar e interage com a água (hidrofílico) empilhamento de bases adjacentes (baixa polaridade) é a principal força que mantém a dupla hélice 3 - Somente as pontes de hidrogênio não são suficientes para manter a dupla fita 4 - Repulsão do fosfato A carga (-) do fosfato promove uma repulsão suficiente para romper as pontes de H.Tipos de DNA A formação que DNA adota depende de vários fatores : a intensidade e direção do superenrolamento, modificações químicas das bases e a solução na qual DNA está presente (ex.: concentração de metais, e poliaminas). DNA-B Giro para direita. Estrutura de todos os DNA in vivo Repetição helicoidal de 10pb/giro. DNA-A Giro para direita como a forma ocorre sob condições não fisiológicas em amostras de DNA desidratadas. Estrutura mais larga e mais comprida. Repetição helicoidal de 11pb/giro. DNA-Z Giro para esquerda. Não se forma facilmente no DNA in vivo. Aspecto de ziguezague com 12pb/giro.Tipos de DNA FORMA ESPESSURA BASES/GIRO TAMANHO SENTIDO GIRO GIRO A 2,2 nm 11 2,5 nm Para direita B 2,0 nm 10 3,3 nm Para direita Z 1,8 nm 12 4,6 nm Para esquerdaRNA RNA é mais instável fácil de degradar do que DNA Presença do oxigênio no carbono 2 mais reativo com enzimas degradativas. R Base neste caso a Guanina NH OH N NH₂ P 5' N N 4' 1' Direcção Ribose 5' - 3' 3' 2' OH Grupo fosfato PTipos de RNA RNA mensageiro (mRNA) completa RNA transportador (tRNA) subunidades direção RNA peptidica RNA ribossômico (rRNA) VAT RNA de transferência Lys Pequeno RNA nuclear (snRNA) RNA interferente (iRNA) 0 Ribozimas (enzima de RNA) direção da tradução 5 -mRNA Função orientar a síntese de proteínas. Sintetizado pela Transcrição de um segmento de uma das hélices de DNA copia a informação contida no DNA e transporta ao citoplasma molécula complementar. RNA-polimerase RNA transcrito DNA Direção da transcriçãomRNA Nucleotídeos unem-se pela ação da RNA polimerase e se ligam em uma das fitas do DNA. Molécula de mRNA forma-se e se desprende do molde de DNA. mRNA nos eucariontes constituído por éxons e íntrons (não segmento de DNA Transcrição primária mRNA mRNA exon 1 intron exon 2 intron splicing exon 1 exon 2 mRNA intron exon 1 exon 2 madurotRNA Transporta aminoácidos para local da sintese protéica ribossomo. Possui uma região chamada anticódon que interage com a sequência específica localizada na molécula de mRNA Apresentam regiões de pareamento Cada RNAt, transportando um aminoácido específico, liga-se aos códons do RNAm através de seus anticódons. C CHR Amino acid Met Ester bond 5 Amino acid Attachment tRNA molecule site A U G C Intramolecular base-pairing Anticodon Anticodon mRNA UAC mRNA G-C-C 3' AUGCGAUAGCU CodontRNA Estrutura: C CHR Amino acid - A fita simples de RNA Ester bond 5' assume forma de cruz - Parte superior se liga a tRNA algum aminoácido molecule A G Parte inferior TGGCCU UAG C GCGCG D (anticódon) se liga ao CGCGA C RNAm no ribossomo GA DGG Intramolecular base-pairing C Anticodon U Nesta imagem, 0 RNAt se ligaria a um trecho CGC do RNAm mRNA 5' G-C-C 3' CodontRNA AMINOÁCIDOS G RNA-t CODON UAC AUG CGG AUC GCC UUA RNA-m RIBOSSOMOtRNA CITOPLASHA aminoácidos livres cadeia proteica Gene neoformada ribossoma DNA aminoácido ribossoma aminoácidos transportando para 0 na 0 incorporando cadeia proteica mRNA a ser traduzido. ribossomarRNA Componente dos ribossomos Os ribossomos são compostos por duas subunidades de tamanhos diferentes que se sencaixam. Mais da metade da massa do ribossomo é composta de RNA ribossomal. rRNA Proteins Subunits Assembled Antes de deixar L1 L2 L3 ribosomes 55 núcleo RNAr é + 235 processado Prokaryotic 235 dando (2900 bases) (120 bases) (Total: 31) 51 53 origem a 3 moléculas 165 + 705 distintas: 165 305 (1540 bases) (Total: 21) RNAr 28S 5.85 L1 L2 L3 5.85 (160 bases) RNAr 18S + Eukaryotic (mammalian) 285 285 RNAr 5,8S (4800 bases) (120 bases) (Total: 50) 51 53 + 805 185 185 405 (1900 bases) (Total: 33)snRNA (small nuclear) Participa do processamento de mRNA (splicing) hnRNA exon Donor site Branch site Acceptor site exon exon (snRNPs) RNAsn se unem com proteínas nucleares para formar complexos ribonucleoproteícos. exon exon cut Os spliceossomos grandes arranjos exon formados por ribonucleoproteínas out RNA Mature RNA exans) remove OS íntrons gerando nucleotídeos livres que são recicladossnRNA (small nuclear) Participa do processamento de mRNA (splicing) hnRNA Donor Branch site Acceptor site exon exon (snRNPs) RNAsn se unem com proteínas nucleares para formar complexos ribonucleoproteícos. exon exon Os spliceossomos grandes arranjos exon formados por ribonucleoproteínas out Spiceosome RNA Mature RNA (only remove OS íntrons gerando nucleotídeos livres que são recicladosiRNA (interferente) Pequenas sequências de RNA produzidas no núcleo que interferem na tradução protéica. iRNA associa-se a um mRNA específico, inibindo a sua tradução ou ativando a sua destruição. NÚCLEO CITOPLASMA Gene 4a IRNA miRNA (microRNA) Degradação do TRANSCRIÇÃO do IRNA siRNA (do inglês, small de RNA da Tradução interfering RNA). autocomplementar degrada uma das e restante é utilizado como complementar de um que devem ser Forma-se uma dobra um RNA DICER Estruturas recentemente descritas que de dupla RISC estão envolvidas no controle da RISC Complexo de A entima Dicer cliva de Pontes de H silenciamento expressão gênica pós-transcricional gerando micro dsRNAs por RNAiRNA Prêmio Nobel de Medicina e Fisiologia de 2006 Andrew Fire (esq.) e Craig Mello (dir.) Elucidação do silenciamento gênico por RNAi. mecanismo de RNAi ocorre em vários organismos eucariontes e podem ser classificados de acordo com sua origem e função em pelo menos três categorias: miRNAs (microRNAs) siRNAs (short interfering RNAs) shRNAs (short hairpin RNAs)Ribozima ribozima 5' + Molécula de RNA com capacidade auto- ARN sustrato catalítica semelhante às enzimas. unión de bases del ARN y ribozima RNA com atividade enzimática. Elas participam do corte de moléculas de RNA mensageiro (splicing) fazendo a remoção de "introns" Escisión del sustrato Rompe outras moléculas de RNA. (A) Ribozyme 3' 3 A GCCGG A Cleavage CCAGCCG 5' liberación del sustrato AGGCC site G GGUCGGC 3' A A Substrate sustrato escindido ribozima libre 3' 5'Principais características do genoma Procarioto Eucarioto material genético não está Grande maioria do material contido em um núcleo genético está contido em um delimitado por membranas, mas núcleo (1% mitocondrial) sim em um nucleóide Associados a proteínas A maioria possui cópia do único chamadas de histonas para cromossomo (são haplóides) formar a cromatina Podem conter plasmídeos (DNA Constituído por DNA linear extra-cromossomal) muito longo Constituído de DNA circularGenoma procarioto Nucleóide cillo nucleoide (DNA) ribossomos # alimento A 0,5 pm Fibras de DNA membrana celular Membrana (DNA) parede celular rompida citoplasmaGenoma de E. coli: Genoma de E. coli: 4.639.675 pares de base 4.288 fases de leitura aberta (genes) thrLABC dnak Estão indicados alguns genes e operons de 460 oriC 2 cada fita 44 42 lacZYA 4 40 6 galETK 38 8 36 10 Escherichia coli K-12 12 34 4.639.675 pb trpEDCBA 32 14 to/C 30 16 recA 28 18 26 20 22 hisGDCBHAFIEPreparação feita para expor DNA bacteriano. único cromossomo aparece como um filamento branco e plasmídeos circulares estão indicados pela seta Huntington Potter DavidPlasmídeo Elementos extra-cromossomais com capacidade de replicação autônoma molécula de DNA fita dupla circular. Conferem vantagens adaptativas às bactérias que os possuem. produção de toxinas bacterium produção de pilinas fixação plasmid bacterial chromosome produção de adesinas ligam a receptores na superfície da célula do hospedeiro 1 Conferem resistência a múltiplos antibióticos (tornam problemático tratamento quimioterápico de determinadas infecções.)Mapa genético do plasmídeo de resistência R100. Funções de mer replicação sul str 94,3/0 kpb cat Mapa genético do plasmídeo IS1 de resistência R100. 75 kpb 25 kpb Tamanho: 94.370 pb Genes de resistência: mer mercúrio 50 kpb tra sul - sulfonamida IS10 str - estreptomicina IS10 cat - cloranfenicol tet - tetraciclina onT Tn10 tetGenoma de eucarioto Situado no núcleo da célula (99% do genoma) Constitui a cromatina: DNA dupla fita associada a proteínas chamadas de histonas A cromatina compõe os cromossomos eucariotos Dois tipos de cromatina: - Eucromatina: dispersa pelo núcleo na interfase e condensada durante divisão celular (transcrita) - Heterocromatina: altamente condensada (não transcrita)Genoma de eucarioto Dois tipos de cromatina: - Eucromatina: dispersa pelo núcleo na interfase e condensada durante divisão celular (transcrita) - Heterocromatina: altamente condensada (não transcrita) Diferentes estágios do cromossomo Eucromatina: cromossomo Filamento menos cromatina cromossomo simples condensado e que duplicado apresenta atividade gênica. Heterocromatina: Filamento condensado cromátide no qual material maior genético está inativo. espiralização cromátideGenoma de eucarioto - Histonas A cromatina é formada a partir da molécula de DNA de dupla hélice complexada com proteínas básicas - as histonas Aminoácidos das histonas são básicos (carga +) que interagem com os fosfatos (-) do DNA. Nucleossomo Histona 9 H3 2 4 14 23 DNA de 110 pb 36 16 12 1358 Histona 5 H2B 20 120 15 Histona H2AGenoma de eucarioto Pequeno segmento de DNA enrolado ao redor de um núcleo de histonas Nucleossomo DNA H2A H2B Nucleossomo: DNA enrolado ao redor de um H1 Nucleosome octâmero de histonas: duas cópias de cada histona (H2A, H2B, H3 e H4) formando colar de H4 H3 contas Core of 8 Histones H2A de 11 - N de nãoGenoma de eucarioto 30 nm Médula Octámero de Histonas ADN 10 nm ADN Solenóide Histona H1 Octámero Histonas Histona H1 Nucleosoma Colar de contas Solenóide1 2 nm Dupla hélice de DNA 2 11 nm Cromatina em forma de colar de contas Fibra de 3 30 nm nucleossomos empacotados Fibra de 300 nm nucleossomos empacotados em espiral 4 700 nm Espirais Estrutura dos condensados 5 1.400 nm Cromossomo em metáfaseGenoma de eucarioto Chromosome Histones Chromatin Nucleosome Solenóide DNA helix TACTGCCTAGTCGGCGTTCGCCTTAACCGCTGTATT