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Ácido nucleico

Última atualização em 20 de agosto de 2022

Definição

Um ácido nucleico é uma cadeia de nucleotídeos que armazena informações genéticas em sistemas biológicos. Ele cria DNA e RNA, que armazenam as informações necessárias para criar proteínas. Esta informação é armazenada em vários conjuntos de três nucleotídeos, conhecidos como códons.

Como os ácidos nucleicos funcionam

O nome vem do fato de que essas moléculas são ácidas – ou seja, são boas em doar prótons e aceitar pares de elétrons em reações químicas – e o fato de terem sido descobertas pela primeira vez nos núcleos de nossas células.

Normalmente, um ácido nucleico é uma molécula grande composta por uma corda ou “polímero” de unidades chamadas “nucleotídeos”. Toda a vida na Terra usa ácidos nucleicos como meio para registrar informações hereditárias – ou seja, os ácidos nucleicos são os discos rígidos que contêm o projeto essencial ou o “código -fonte” para a fabricação de células.

Por muitos anos, os cientistas se perguntaram como as coisas vivas “sabiam” como produzir todos os materiais complexos que precisam para crescer e sobreviver, e como eles passaram suas características para seus filhos.

Os cientistas finalmente encontraram a resposta na forma de DNA – ácido desoxirribonucleico – uma molécula localizada no núcleo das células, que foi passada das células parentais para as células “filha”.

Quando o DNA foi danificado ou transmitido incorretamente, os cientistas descobriram que as células não funcionavam corretamente. Os danos ao DNA causariam que as células e os organismos se desenvolvessem incorretamente, ou seriam tão danificados que eles simplesmente morreram.

Experimentos posteriores revelaram que outro tipo de ácido nucleico – RNA, ou ácido ribonucleico – atuava como um “mensageiro” que poderia transportar cópias das instruções encontradas no DNA. O ácido ribonucleico também foi usado para passar as instruções de geração em geração por alguns vírus.

Função de ácidos nucleicos

Os ácidos nucleicos armazenam informações como o código do computador

De longe, a função mais importante dos ácidos nucleicos para os seres vivos é seu papel como portadores de informação.

Como os ácidos nucleicos podem ser criados com quatro “bases” e porque “regras de emparelhamento de bases” permitem que as informações sejam “copiadas” usando uma fita de ácidos nucleicos como modelo para criar outro, essas moléculas são capazes de conter e copiar informações .

Para entender esse processo, pode ser útil comparar o código de DNA com o código binário usado pelos computadores. Os dois códigos são muito diferentes em seus detalhes, mas o princípio é o mesmo. Assim como seu computador pode criar realidades virtuais inteiras simplesmente lendo strings de 1s e 0s, as células podem criar organismos vivos inteiros lendo strings dos quatro pares de bases de DNA.

Como você pode imaginar, sem código binário, você não tem computador nem programas de computador. Da mesma maneira, os organismos vivos precisam de cópias intactas de seu “código -fonte” de DNA para funcionar.

Os paralelos entre o código genético e o código binário levaram até alguns cientistas a propor a criação de “computadores genéticos”, que podem armazenar informações com muito mais eficiência do que os discos rígidos à base de silício. No entanto, como nossa capacidade de registrar informações sobre o silício avançou, pouca atenção foi dada à pesquisa de “computadores genéticos”.

Protegendo as informações

Como o código -fonte do DNA é tão vital para uma célula quanto o seu sistema operacional é para o seu computador, o DNA deve ser protegido contra danos potenciais. Para transportar as instruções do DNA para outras partes da célula, cópias de suas informações são feitas usando outro tipo de RNA de ácido nucleico.

São essas cópias de RNA de informações genéticas que são enviadas para fora do núcleo e ao redor da célula a serem usadas como instruções por máquinas celulares.

As células também usam ácidos nucleicos para outros fins. Ribossomos – as máquinas celulares que produzem proteína – e algumas enzimas são feitas de RNA.

O DNA usa o RNA como uma espécie de mecanismo de proteção, separando o DNA do ambiente caótico do citoplasma. Dentro do núcleo, o DNA é protegido. Fora do núcleo, movimentos de organelas, vesículas e outros componentes celulares podem danificar facilmente os fios de DNA longos e complexos.

O fato de o RNA poder atuar tanto como material hereditário quanto uma enzima fortalece o argumento da idéia de que a primeira vida poderia ter sido uma molécula de RNA auto-replicante e autocatalisante.

Exemplos de ácidos nucleicos

Os ácidos nucleicos mais comuns na natureza são DNA e RNA. Essas moléculas formam a base para a maioria da vida na Terra e armazenam as informações necessárias para criar proteínas que, por sua vez, completam as funções necessárias para que as células sobrevivam e se reproduzam. No entanto, o DNA e o RNA não são os únicos ácidos nucleicos. No entanto, os ácidos nucleicos artificiais também foram criados. Essas moléculas funcionam da mesma maneira que os ácidos nucleicos naturais, mas podem desempenhar uma função semelhante. De fato, os cientistas estão usando essas moléculas para construir a base de uma “forma de vida artificial”, que poderia manter o ácido nucleico artificial e extrair informações dela para construir novas proteínas e sobreviver.

De um modo geral, os próprios ácidos nucleicos diferem em todos os organismos baseados na sequência de nucleotídeos dentro do ácido nucleico. Essa sequência é “lida” por máquinas celulares para conectar aminoácidos na sequência correta, construindo moléculas de proteína complexas com funções específicas.

Ácidos nucleicos e genética

O código genético

Hoje, os cientistas sabem que o código -fonte das células está literalmente escrito em ácidos nucleicos. A engenharia genética altera os traços dos organismos adicionando, removendo ou reescrevendo partes de seu DNA – e posteriormente alterando quais “partes” as células produzem.

Um “programador” genético suficientemente qualificado pode criar as instruções para uma célula viva do zero usando o código do ácido nucleico. Os cientistas fizeram exatamente isso em 2010, usando um sintetizador de DNA artificial para “escrever” um genoma do zero usando pedaços de código -fonte tirados de outras células.

Todas as células vivas na Terra “Read” e “Escreva” seus códigos de origem quase exatamente na mesma “linguagem” usando ácidos nucleicos. Conjuntos de três nucleotídeos, chamados códons, podem codificar para qualquer aminoácido ou para a parada ou início da produção de proteínas.

Outras propriedades dos ácidos nucleicos podem influenciar a expressão do DNA de maneiras mais sutis, como se unir e dificultar as enzimas de transcrição para acessar o código que armazenam.

O fato de todas as células vivas na Terra “falar” quase a mesma “linguagem” genética apóia a idéia de um ancestral comum universal – isto é, a idéia de que toda a vida na terra hoje começou com uma única célula primordial cujos descendentes evoluíram para dar origem Para todas as espécies vivas modernas.

De uma perspectiva química, os nucleotídeos que são unidos para criar ácidos nucleicos consistem em um açúcar de cinco carbonos, um grupo fosfato e uma base contendo nitrogênio. A imagem abaixo mostra desenhos estruturais dos quatro DNA e as quatro bases nitrogenadas de RNA usadas pelas coisas vivas na Terra em seus ácidos nucleicos.

Ele também mostra como a ligação “backbones” do fosfato de açúcar em um ângulo que cria uma hélice-ou uma hélice dupla no caso do DNA-quando vários ácidos nucleicos são amarrados em uma única molécula:

Ácidos nucleicos são polímeros de nucleotídeos

DNA e RNA são polímeros feitos de nucleotídeos individuais. O termo “polímero” vem de “Poly” para “muitos” e “mer” para peças, referindo -se ao fato de que cada ácido nucleico é feito de muitos nucleotídeos.

Como os ácidos nucleicos podem ser feitos naturalmente reagindo ingredientes inorgânicos juntos e porque são sem dúvida o ingrediente mais essencial para a vida na Terra, alguns cientistas acreditam que a primeira “vida” na Terra pode ter sido uma sequência auto-replicante de aminoácidos que foi criado por reações químicas naturais.

Os ácidos nucleicos foram encontrados em meteoritos do espaço, provando que essas moléculas complexas podem ser formadas por causas naturais, mesmo em ambientes onde não há vida.

Alguns cientistas até sugeriram que esses meteoritos podem ter ajudado a criar a primeira “vida” do ácido nucleico auto-replicante na Terra. Isso parece possível, mas não há evidências firmes para dizer se é verdade.

Estrutura do ácido nucleico

Como os ácidos nucleicos podem formar enormes polímeros que podem assumir muitas formas, existem várias maneiras de discutir a “estrutura do ácido nucleico”. Pode significar algo tão simples quanto a sequência de nucleotídeos em um pedaço de DNA, ou algo tão complexo quanto a maneira como a molécula de DNA dobra e como ele interage com outras moléculas. Os ácidos nucleicos são formados principalmente com os elementos carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e fósforo.

Consulte o artigo da estrutura do ácido nucleico para obter mais informações.

Monômero de ácidos nucleicos

Os nucleotídeos são os monômeros individuais de um ácido nucleico. Essas moléculas são razoavelmente complexas, consistindo em uma base nitrogenada e um “backbone” de fosfato de açúcar. Existem quatro tipos básicos de nucleotídeo, adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T).

Quando nossas células se juntam nucleotídeos para formar os polímeros chamados ácidos nucleicos, eles os ligam substituindo a molécula de oxigênio do açúcar 3 ‘do backbone de um nucleotídeo pela molécula de oxigênio do açúcar 5’ de outro nucleotídeo.

Isso é possível porque as propriedades químicas dos nucleotídeos permitem que 5 ‘carbonos se unam a múltiplos fosfatos. Esses fosfatos são parceiros de ligação atraentes para a molécula de oxigênio de 3 ‘do oxigênio 3’ do outro nucleotídeo, de modo que a molécula de oxigênio aparece para se unir aos fosfatos e é substituída pelo oxigênio do açúcar 5 ‘. Os dois monômeros nucleotídeos estão então totalmente ligados a uma ligação covalente através dessa molécula de oxigênio, transformando -os em uma única molécula.

Os nucleotídeos são os monômeros dos ácidos nucleicos, mas assim como os ácidos nucleicos podem servir a propósitos que não sejam transportados de informações, os nucleotídeos também podem.

As moléculas de transporte de energia vitais ATP e GTP são feitas de nucleotídeos-os nucleotídeos “A” e “G”, como você poderia ter adivinhado.

Além de transportar energia, o GTP também desempenha um papel vital nas vias de sinalização de células da proteína G. O termo “G-proteína” realmente vem do “G” em “GTP”-o mesmo G encontrado no código genético.

As proteínas G são um tipo especial de proteína que pode causar cascatas de sinalização com consequências importantes e complexas dentro de uma célula. Quando o GTP é fosforilado, essas proteínas G podem ser ligadas ou desativadas.

Questionário

1. Qual das alternativas a seguir não é uma razão pela qual alguns cientistas pensam que a primeira vida poderia ter sido feita de RNA?

2. Se houver apenas quatro pares de bases de RNA e DNA, por que listamos cinco? (A, G, C, T e U?)

3. Por que a “mão” de nossos ácidos nucleicos pode ser importante?

4. Qual é a diferença entre ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA)?

5. Qual das alternativas a seguir não é uma função de um ácido nucleico?

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