Ácidos nucleicos

generalidade

Os ácidos nucléicos são as grandes moléculas biológicas de DNA e RNA, cuja presença e funcionamento adequado, no interior das células vivas, são fundamentais para a sobrevivência do último.

Um ácido nucleico genérico deriva da união, em cadeias lineares, de um grande número de nucleotídeos.

Figura: molécula de DNA.

Os nucleotídeos são pequenas moléculas, nas quais participam três elementos: um grupo fosfato, uma base nitrogenada e um açúcar de 5 átomos de carbono.

Os ácidos nucléicos são vitais para a sobrevivência de um organismo, pois cooperam na síntese de proteínas, moléculas essenciais para a correta realização dos mecanismos celulares.

O DNA e o RNA diferem entre si em alguns aspectos.

Por exemplo, o DNA tem duas cadeias nucleotídicas antiparalelas e tem, como o açúcar de 5 carbonos, desoxirribose. O RNA, por outro lado, geralmente tem uma única cadeia de nucleotídeos e possui ribose, como o açúcar de 5 carbonos.

O que são ácidos nucléicos?

Os ácidos nucléicos são as macromoléculas biológicas DNA e RNA, cuja presença, dentro das células dos seres vivos, é fundamental para a sobrevivência e o correto desenvolvimento das mesmas.

De acordo com outra definição, os ácidos nucléicos são os biopolímeros resultantes da união, em cadeias lineares longas, de um elevado número de nucleotídeos .

Um biopolímero, ou polímero natural, é um grande composto biológico que consiste em todas as mesmas unidades moleculares, chamadas de monômeros .

ÁCIDOS NUCLEICOS: QUEM ESTÁ EM POSSE?

Os ácidos nucleicos residem não apenas dentro das células de organismos eucariotas e procarióticas, mas também em formas de vida acelulares, tais como vírus, e em organelas celulares, tais como mitocôndrias e cloroplastos .

Estrutura geral

Com base nas definições anteriores, os nucleotídeos são as unidades moleculares que compõem os ácidos nucléicos DNA e RNA.

Portanto, eles representarão o principal tópico deste capítulo, dedicado à estrutura dos ácidos nucléicos.

ESTRUTURA DE UM NUCLEOTIDO GENÉRICO

Um nucleotídeo genérico é um composto de natureza orgânica, o resultado da união de três elementos:

Um grupo fosfato, que é um derivado do ácido fosfórico;
Uma pentose, que é um açúcar com 5 átomos de carbono ;
Uma base nitrogenada, que é uma molécula heterocíclica aromática.

A pentose é o elemento central dos nucleotídeos, pois está associada ao grupo fosfato e à base nitrogenada.

Figura: Elementos que constituem um nucleotídeo genérico de um ácido nucléico. Como pode ser visto, o grupo fosfato e a base nitrogenada estão ligados ao açúcar.

A ligação química que une a pentose e o grupo fosfato é uma ligação fosfodiéster, enquanto a ligação química que une a pentose e a base nitrogenada é uma ligação N-glicosídica .

COMO O PENTOSO PARTICIPA NAS VÁRIAS OBRIGAÇÕES COM OS OUTROS ELEMENTOS?

Prefácio: os químicos pensaram em numerar os carvões que compõem as moléculas orgânicas de forma a simplificar seu estudo e descrição. Aqui, então, que os 5 carvões de um pentoso se tornam: carbono 1, carbono 2, carbono 3, carbono 4 e carbono 5.

O critério para a atribuição de números é bastante complexo, por isso consideramos apropriado deixar de fora a explicação.

Dos 5 carbonos que formam a pentose dos nucleotídeos, aqueles envolvidos nas ligações com a base nitrogenada e o grupo fosfato são, respectivamente, carbono 1 e carbono 5 .

Carbono 1 de pentose → ligação N-glicosídica → base nitrogenada
Carbono 5 de pentose → ligação fosfodiéster → grupo fosfato

QUE TIPO DE LIGAÇÃO QUÍMICA É O ÁCIDO NUCLEOTIDOS DE ÁCIDOS NUCLEICOS?

Figura: Estrutura de uma pentose, numeração de seus carvões constituintes e ligações com base nitrogenada e grupo fosfato.

Ao compor os ácidos nucleicos, os nucleotídeos são organizados em longas cadeias lineares, mais conhecidas como filamentos .

Cada nucleótido que forma estas longas cadeias liga-se ao nucleótido seguinte, por meio de uma ligação fosfodiéster entre o carbono 3 da sua pentose e o grupo fosfato do nucleótido imediatamente a seguir.

EXTREMIDADES

Os filamentos de nucleotídeos (ou filamentos polinucleotídicos ), que constituem os ácidos nucléicos, têm duas extremidades, conhecidas como extremidades 5 ' (lemos "fim cinco primeiro") e fim 3' (lemos "fim três primeiro"). Por convenção, biólogos e geneticistas estabeleceram que a extremidade 5 'representa a cabeça de um filamento de ácido nucléico, enquanto a extremidade 3' representa sua cauda .

Do ponto de vista químico, a extremidade 5 'dos ácidos nucléicos coincide com o grupo fosfato do primeiro nucleotídeo da cadeia, enquanto a extremidade 3' dos ácidos nucléicos coincide com o grupo hidroxila (OH) colocado no carbono 3 do último nucleotídeo. .

É baseado nessa organização que, nos livros de genética e biologia molecular, os filamentos de nucleotídeos de um ácido nucléico são descritos da seguinte maneira: P-5 '→ 3'-OH.

* Nota: a letra P indica o átomo de fósforo do grupo fosfato.

Aplicando os conceitos de extremos 5 'e termina 3' a um único nucleotídeo, a extremidade 5 'deste último é o grupo fosfato ligado ao carbono 5, enquanto sua extremidade 3' é o grupo hidroxila unido ao carbono 3.

Em ambos os casos, o leitor é convidado a prestar atenção à ocorrência numérica: grupo 5 '- fosfato no carbono 5 e grupo 3' - hidroxila no carbono 3.

Função geral

Os ácidos nucleicos contêm, transportam, decifram e expressam informação genética em proteínas .

Consistindo de aminoácidos, as proteínas são macromoléculas biológicas, que desempenham um papel fundamental na regulação dos mecanismos celulares de um organismo vivo.

A informação genética depende da seqüência de nucleotídeos, que compõem os filamentos dos ácidos nucléicos.

História

O mérito da descoberta dos ácidos nucléicos, ocorrida em 1869, pertence ao médico e biólogo suíço Friedrich Miescher .

Miescher fez suas descobertas enquanto estudava o núcleo celular dos leucócitos, com a intenção de entender melhor a composição interna.

Os experimentos de Miescher representaram um ponto de virada no campo da biologia molecular e da genética, pois iniciaram uma série de estudos que levaram à identificação da estrutura do DNA (Watson e Crick, em 1953) e do RNA, ao conhecimento de mecanismos de herança genética e identificação de processos precisos de síntese protéica.

ORIGEM DO NOME

Os ácidos nucléicos têm esse nome, pois Miescher os identificou dentro do núcleo dos leucócitos (núcleo - nucléico) e constatou que eles continham o grupo fosfato, um derivado do ácido fosfórico (derivado do ácido fosfórico - ácidos).

DNA

Entre os ácidos nucleicos conhecidos, o DNA é o mais famoso, pois representa o repositório de informações genéticas (ou genes ) que servem para direcionar o desenvolvimento e o crescimento das células de um organismo vivo.

A sigla DNA significa ácido desoxirribonucleico ou ácido desoxirribonucleico .

ELICA DUPLA

Em 1953, para explicar a estrutura do DNA dos ácidos nucléicos, os biólogos James Watson e Francis Crick propuseram o modelo - mais tarde revelado correto - da chamada " dupla hélice ".

Baseado no modelo de "dupla hélice", o DNA é uma molécula grande, resultante da união de dois longos filamentos de nucleotídeos antiparalelos e enrolados um no outro.

O termo "antiparalelo" indica que os dois filamentos têm orientação oposta, isto é: a cabeça e a cauda de um filamento interagem, respectivamente, com a cauda e a cabeça do outro filamento.

De acordo com outro ponto importante no modelo de "dupla hélice", os ácidos nucléicos do DNA de ácido nucléico têm um arranjo tal que as bases nitrogenadas são orientadas em direção ao eixo central de cada espiral, enquanto as pentoses e os grupos fosfato formam o scaffolding deste último.

O QUE É O PENTOSE DO DNA?

A pentose que é o nucleotídeo do ácido nucléico é desoxirribose .

Este açúcar com 5 átomos de carbono deve seu nome à falta, no carbono 2, de átomos de oxigênio. Afinal, a desoxirribose significa "livre de oxigênio".

Figura: desoxirribose.

Devido à presença de desoxirribose, os ácidos nucléicos do DNA de ácido nucléico são chamados de desoxirribonucleotídeos .

TIPOS DE NUCLEOTÍDEOS E BASES DE NITROGÊNIO

O ácido nucleico do ADN tem 4 tipos diferentes de desoxirribonucleótidos .

Para distinguir os 4 tipos diferentes de desoxirribonucleotídeos é apenas a base nitrogenada, ligada à formação do grupo pentose-fosfato (que ao contrário da base nitrogenada nunca varia).

Por razões óbvias, portanto, as bases nitrogenadas do DNA são 4, especificamente: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T).

A adenina e a guanina pertencem à classe das purinas, compostos heterocíclicos aromáticos de anel duplo.

A citosina e a timina, por outro lado, se enquadram na categoria de pirimidinas, compostos heterocíclicos aromáticos de anel único.

Com o modelo de "dupla hélice", Watson e Crick também explicaram qual é a organização das bases nitrogenadas dentro do DNA:

Cada base de nitrogênio de um filamento se une, por meio de ligações de hidrogênio, a uma base nitrogenada presente no filamento antiparalelo, formando de fato um par de bases.
O emparelhamento entre as bases nitrogenadas dos dois filamentos é altamente específico. De fato, a adenina une apenas a timina, enquanto a citosina se liga apenas à guanina.
Essa importante descoberta induziu biólogos moleculares e geneticistas a cunhar os termos de " complementaridade entre bases nitrogenadas " e " emparelhamento complementar de bases nitrogenadas ", para indicar a singularidade da ligação da adenina com a timina e da citosina com a guanina. .

ONDE RESERVA NAS CÉLULAS VIVAS?

Em organismos eucarióticos (animais, plantas, fungos e protistas), o ácido nucleico do DNA reside dentro do núcleo de todas as células que possuem esta estrutura celular.

Em organismos procarióticos (bactérias e archaeabactérias), em vez disso, o ácido nucléico permanece no citoplasma, uma vez que as células procarióticas não possuem o núcleo.

ARN

Entre os dois ácidos nucleicos que ocorrem naturalmente, o RNA representa a macromolécula biológica que traduz os nucleotídeos do DNA nos aminoácidos que constituem as proteínas (processo de síntese proteica ).

De fato, o RNA de ácido nucléico é comparável a um dicionário de informação genética, relatado em DNA de ácido nucléico.

O acrônimo RNA significa ácido ribonucleico .

DIFERENÇAS QUE O DISTINGUEM DO DNA

O RNA do ácido nucléico apresenta diferentes diferenças, comparado ao DNA:

O RNA é uma molécula biológica menor que o DNA, geralmente formada a partir de uma única cadeia nucleotídica .
A pentose que constitui os nucleótidos do ácido ribonucleico é a ribose . Diferentemente da desoxirribose, a ribose possui um átomo de oxigênio no carbono 2.
É devido à presença de açúcar ribose que os biólogos e químicos atribuíram ao RNA o nome de ácido ribonucleico.
Os nucleótidos do ácido nucleico de ARN são também conhecidos como ribonucleótidos .
O ácido nucleico do RNA compartilha com o DNA apenas 3 bases de nitrogênio de 4 . No lugar da timina, na verdade, apresenta-se a base de nitrogênio da uracila .
O RNA pode residir em vários compartimentos da célula, do núcleo ao citoplasma.

TIPOS DE RNA

Figura: a ribose.

Dentro das células vivas, o RNA ácido nucleico existe em quatro formas principais: o RNA de transporte (ou RNA transfer ou tRNA ), o RNA mensageiro (ou RNA mensageiro ou mRNA ), o RNA ribossômico (ou RNA ribossômico). RNA ou rRNA ) e o RNA nuclear pequeno (ou RNA nuclear pequeno ou snRNA ).

Embora cubram diferentes papéis específicos, as quatro formas supracitadas de RNA cooperam para um objetivo comum: a síntese de proteínas, a partir das seqüências de nucleotídeos presentes no DNA.