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Tipos de ácido nucleico e estrutura

Última atualização em 19 de agosto de 2022

Tipos de ácido nucleico

Existem dois tipos de ácido nucleico: ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). Ambos desempenham um papel central em todas as funções de todo organismo vivo. Os ácidos nucleicos têm estruturas básicas semelhantes com diferenças importantes. Eles são compostos de nucleotídeos de monômero conectados como ligações como links em uma cadeia para formar polímeros de ácido nucleico. Os nucleotídeos consistem em um nucleosídeo (a combinação de uma molécula de monossacarídeo pentose e uma base nitrogenada) e um grupo fosfato. A diferença entre RNA e DNA está em uma única base nitrogenada e um único átomo de oxigênio dentro de uma molécula de açúcar.

DNA

O DNA é o plano genético de um organismo vivo no qual todas as informações são armazenadas e a partir das quais todas as informações podem ser transmitidas. Possui uma forma distinta de dupla hélice-dois fios únicos que se entrelaçam um pelo outro. Um fio de DNA é muito mais longo que o de uma fita singular de RNA. Isso ocorre porque toda fita de DNA em todas as células contém o plano para todo o organismo. O ácido desoxirribonucleico é encontrado principalmente no núcleo. No entanto, o DNA em uma versão muito mais curta também pode ser encontrado nas mitocôndrias (mtDNA), onde fornece os genes necessários para a produção de trifosfato de adenosina, a fonte mais importante de energia celular.

Qualquer célula que possua um núcleo contém ácido nucleico na forma de DNA. Existem várias exceções à regra. Algumas células perdem o núcleo e o DNA durante o processo de envelhecimento, como glóbulos vermelhos maduros, corneócitos e queratinócitos. As plaquetas sanguíneas às vezes são mencionadas como não contendo núcleo nem DNA; No entanto, as plaquetas são fragmentos de megacariócitos e não são consideradas células reais. Organismos de célula única (procariontes), como bactérias, não possuem núcleo, mas contêm fios soltos de DNA no citoplasma, como mostrado abaixo.

Estrutura do ácido nucleico do DNA

A estrutura do DNA, uma hélice dupla reconhecida globalmente, é baseada nos dois fios de um esqueleto de fosfato de açúcar, mantidos juntos por fusos de base nitrogenados. O DNA contém quatro bases nitrogenadas, ou nucleobases: adenina, timina, citosina e guanina. Estes são compostos que ocorrem naturalmente que dão a cada nucleotídeo seu nome e são divididos em dois grupos – pirimidinas e purinas. Enquanto as pirimidinas citosina, a timina e a uracil (ver RNA) são pequenas construções de anéis únicos, adenina e guanina são maiores e duplos. Essa diferença de forma e tamanho e uma diferença subsequente na carga elétrica é importante, pois permite apenas pares complementares específicos entre diferentes tipos de grupo; No DNA, a adenina só se relaciona com a timina e a citosina só se relaciona com a guanina. Isso cria eixos de base nitrogenados do mesmo comprimento e uma imagem espelhada na fita oposta.

A forma de DNA de hélice dupla é causada pela forma dos nucleotídeos de monômero. Quando as moléculas assimétricas são empilhadas uma no topo da outra, uma hélice geralmente é o resultado. No DNA, cada fita corre antiparalelo do outro, ou em direções opostas.

O monômero de nucleotídeos que compõe uma única ligação da cadeia de polímero de DNA é formada a partir de uma nucleobase, um grupo fosfato e um açúcar de cinco carbonos (pentose) chamado 2-desoxirribose. “Deoxi” refere -se à perda de um átomo de oxigênio em relação a outra forma de açúcar de pentose conhecido como ribose (ver RNA). Essa falta de um átomo de oxigênio também desempenha um papel na estrutura helicoidal do DNA. A imagem a seguir mostra a diferença na estrutura química desses dois açúcares pentose. Observe a ausência da molécula de oxigênio vermelho no segundo carbono da desoxirribose à esquerda.

A desoxirribose liga covalentemente com um grupo fosfato. Isso produz uma cadeia conhecida como espinha dorsal do fosfato de açúcar. Essa estrutura deixa cada base de nucleotídeo aberta e livre para se unir à base de nucleotídeos corretos na fita oposta.

RNA

O RNA é encontrado em todo tipo de célula. É essencial para a produção de proteínas através da replicação de informações genéticas. Usando o plano de DNA, o RNA de várias formas cópias e transferências codificou dados genéticos para ribossomos celulares. Por sua vez, os ribossomos traduzem esses dados na forma de proteínas. O RNA não está associado à estrutura de hélice dupla do DNA. No entanto, ele tem a capacidade de formar essa estrutura por um período temporário e existe em fios únicos de comprimentos variados. Mesmo em glóbulos vermelhos desnucleados, o RNA continua realizando o processo de transcrição. Isso ocorre porque a biossíntese de proteínas é necessária para todas as reações dentro de um organismo vivo.

Tipos de RNA

O RNA possui quatro formas principais nomeadas de acordo com seu papel específico. Estes são conhecidos como RNA mensageiro (mRNA), RNA de transferência (tRNA), RNA ribossômico (rRNA) e RNA não codificante (ncRNA). Três deles – mRNA, tRNA e rRNA – são responsáveis pela produção de proteínas de aminoácidos únicos de acordo com o plano de DNA. O RNA não codificante é um amplo grupo de ácidos ribonucleicos que não produzem proteínas através de códigos de DNA. A pesquisa sobre esse grupo ainda está em sua infância e muitos tipos são relegados a uma categoria conhecida como RNA “lixo”. No entanto, grandes quantidades de certos tipos de RNA podem indicar funções em áreas como estrutura cromossômica, homeostase e fisiologia celular.

Estrutura do ácido nucleico do RNA

Em relação à estrutura, o RNA é muito semelhante ao DNA. As principais diferenças são: a ausência de uma estrutura de hélice dupla, ribose em vez de desoxirribose e uracil em vez de timina.

O RNA é encontrado principalmente em fios únicos ou formas dobradas. Tende a formar uma hélice dupla apenas temporária. O açúcar de pentose na forma de ribose que faz parte do esqueleto de açúcar-fosfato do RNA possui um átomo de oxigênio adicional no segundo átomo de carbono que forma um grupo hidroxila. O uracil nucleobase – específico do RNA – substitui a timina encontrada no DNA. A imagem abaixo mostra claramente essas diferenças estruturais e elementares.

Estrutura do ácido nucleico

Os ácidos nucleicos podem formar enormes polímeros que podem assumir muitas formas. Como tal, existem várias maneiras de discutir a estrutura do ácido nucleico. “Estrutura do ácido nucleico” pode significar algo tão simples quanto a sequência de nucleotídeos em um pedaço de DNA. Ou, isso pode significar algo tão complexo quanto a maneira como a molécula de DNA dobra e como interage com outras moléculas.

Aqui está um pouco sobre cada nível de estrutura do ácido nucleico:

Estrutura primária

Os nucleotídeos – os blocos de construção de ácidos nucleicos e as “letras” do “código” genético – são feitos de dois componentes:

  • Uma base nitrogenada, como adenina, citosina, guanina e timina ou uracil. DNA e RNA têm quatro possíveis bases nitrogenadas; Onde o DNA usa a timina, ou “t”, o RNA usa uracil, ou “u” em vez de timina. Cada uma dessas quatro bases possui propriedades de ligação diferentes, garantindo que a célula não “misture” uma letra com a outra. Timina e uracil têm estruturas e propriedades quase idênticas, permitindo que eles cumpram papéis semelhantes nos dois tipos diferentes de ácidos nucleicos.
  • Um esqueleto de açúcar-fosfato, que permite que as bases nitrogenadas sejam amarradas. O açúcar de cada nucleotídeo pode se conectar ao fosfato de outro nucleotídeo para se tornar uma única molécula. Quando muitos nucleotídeos são amarrados, o ângulo dessa ligação fosfato-açúcar mais frequentemente transforma a corda em uma hélice. É por isso que o DNA, que é de duas falhas, naturalmente assume a forma de uma hélice dupla. A estrutura primária do ácido nucleico refere -se à sequência de suas bases nucleotídicas e a maneira como elas são ligadas covalentemente entre si. A sequência de “letras” em um fio de DNA ou RNA, então, faz parte de sua estrutura primária, assim como a forma helicoidal ou dupla.

Estrutura secundária

A estrutura secundária refere -se à forma como os nucleotídeos baseiam a ligação de hidrogênio entre si, e o que isso cria a partir de seus dois fios. As ligações de hidrogênio que se formam entre bases complementares de dois fios de ácido nucleico são bastante diferentes da ligação covalente que se forma entre monômeros irmãs em uma fita de ácido nucleico.

As ligações entre as bases em uma única fita de ácido nucleico são covalentes – elas compartilham totalmente seus elétrons e estão ligadas de uma maneira muito difícil de quebrar. Os átomos ligados por ligações covalentes fazem parte da mesma molécula. As ligações de hidrogênio, por outro lado, são ligações fracas que provêm de atrações fracas e temporárias entre núcleos de hidrogênio carregados positivamente e os elétrons de outros átomos. As moléculas não compartilham elétrons, para que possam ser separadas com bastante facilidade. Alterações nos fatores ambientais como a acidez também podem interromper as ligações de hidrogênio.

A estrutura secundária mais comum com a qual estamos familiarizada é a dupla hélice que se forma quando duas cadeias complementares de DNA hidrogênio se ligam. Outras estruturas também são possíveis, como um “loop-tronco”-que ocorre quando uma única molécula de RNA se dobra para trás e se liga a si mesma-ou uma estrutura de quatro braços que pode ocorrer quando quatro fios diferentes de ligação de hidrogênio de ácido nucleico com diferentes partes um do outro. Pensa -se que algumas dessas possibilidades de estrutura secundária são usadas para ajudar a controlar a expressão gênica e a desempenhar outras funções biológicas. Em geral, as enzimas de transcrição expressarão apenas genes que podem acessar. Se um trecho de gene ou RNA estiver “amarrado” em um emaranhado de ácidos nucleicos, as enzimas podem ter menos probabilidade de alcançá -lo. Genes em estruturas secundárias mais abertas e simples, por outro lado, podem ter maior probabilidade de ser expressa.

Estrutura terciária

A estrutura terciária refere -se à posição dos átomos de um ácido nucleico no espaço. Existem várias medidas comuns discutidas ao falar sobre a estrutura terciária de um ácido nucleico, incluindo:

  • As moléculas assimétricas de “Handedness” são muito parecidas com nossas mãos. Cada uma de nossas mãos tem a mesma forma, por exemplo – os mesmos componentes vinculados da mesma maneira. Mas nossas mãos claramente não são intercambiáveis. Isso ocorre porque um de nossas mãos tem o polegar no lado direito, enquanto o outro tem o polegar à esquerda. Em vez de serem estruturas idênticas e intercambiáveis, nossas mãos são imagens espelhadas uma da outra. Da mesma maneira, moléculas assimétricas com as mesmas partes e conectividade podem ser idênticas, ou podem ser imagens espelhadas uma da outra. Algumas moléculas são “desteiras”, enquanto outras são imagens espelhadas “canhotas” dessas. Quando se trata de moléculas biológicas, a “mão” pode ser crucial para determinar o efeito que um produto químico tem sobre um organismo. Para alguns medicamentos e venenos, apenas um estereoisômer interage com as enzimas do nosso corpo. Uma molécula pode não ter efeito sobre nós, enquanto sua imagem espelhada pode ser benéfica ou mortal.
  • Comprimento da curva helix. Embora qualquer molécula assimétrica possa ter um estereoisômer, como você pode imaginar, a “duração da volta da hélice” é bastante exclusiva dos ácidos nucleicos. O ângulo de ligações entre nucleotídeos faz com que a maioria dos ácidos nucleicos forme uma forma de hélice. Mas pequenas diferenças na forma da hélice podem causar diferenças na maneira como a hélice interage com nossas enzimas e outras moléculas. Portanto, os detalhes dessa forma de hélice podem ser importantes!
  • Número de pares de bases por turno. Essa é outra medida da forma e propriedades exatas de uma hélice de ácido nucleico. Isso pode ser quimicamente e biologicamente importante, pois determina quais enzimas e moléculas podem afetar o DNA ou o RNA.
  • Diferença de tamanho entre ranhuras maiores e menores. Em uma hélice dupla de ácido nucleico, o “maior ranhura” é o caminho mais amplo que abre entre duas fios de ácido nucleico. O “groove menor” é o mais estreito. Em alguns casos, essas ranhuras podem servir como locais de ligação para outras moléculas. O tamanho das ranhuras maiores e menores pode variar dependendo de vários fatores, incluindo o ambiente químico da dupla hélice. Qualquer coisa que afete a força das ligações de hidrogênio pode afetar o tamanho das ranhuras maiores e menores.

Embora qualquer molécula assimétrica possa ter um estereoisômer, como você pode imaginar, a “duração da volta da hélice” é bastante exclusiva dos ácidos nucleicos.

Essa é outra medida da forma e propriedades exatas de uma hélice de ácido nucleico. Isso pode ser quimicamente e biologicamente importante, pois determina quais enzimas e moléculas podem afetar o DNA ou o RNA.

Em uma hélice dupla de ácido nucleico, o “maior ranhura” é o caminho mais amplo que abre entre duas fios de ácido nucleico. O “groove menor” é o mais estreito. Em alguns casos, essas ranhuras podem servir como locais de ligação para outras moléculas.

Estrutura quaternária

A estrutura quaternária refere -se às grandes formas e estruturas que podem ser feitas por ácidos nucleicos. Assim como os aminoácidos e proteínas, os ácidos nucleicos podem formar grandes estruturas. A forma dessas estruturas pode ser importante para suas funções.

Exemplos de estruturas quaternárias de ácido nucleico incluem cromatídeos – enormes moléculas de DNA que são fortemente embaladas para armazenamento e transporte durante a divisão celular – e ribossomos, que são organelas feitas parcialmente de RNA.

Algumas ribozimas também realizam seus empregos parcialmente através do uso da estrutura quaternária. Isso permite que eles interajam com seus substratos. Assim como as enzimas feitas de proteína, as ribozimas devem se encaixar com precisão em seu substrato para catalisar suas reações químicas.

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