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Os ácidos nucléicos são encontrados nas membranas celulares?

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Eu encontrei vários resultados online e recentemente fui considerado errado em um teste importante quando fiz a suposição de que eles não foram encontrados na membrana celular. Alguém sabe qual é a resposta correta neste caso? Desde já, obrigado.


Os ácidos nucléicos não são componentes estruturais das membranas celulares (ribossomos e núcleos são os principais locais onde são encontrados).

No entanto, por ser um sistema aberto, a célula troca substâncias químicas com seu entorno e a membrana celular também pode transportar ácidos nucléicos. É por isso que esses ácidos podem ser potencialmente detectados nas membranas celulares.

Se você tiver a expressão exata da pergunta, isso pode ajudar com uma resposta mais precisa.


Não, a membrana plasmática não contém nenhum ácido nucléico - DNA e RNA. Os principais componentes da membrana plasmática são lipídios, glicolipídios, bicamada fosfo-lipídica e colesterol.


Os ácidos nucléicos são encontrados nas membranas celulares? - Biologia

A porção ____ da membrana celular funciona como uma barreira, enquanto a porção ____ determina funções específicas, incluindo bombas, receptores, adesão, etc.

UMA. carboidrato, ácido nucléico

B. lipídio, proteína

C. lipídio, carboidrato

D. ácido nucléico, lipídio

Tutorial

Lipídios

As áreas da molécula enriquecidas com "C" e "H" são hidrofóbicas.

Caudas de ácidos graxos são compostas de carbono e hidrogênio e são hidrofóbicas.

Fosfolipídios são anfipáticos, e possuem caráter hidrofílico e hidrofóbico na mesma molécula. As interações com a água fazem com que os fosfolipídios formem uma bicamada, com caudas de ácidos graxos hidrofóbicos dentro da bicamada e grupos hidrofílicos expostos à água.

Essa estrutura básica torna a membrana uma barreira para as moléculas hidrofílicas. O interior da membrana é fluido, com uma viscosidade quase igual à do azeite. O colesterol nas membranas altera a fluidez.

As proteínas das membranas são divididas em duas classes gerais:

  • Proteínas integrais de membrana penetram ou estão embutidos na bicamada fosfolipídica. Algumas proteínas de membrana têm uma ou mais regiões alfa-helicoidais que podem abranger a bicamada várias vezes.
  • Proteínas de membrana periférica carecem de regiões hidrofóbicas e frequentemente se associam com proteínas de membrana integral ou superfícies hidrofílicas da bicamada.

O transporte de moléculas polares através da membrana celular geralmente requer canais constituídos por proteínas que abrangem a bicamada lipídica. Assim, associamos a maioria das propriedades funcionais das membranas celulares às proteínas da membrana. O lipídio é predominantemente uma barreira. Mais tarde, veremos que tanto os lipídios quanto as proteínas das membranas podem funcionar na sinalização celular.


Nucleotídeos: blocos de construção de ácidos nucléicos

Os ácidos nucléicos são polinucleotídeos - isto é, moléculas em forma de cadeia longa compostas de uma série de blocos de construção quase idênticos chamados nucleotídeos. Cada nucleotídeo consiste em uma base aromática contendo nitrogênio ligada a um açúcar pentose (cinco carbonos), que por sua vez está ligado a um grupo fosfato. Cada ácido nucleico contém quatro das cinco bases possíveis contendo nitrogênio: adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) e uracila (U). A e G são categorizados como purinas, e C, T e U são chamados coletivamente de pirimidinas. Todos os ácidos nucléicos contêm as bases A, C e G T, no entanto, é encontrado apenas no DNA, enquanto U é encontrado no RNA. O açúcar pentose no DNA (2′-desoxirribose) difere do açúcar no RNA (ribose) pela ausência de um grupo hidroxila (―OH) no carbono 2′ do anel de açúcar. Sem um grupo fosfato ligado, o açúcar ligado a uma das bases é conhecido como um nucleosídeo. O grupo fosfato conecta resíduos de açúcar sucessivos ligando o grupo 5 '-hidroxila em um açúcar ao grupo 3' -hidroxila do próximo açúcar na cadeia. Essas ligações de nucleosídeos são chamadas de ligações de fosfodiéster e são as mesmas no RNA e no DNA.


Estrutura Secundária de Proteínas

As cadeias de aminoácidos estabelecem a estrutura primária de uma proteína, mas as interações (forças atrativas e repulsivas) entre os componentes da cadeia remodelam a proteína em sua estrutura tridimensional filnal. Essas forças de atração e repulsão entre os aminoácidos da cadeia fazem com que segmentos da cadeia assumam uma das várias formas características que fornecem a estrutura secundária da proteína. Por exemplo, o hidrogênio no grupo amino de um aminoácido pode formar uma "ligação de hidrogênio" fraca ao átomo de oxigênio no grupo carboxila de outro aminoácido em outra parte da cadeia. A ligação de hidrogênio pode fazer com que porções da cadeia polipeptídica formem seções em zigue-zague chamadas de "folhas beta" (que são muito proeminentes na fibra de proteína da seda, por exemplo), e também pode fazer com que seções do polipeptídeo se torçam em uma rolha estrutura em forma de parafuso denominada "hélice alfa". Outras secções de um polipéptido podem ser referidas como "espirais aleatórias" porque se dobram mas não têm uma forma estrutural regular.

As proteínas também têm um nível terciário de estrutura como resultado de ligações iônicas, de hidrogênio ou covalentes entre os grupos "R" dos aminoácidos. Como resultado, segmentos alfa helicoidais, folhas beta plissadas e bobinas aleatórias se dobram sobre si mesmas. O dobramento e a colocação em uma célula também serão influenciados pela polaridade dos aminoácidos. Alguns aminoácidos têm cadeias laterais polares e outros têm cadeias laterais apolares. Se algumas seções da cadeia contêm principalmente aminoácidos não polares, enquanto outras seções contêm aminoácidos principalmente polares, as seções não polares irão se autoassociar no interior da molécula longe da água, e as seções polares serão dispostas em o exterior da molécula.

Finalmente, a estrutura quaternária se refere à associação de duas ou mais cadeias polipeptídicas ou subunidades em uma entidade maior. Por exemplo, a molécula de hemoglobina (mostrada em (d) à esquerda) consiste em duas subunidades alfa e duas subunidades beta, cada uma dessas quatro cadeias polipeptídicas tem um local de ligação para o oxigênio. As proteínas de transporte nas membranas celulares frequentemente também consistem em várias subunidades.

A estrutura tridimensional das proteínas anda de mãos dadas com sua função. Além disso, a forma tridimensional de uma proteína (sua conformação) pode mudar dependendo das mudanças em seu ambiente local, e isso também pode estar relacionado à sua função. Para ilustrar, considere a função de uma enzima cujo objetivo é clivar os grupos fosfato de uma molécula chamada AMP cíclico. A enzima está representada na figura à direita. Os desenhos do lado esquerdo da figura mostram a enzima dobrando em sua conformação quaternária (proteína dobrada), e o desenho à direita é um close-up do local de ligação, mostrando uma molécula de AMP cíclico (sombreado rosa) aninhado no braços do local de ligação. Grupos químicos no AMP cíclico (o substrato) estão interagindo com grupos químicos na enzima por meio de ligações iônicas e de hidrogênio. O local de ligação é específico para AMP cíclico, que se encaixa no local de ligação da proteína da mesma forma que uma chave se encaixa em uma fechadura específica. Essa interação, então, faz com que a conformação da enzima mude, e isso dobra o AMP cíclico de uma forma que facilita a clivagem do grupo fosfato. Assim que isso ocorre, os dois produtos resultantes são liberados e a enzima volta à sua conformação de repouso.

(Ilustração adaptada de http://accessexcellence.org/RC/VL/GG/ecb/protein_binding_site.php)

A forma tridimensional das proteínas e este conceito de um local de ligação específico é relevante não apenas para a interação de enzimas e seus substratos, mas também para receptores que ligam sinais químicos de uma maneira específica, por exemplo, um receptor de proteína embutido na célula membrana que tem uma forma complementar ao receptor de histamina da molécula de sinal, conforme ilustrado abaixo. A ligação das moléculas de histamina aos seus receptores correspondentes causa uma mudança na conformação do receptor da proeína que desencadeia uma série de respostas bioquímicas dentro da célula, como a contração das células musculares lisas nos brônquios de uma criança tendo um ataque de asma.

Os anticorpos que são produzidos em resposta a infecções têm locais de ligação que permitem que eles se liguem a formas complementares em proteínas estranhas. A ilustração abaixo mostra um anticorpo IgG em azul, composto por duas cadeias polipeptídicas curtas e duas cadeias longas que são mantidas juntas com ligações dissulfeto (SS). Os dois locais de ligação idênticos neste anticorpo têm bolsas de ligação que permitem que eles se liguem de uma forma altamente forma específica para formas complementares em moléculas estranhas (mostrado em preto). A ligação a substâncias estranhas pode neutralizá-los e também marcá-los para facilitar sua remoção pelos glóbulos brancos.

Como exemplo final, considere o hormônio insulina, que se liga a bolsas específicas em receptores de insulina embutidos nas membranas celulares das células de gordura e células musculares. Mais uma vez, a ligação causa uma mudança na conformação (forma) da proteína receptora que dispara uma sequência de eventos bioquímicos que resultam na inserção de transportadores de glicose (proteínas de transporte transmembrana) na membrana plasmática, conforme mostrado abaixo.

Como você verá na próxima seção, a estrutura das proteínas permite que desempenhem uma ampla variedade de funções.

Conteúdo & # 1692016. Todos os direitos reservados.
Data da última modificação: 22 de março de 2016.
Criado por Wayne W. LaMorte, MD, PhD, MPH,


O papel crucial do DNA na vida não era conhecido pelos cientistas até meados do século XX. Os genes foram analisados ​​pela primeira vez por Gregor Mendel em 1865. Ele também relatou seu papel na herança e transmissão de informações de uma geração para outra.

No entanto, a natureza e as estruturas moleculares desses fatores não eram conhecidas. A localização desses fatores também era desconhecida.

Mais tarde, Friedrich Griffith descobriu a presença de um “fator de transformação” em 1928 com seu famoso experimento com a pneumonia por Streptococcus. Ele afirmou que esse fator é transferido de bactérias mortas, transformando assim as características das bactérias vivas.

Os fatores de transformação eram considerados o material genético, mas a natureza bioquímica desse fator era então desconhecida e altamente considerada uma proteína.

Mais tarde, experimentos detalhados de Oswald Avery e colegas em 1944 determinaram que a natureza bioquímica do princípio de transformação era um DNA. Foi quando os ácidos nucléicos ganharam destaque. A pesquisa extensiva sobre a molécula forneceu a base molecular para a herança.

Célula e Núcleo

As células são a unidade estrutural e funcional de um organismo. Eles consistem em um citoplasma circundado por uma membrana celular e são capazes de sobreviver e realizar funções metabólicas de forma independente.

Eles podem ter outras organelas ligadas à membrana, como mitocôndrias ou um cloroplasto, para realizar várias funções e um núcleo. Existem dois tipos de células com base na presença e ausência de um núcleo

Procariota - As células não têm núcleo e outras organelas ligadas à membrana. O DNA está presente no citoplasma organizado como um nucleóide. Por exemplo, bactérias

Eucariótica - As células são bem diferenciadas e possuem um núcleo e outras organelas ligadas à membrana. O DNA em tais organismos está presente com um núcleo organizado em um cromossomo. Ex: célula vegetal e animal

Ácidos nucleicos

Os ácidos nucléicos são grandes biopolímeros formados por múltiplas repetições de suas unidades monoméricas - nucleotídeos.

Com base na composição da unidade monomérica, eles podem ser DNA ou RNA. Os nucleotídeos consistem em três componentes - um açúcar de 5 carbonos (Ribose no RNA e Desoxirribose no DNA), um grupo fosfato e uma base nitrogenada (Purinas –A e G, Pirimidinas - C, T e U).

Os nucleotídeos do DNA são chamados de Deoxyribo-nucleotídeos. E os nucleotídeos do RNA são chamados de ribonucleotídeos.

No DNA, as bases nitrogenadas são Adenina (A), Citosina (C), Guanina (G) e Timina (T)

No RNA, o Uracil (U) substitui a Timina.

As bases se ligam ao açúcar por uma ligação 1 'N-glicosídica para formar um nucleosídeo. O grupo fosfato é então ligado para formar o nucleotídeo monomérico.

Dois monômeros se ligam um ao outro por uma ligação fosfodiéster 3'-5 '. O grupo fosfato de um nucleotídeo (na posição 5 ') se liga ao 3'-OH de outro nucleotídeo.

A principal função dos ácidos nucléicos é o armazenamento e a transmissão estável de informações genéticas de uma geração para a outra. Isso medeia por meio das seguintes funções de ácidos nucléicos

  • O DNA é o material genético para a maioria das formas de vida, exceto alguns vírus, e é responsável pela transferência de genes dos pais para os filhos.
  • É responsável pela síntese de proteínas em nossas células.
  • A perda de conteúdo de DNA ou mutações encontra conexão com muitas doenças, como câncer ou hemofilia.
  • A impressão digital de DNA é um método usado para determinar a paternidade e identificar criminosos usando evidências em cenas de crime, como cabelos.
  • O RNA funciona principalmente como um modelo de síntese de proteínas (mRNA), um catalisador para a síntese de proteínas (rRNA) ou como uma molécula adaptadora de aminoácidos (tRNA).
  • As moléculas de RNA recentemente descobertas também podem atuar como um regulador no processo de síntese de proteínas.

DNA significa ácido desoxirribonucléico, pois o anel de açúcar dos nucleotídeos que compreendem o DNA carece de um OH em sua posição 2 '. Essa ausência do oxi-grupo o torna mais estável e tem permitido que a informação seja transmitida por centenas de gerações.

O comprimento das repetições de nucleotídeos descreve o DNA que é mencionado em bp (pares de bases) - o número de unidades monoméricas repetidas. É uma característica de uma espécie. A bactéria E.coli tem cerca de 4,6 milhões de bp, enquanto os humanos têm 3,3 bilhões de bp.

A seqüência de disposição desses monômeros é uma característica do indivíduo. E essa característica forma o projeto do indivíduo.

James Watson e Francis Crick elucidaram a estrutura do DNA usando as regras de Chargaff e estudos de raios-X por Rosalind Franklin em 1928.

O DNA é uma molécula de dupla hélice com duas fitas polinucleotídicas que funcionam antiparalelas entre si. Uma corrente corre na direção 3'-5 'enquanto a outra corre na direção 5'-3'.

O açúcar e os fosfatos formam a espinha dorsal da hélice, enquanto as bases nitrogenadas se projetam para dentro. Essas bases entre os fios são unidas umas às outras por meio de uma ligação de hidrogênio que estabiliza a molécula inteira.

Purinas e pirimidinas estão sempre presentes em uma quantidade igual, pois o A é sempre encontrado ligado a um G e o C encontrado ligado a um T na outra fita.

Cada volta da dupla hélice tem 3,4 nm de distância e cerca de 10 bases por volta

O processo de síntese de proteínas, a velocidade relativa, a estrutura da proteína e o processamento adequado da proteína formada dependem fortemente da sequência de DNA presente em um indivíduo. A alteração desta sequência resulta em MUTAÇÃO.

A mutação pode ocorrer devido a vários agentes físicos ou químicos conhecidos como mutagênicos. Essas mutações são a causa conhecida de vários distúrbios genéticos, como hemofilia ou anemia falciforme e câncer.

Embalagem de DNA

Uma vez que o comprimento do DNA humano completo seria de aproximadamente 2,2 metros, é impossível empacotar todo o DNA dentro de cada célula sem uma organização adequada.

Em procariotos (organismos sem núcleo - por exemplo, bactéria), o DNA está presente no citoplasma em um estado superenrolado conhecido como nucleóide.

Nos eucariotos, o processo de embalagem é multifacetado e complexo. A proteína conhecida como histonas estabiliza as cargas negativas do grupo fosfato.

Isso permite o empacotamento compacto do DNA que é encontrado nas células condensadas como cromatina (quando não está se replicando) e como cromossomos (durante a replicação).

O que são cromossomos?

Os cromossomos são estruturas semelhantes a fios presentes no núcleo. Em humanos, existem 23 pares de tais cromossomos contendo os genes que codificam para várias moléculas de proteína.

RNA significa ácido ribonucleico e é de três tipos principais dentro de uma célula - mRNA, tRNA ou rRNA.

O mRNA ou RNA mensageiro desempenha o papel de um intermediário no processo de expressão genética. O DOGMA central da biologia molecular afirma que as informações armazenadas no DNA se convertem em uma molécula de mRNA de fita simples antes de formar uma proteína.

Além disso, o mRNA é complementar à fita de DNA.

O que são genes?

Uma longa molécula de DNA contida em uma célula tem muitos segmentos de regiões conhecidas como um gene que pode formar uma proteína. Cada gene codifica para uma molécula de mRNA intermediária que é posteriormente traduzida em sua proteína correspondente.

Por exemplo, um gene que codifica a insulina produzirá um mRNA da insulina que finalmente resultará na produção do hormônio insulina. Este processo é altamente regulado e muitos processos controlam a taxa final de produção da proteína.

Cada gene tem duas ou mais formas alternativas que codificam a mesma característica. Essas formas são chamadas de alelos. E a expressão final do personagem depende de ambos os alelos presentes em uma célula.

  • O mRNA é posteriormente traduzido em proteínas pelos ribossomos no citoplasma da célula
  • tRNA ou RNA de transferência desempenha o papel de uma molécula adaptadora e traz o aminoácido correspondente à sequência no mRNA durante a síntese de proteínas
  • O rRNA está presente nos ribossomos e freqüentemente desempenha um papel estrutural ou catalítico no processo.

Síntese proteíca

O mRNA formado a partir de uma molécula de DNA é posteriormente traduzido para formar uma proteína. Isso ocorre no citoplasma de uma célula dentro de organelas conhecidas como ribossomos. As proteínas são polímeros constituídos por aminoácidos. Existem 20 AA comumente conhecidos em cada célula.

O mRNA formado a partir de um gene no DNA também contém polímeros de sequências de nucleotídeos. O mecanismo de formação de uma sequência de AA a partir de uma sequência de nucleotídeos pode ser bem explicado pelo conceito de códons.

Códons e Aminoácidos

Os códons são trigêmeos básicos. Três nucleotídeos adjacentes se combinam para formar um códon. Cada códon corresponde a um aminoácido específico. Uma vez que existem 64 maneiras possíveis de organizar as quatro bases de nucleotídeos e apenas 20 AA, haverá mais de um códon que codifica para um aminoácido.

Obtemos essas informações de uma tabela de códons. Dentro do ribossomo, as bases do mRNA são lidas em grupos de três (códon) e os aminoácidos correspondentes se unem para formar uma cadeia. A função e a estrutura da proteína formada determinam a partir da sequência de aminoácidos reunidos.

Uma vez que a mudança de uma única base no gene pode levar a um aminoácido diferente em uma proteína, ela pode afetar sua função. Doenças como a anemia falciforme são o resultado dessas mutações de base única.

DNA recombinante

A tecnologia de DNA recombinante é o processo de engenharia genética em que moléculas de DNA de duas ou mais fontes se unem e se inserem em um organismo hospedeiro. O objetivo é obter características genéticas favoráveis ​​que possam beneficiar a sociedade.

Como as moléculas de DNA de várias espécies compartilham uma estrutura química comum, elas podem ser unidas por várias técnicas de laboratório. Uma dessas técnicas é a recombinação molecular para formar um DNA recombinante (rDNA).

O hospedeiro mais utilizado para as técnicas de rDNA é a bactéria Escherichia coli devido ao seu ciclo de replicação curto e fácil de cultivar e manter em laboratório.

Para realizar o processo, os especialistas usam certas enzimas como & # 8211
1. Endonucleases de restrição (corta uma fita de DNA em sequências conservadas conhecidas como sítios de restrição, por exemplo, endonuclease de restrição EcoRI).
2. Ligases (une duas extremidades de fragmentos de DNA).

Exemplo - Antigamente, a insulina obtida de porcos era fornecida a pacientes diabéticos. No entanto, isso levou a reações alérgicas e preocupações éticas devido ao número de porcos que precisavam ser mortos.

Para superar esse obstáculo, o gene da proteína da insulina do DNA humano foi isolado e transformado em bactérias E. coli. A proteína insulínica assim produzida não apresenta resposta alérgica, pois é obtida da mesma espécie e não requer o abate de animais.

Procedimento

  • As bactérias contêm pedaços circulares fechados de DNA em seu citoplasma, conhecidos como plasmídeos. A tecnologia de rDNA é freqüentemente realizada em tais plasmídeos, pois é fácil de inserir no hospedeiro.
  • Um plasmídeo foi isolado das células de E. coli e aberto por endonucleases de restrição.
  • O gene da insulina humana foi isolado e PCR (reação em cadeia da polimerase) usada para fazer várias cópias dele.
  • Ligases usadas para recombinar os dois fragmentos de DNA juntos.
  • Este plasmídeo modificado foi então transformado / clonado em células hospedeiras usando o método de choque térmico. (Outros processos, como arma de gene ou microinjeção estão em uso).
  • As células transformadas foram então cultivadas em grandes recipientes contendo o meio, temperatura e pH favoráveis ​​para produzir a proteína de insulina humana em grandes volumes.
  • Isso pode ser posteriormente processado e usado em procedimentos médicos.

Vários produtos de rDNA são desenvolvidos por tais técnicas de rDNA usando um método biológico sustentável. Eles podem ser usados ​​para corrigir doenças genéticas, substituindo um gene defeituoso por um normal. Ele também é usado na modificação genética de animais para ajudá-los a superar o estresse ambiental e doenças.

O uso regulamentado dessa técnica pode ajudar a resolver diversos problemas enfrentados pela sociedade humana de forma sustentável e com menor custo.


O básico

Existem cinco partes fáceis de ácidos nucléicos. Todos os ácidos nucléicos são compostos dos mesmos blocos de construção (monômeros). Os químicos chamam os monômeros & quotnucleotídeos. & quot As cinco peças são uracil, citosina, timina, adenina, e guanina. Não importa em que aula de ciências você esteja, você sempre ouvirá sobre o ATCG ao examinar o DNA. O uracil é encontrado apenas no RNA. Assim como os humanos precisam de vinte (20) aminoácidos para sobreviver, também precisamos de cinco (5) nucleotídeos.

Esses nucleotídeos são compostos por três partes:
1. Um açúcar de cinco carbonos
2. Uma base que possui átomos de nitrogênio (N)
3. Um íon de ácido fosfórico conhecido como fosfato (PO4 3-)


Os ácidos nucléicos são encontrados nas membranas celulares? - Biologia

Ácidos nucleicos

Os ácidos nucléicos, que são ácidos relativamente fortes encontrados no núcleo das células, foram isolados pela primeira vez em 1869. Os ácidos nucléicos são polímeros com pesos moleculares de até 100.000.000 gramas por mol. Eles podem ser quebrados ou digeridos para formar monômeros conhecidos como nucleotídeos. Cada nucleotídeo contém três unidades: um açúcar, uma amina e um fosfato, conforme mostrado na figura abaixo.

Os ácidos nucleicos são divididos em classes com base no açúcar usado para formar os nucleotídeos. Ácido ribonucleico (RNA) é construído sobre um anel b-D-ribofuranose. Ácido desoxirribonucleico (DNA) contém uma ribofuranose modificada na qual o grupo -OH no segundo átomo de carbono foi removido, conforme mostrado no arquivo abaixo.

As aminas que formam os ácidos nucléicos se enquadram em duas categorias: purinas e pirimidinas. Existem três pirimidinas citosina, timina e uracila e duas purinas adenina e guanina, conforme mostrado na figura abaixo.

O DNA e o RNA contêm, cada um, quatro nucleotídeos. Ambos contêm as mesmas purinas adenina e guanina e ambos também contêm a pirimidina citosina. Mas o quarto nucleotídeo no DNA é a timina, enquanto o RNA usa o uracil para completar seu quarteto de nucleotídeos.

Os átomos de carbono no açúcar no centro de um nucleotídeo são numerados de 1 a 5 . O grupo -OH no carbono 3 'de um nucleotídeo pode reagir com o fosfato ligado ao carbono 5' de outro para formar um dinucleotídeo mantido unido por ligações éster de fosfato. À medida que a rede continua a crescer, ela se torna um polinucleotídeo. Um pequeno segmento de uma cadeia de DNA é mostrado na figura abaixo.

Lendo da extremidade 5 'desta cadeia até a extremidade 3', este segmento de DNA contém a seguinte sequência de substituintes de amina: adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina (T).

Por muitos anos, o papel dos ácidos nucléicos nos sistemas vivos era desconhecido. Em 1944, Oswald Avery apresentou evidências de que os ácidos nucléicos estavam envolvidos no armazenamento e transferência da informação genética necessária para a síntese de proteínas. Essa sugestão foi ativamente contestada por muitos de seus contemporâneos, que acreditavam que a estrutura dos ácidos nucléicos era regular demais e, portanto, monótona para conter a informação que codifica as milhares de proteínas diferentes de que uma célula precisa para sobreviver.

Em retrospecto, a primeira pista sobre como funcionam os ácidos nucléicos foi obtida por Erwin Chargaff, que descobriu que o DNA sempre contém as mesmas quantidades de certos pares de bases. Sempre há tanta adenina quanto timina, por exemplo, e tanta guanina quanto citosina.

Em 1954, James Watson e Francis Crick propuseram uma estrutura para o DNA que explicava como o DNA poderia ser usado para armazenar informações genéticas. Sua estrutura consistia em duas cadeias polinucleotídicas correndo em direções opostas que estavam ligadas por ligações de hidrogênio entre uma purina específica (A ou G) em uma fita e uma pirimidina específica (C ou T) na outra, conforme mostrado na figura abaixo. Essas fitas formam uma hélice que não é tão fortemente enrolada quanto a a-hélice de Pauling e Corey propostas para as proteínas.

Essa estrutura deve ser capaz de explicar dois processos. Deve haver alguma maneira de fazer cópias perfeitas do DNA que podem ser transmitidas às gerações futuras (replicação) Também deve haver alguma maneira de decodificar as informações na cadeia de DNA (transcrição) e traduzir essas informações em uma sequência de aminoácidos em uma proteína (tradução).

A replicação é fácil de entender. De acordo com Watson e Crick, uma adenina em uma fita de DNA está sempre emparelhada com uma guanina na outra, e uma citosina está sempre emparelhada com uma timina. As duas fitas de DNA, portanto, complementam-se perfeitamente; a sequência de nucleotídeos em uma fita pode sempre ser prevista a partir da sequência na outra. A replicação ocorre quando as duas fitas da molécula de DNA pai se separam e ambas as fitas são copiadas simultaneamente. Assim, uma fita do DNA original está presente em cada uma das moléculas filhas produzidas quando uma célula se divide.


Banco de dados de estrutura de ácido nucléico

Introdução

Os ácidos nucléicos têm um papel significativo no desenvolvimento dos sistemas vivos. Eles contêm informações interessantes e úteis relacionadas aos biólogos moleculares. Eles são extensivamente estudados para aplicações biológicas e para vários bancos de dados. Os ácidos nucléicos que consistem em RNAs são considerados como o principal alvo de vários bancos de dados especializados. A sequência de ácidos nucleicos consiste em numerosas regiões de controle, como promotores, junções de splice, origens de replicação, etc. A estrutura 3D do ácido nucleico pode ser bem compreendida investigando os diferentes tipos de funções de ácido nucleico, como interações ácido nucleico-proteína, RNAs funcionais, etc. Vários bancos de dados foram desenvolvidos até agora com base na sequência de ácido nucleico, além de alguns que foram desenvolvidos a partir de estruturas que armazenam informações relacionadas às estruturas secundárias e terciárias.


Vida vegetal

Os ácidos nucléicos são o material genético das células, incluindo o DNA e os vários tipos de RNA.

Os ácidos nucléicos foram descobertos em meados do século XIX, mas seu papel como material genético não foi comprovado até meados do século XX. Quando os cromossomos foram descobertos no início do século XX, eles foram rapidamente identificados como o material genético da célula. Descobriu-se que os cromossomos são compostos de ácidos nucléicos e proteínas.

Por meio dos experimentos de Fred Griffith sobre a transformação em bactérias da pneumonia e do trabalho de Alfred Hershey e Martha Chase com bacteriófagos, em 1952 a maioria dos biólogos reconheceu o ácido desoxirribonucléico (DNA) como contendo os genes. James Watson e Francis Crick forneceram a pedra angular para a compreensão inicial da ciência sobre os ácidos nucléicos quando determinaram a estrutura de dupla hélice do DNA em 1953.


A hereditariedade é o processo pelo qual as características físicas de um organismo são transmitidas à sua descendência. No nível molecular, o DNA contém as informações necessárias para a transmissão das características genéticas de uma geração a outra, bem como as informações necessárias para que os novos organismos cresçam e vivam. O DNA é a base química da hereditariedade e fornece a síntese de novas proteínas, como as enzimas.

Existem dois tipos de ácidos nucléicos dentro das células, o ácido ribonucléico de fita simples (RNA) e o DNA de fita dupla. Cada tipo tem funções específicas. O DNA foi isolado em 1869 pelo químico alemão Friedrich Miescher.

A substância que Miescher encontrou era branca, açucarada e ligeiramente ácida, e continha fósforo. Como ocorria apenas dentro dos núcleos das células, ele o chamou de & # 8220nucleína. & # 8221 O nome foi posteriormente alterado para ácido desoxirribonucléico, para distingui-lo do ácido ribonucléico, que também é encontrado nas células.

Nas células eucarióticas, o DNA está presente nos cromossomos do núcleo e nas mitocôndrias e cloroplastos. Bactérias, leveduras e fungos, além dos cromossomos, contêm fitas circulares de DNA, chamadas de plasmídeos, dentro do citoplasma de suas células.

Os plasmídeos são fitas circulares de DNA relativamente pequenas que existem independentemente do cromossomo. Os plasmídeos normalmente têm apenas vinte e cinco ou trinta genes, que não são essenciais para a célula hospedeira, mas muitas vezes conferem resistência a antibióticos, a capacidade de passar DNA para outras células bacterianas e outras funções úteis.

Alguns plasmídeos são encontrados apenas como cópias únicas, enquanto outros ocorrem como muitas cópias. As mitocôndrias e os cloroplastos das células eucarióticas são auto-replicantes e contêm um minúsculo cromossomo circular (DNA) semelhante ao plasmídeo de uma bactéria.

Os vírus (parasitas minúsculos que infectam hospedeiros específicos) contêm apenas um tipo de ácido nucléico & # 8212, seja DNA ou RNA, nunca ambos, e o DNA ou RNA pode ser de fita simples ou dupla. O DNA de alguns vírus pode se integrar ao DNA da célula hospedeira. Nesse estado, o DNA viral se replica à medida que o DNA do hospedeiro se replica.

O aparato genético de um vírus, seja RNA ou DNA, é muito semelhante ao das bactérias, mas muito menos complexo. Mesmo os vírus grandes (como o vírus da varíola) têm apenas algumas centenas de genes. Os vírus menores (como o vírus da poliomielite) têm consideravelmente menos.

Tanto o DNA quanto o RNA são polímeros de longa cadeia compostos de nucleotídeos. Os nucleotídeos, por sua vez, são compostos de uma base nitrogenada, um açúcar ribose ou desoxirribose e um fosfato. Todas as bases do DNA e do RNA são aminas heterocíclicas.

Duas, adenina e guanina, são chamadas de purinas e as outras três, citosina, timina e uracila, são chamadas de pirimidinas. As duas purinas e uma das pirimidinas, a citosina, ocorrem tanto no RNA quanto no DNA. O uracil é encontrado apenas no RNA, enquanto a timina ocorre apenas no DNA.

As purinas são anéis heterocíclicos de nove membros com nitrogênio ocorrendo no lugar do carbono em várias posições. Adenina e guanina diferem nos grupos funcionais ligados a elas.

As pirimidinas são anéis heterocíclicos de seis membros, com nitrogênio no lugar de dois dos átomos de carbono. Como as purinas, as três pirimidinas também diferem nos grupos funcionais específicos ligados a elas.

Os açúcares ribose são constituídos por um anel heterocíclico de cinco membros contendo um átomo de oxigênio entre os carbonos um e quatro. Um quinto carbono (número cinco) não faz parte do anel e está ligado ao carbono número quatro.

Junto com os átomos de hidrogênio ligados a cada carbono, há um grupo hidroxila (OH) ligado a cada um dos quatro átomos de carbono heterocíclicos no açúcar ribose do RNA. (The fifth carbon has a phosphate group attached to it.) The sugar of DNA is called D-deoxyribose because a hydroxyl group is missing from the second carbon, having been replaced by a hydrogen atom—thus the name deoxyribonucleic acid.

The sugar-base combination is called a nucleoside. The purines are linked to carbon one of the sugars with the nitrogen at position one. The nucleoside of guanine and ribose is guanosine it is adenosine for adenine and D-ribose.

The pyrimidines of RNA, when attached to ribose, are uridine and cytosine. In DNA the nucleoside names are deoxyadenine, deoxyguanosine, deoxythymidine, and deoxycytidine.

Nucleotides are phosphate esters of nucleosides. In these molecules, a phosphate group (phosphoric acid) is attached to carbon five (called the 5′ carbon) of the sugar (ribose or deoxyribose) in the nucleoside.

Nucleotides are named by combining the name of their nucleoside with a word describing the numbers of phosphates attached to it. Guanosinemonophosphate, for example, is the name of the phosphate ester of guanosine, which is often abbreviated as GMP.

Individual nucleotides also occur in cells. These free nucleotides usually exist as diphosphates or triphosphates. Examples of these are adenosine diphosphate (ADP) and adenosine triphosphate (ATP). ATP is the universal energy source for the anabolic processes of all cells, including the formation of the DNA and RNA.

DNA Structure and Function

DNA can be an extremely long molecule that is tightly wound within the nuclei of eukaryotic cells and within the cytoplasm of prokaryotic cells. Nuclear DNA is linear, whereas prokaryotic DNA is circular. (If the DNA in a human cell could be stretched out, it would measure roughly 2 meters, or 6 feet long bacterial DNA would be about 1.5 millimeters long, or just over 0.5 inch.)

Using a typical lily as a point of reference, DNA is packaged into twenty-four chromosomes, twelve of which are contributed by the pollen and twelve by the egg. Every cell derived from the fertilized egg (zygote) will have exactly the same amount of DNA containing exactly the same genetic information.

Within the cytoplasm, several mitochondria (the sites of respiration) and chloroplasts (the sites of photosynthesis) are found, both of which contain their own DNA, which is circular and resembles prokaryotic DNA in many respects.

DNA is a double-stranded spiral its shape is called the double helix. Structurally, it may be compared to a ladder, with the rails or sides of the ladder consisting of alternating deoxyribose sugar and phosphate molecules connected by phosphodiester bonds between the 5′ carbon of one sugar and the 3′ carbon of the other.

The rungs of the ladder consist of purine (adenine and guanine, often abbreviated as Aand G, respectively) and pyrimidine (cytosine and thymine, often abbreviated as C and T, respectively) building blocks from the opposite strands, held together by hydrogen bonds.

The building blocks pair with each other consistently in what are called complementary pairs: Adenine always pairs with thymine with two hydrogen bonds, and cytosine always pairs with guanine with three hydrogen bonds. Consequently, the attraction between cytosine and guanine is stronger than that between adenine and thymine.

Because of this arrangement, the sequence of the purine and pyrimidine building blocks on one strand is complemented by the sequence of building blocks on the other strand.

The specificity of the base pairing between the two strands allows strands to fit neatly together only when such pairing exists. Each DNA strand has a 5′ end with a hydroxyl group attached to the 3′ carbon of a deoxyribose sugar.

When connected, the two strands are actually in an opposite orientation and are referred to as being anti parallel. This is best observed by looking at one end of the double-stranded molecule. One strand terminates with a 5′ phosphate group and the other with a 3′ hydroxyl group.

The specific nucleotide composition in a species is essentially constant but can vary considerably among organisms. Regardless, the amounts of adenine and thymine are always the same, as are the amounts of guanine and cytosine because of the required complementary pairing.

Due to the greater strength of G-C bonds, organisms with a high GC content have DNA that must be heated to a higher temperature to denature, or separate, the strands. Some bacteria that live in hot springs have an especially high GC content.

The instructions contained within the DNA molecules occur in segments called genes. Most genes instruct the cell about what kind of polypeptide (molecule composed of amino acids used to make functional proteins) to manufacture.

These polypeptides lead to the formation of enzymes and other proteins necessary for survival of the cell. Other genes are important in coding for the production of antibodies, RNA, and hormones.

The DNA acts as a template to make three kinds of RNA: messenger RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA), and ribosomal RNA (rRNA). Each kind of RNA has a specific function. RNA is not found in chromosomes and is located elsewhere in the nucleus and in the cytoplasm.

The largest and most abundant RNA is rRNA. Between 60 and 80 percent of the total RNA in cells is rRNA, and it has a molecular weight of several million atomic mass units. The rRNA combines with proteins to form ribosomes, which are the sites for the synthesis of new protein molecules. About 60 percent of the ribosome is rRNA, and the rest is protein.

Although single-stranded, rRNA molecules fold into specific functional shapes that involve the pairing of portions of the molecule to form double stranded regions. The precise shape of rRNAs is important for their function, and some of them actually have catalytic properties, just as enzymes do. RNAs of this type are sometimes calledribozymes.

Molecules of mRNA carry the genetic information from DNA to the ribosomes. The process of converting the DNA code of a gene into an mRNA is called transcription. When attached to the ribosomes, mRNAs direct protein synthesis in a process called translation.

The size of the mRNA molecule depends upon the size of the protein molecule to be made. In prokaryotes (such as bacterial cells), as well as in mitochondria and chloroplasts, mRNAs are ready to take part in translation even while transcription of the remainder of the mRNA is taking place.

In eukaryotes (cells of most other forms of life), them RNAs transcribed from nuclear DNA are initially much larger than they are later, when they participate in translation. These mRNAs must be processed to removed large pieces of noncoding RNA, called introns, and to modify both ends of the mRNA in specificways.

After introns are removed, the remaining codon regions, called exons, are spliced together by splicesomes (a complex system composed of proteins and small RNAs). Once all the modifications are complete, them RNA is ready to be translated. A small number of mRNAs are translated in the nucleus, but most are transported to the cytoplasm first.

The smallest of the three main kinds of RNA is tRNA. Each of the tRNA molecules consists of about one hundred nucleotides in a single chain that loops back upon itself in three places, forming double-stranded regions that result in a structure that, when viewed in two dimensions, could be compared to a cross or clover leaf.

The function of tRNA is to bring amino acids to the ribosomes to be used in the formation of new proteins. Each of the twenty amino acids found in proteins has at least one particular tRNA molecule to carry it to the site of protein synthesis.

The cloverleaf shape of the tRNA molecule is maintained by hydrogen bonds between base pairs. The other parts of the molecule that do not have hydrogen-bonded base pairs exist as loops. Two parts of every tRNA molecule have significant biological functions. The first is the place where the specific amino acid to be transferred is attached.

This is located at the longest free end of the three-looped structure, often called the stem, where it is specifically attached to an adenine of an adenine monophosphate nucleotide. The second important site is the loop at the opposite end of the molecule from the stem.

This loop contains a specific three-base sequence that represents a code for the amino acid that is being transferred by the tRNA. This three-base sequence is called an anticodon and plays an important role in helping place the amino acid in the correct position in the protein molecule under construction.


Nucleic Acids: DNA and RNA

Living organisms are complex systems. Hundreds of thousands of proteins exist inside each one of us to help carry out our daily functions (see our Fats and Proteins module for more information). These proteins are produced locally, assembled piece-by-piece to exact specifications. An enormous amount of information is required to manage this complex system correctly. This information, detailing the specific structure of the proteins inside of our bodies, is stored in a set of molecules called nucleic acids.

The nucleic acids are very large molecules that have two main parts. The backbone of a nucleic acid is made of alternating sugar and phosphate molecules bonded together in a long chain, represented below:

Each of the sugar groups in the backbone is attached (via the bond shown in red) to a third type of molecule called a nucleotide base:

Though only four different nucleotide bases can occur in a nucleic acid, each nucleic acid contains millions of bases bonded to it. The order in which these nucleotide bases appear in the nucleic acid is the coding for the information carried in the molecule. In other words, the nucleotide bases serve as a sort of genetic alphabet on which the structure of each protein in our bodies is encoded.

In most living organisms (except for viruses), genetic information is stored in the molecule deoxyribonucleic acid, or DNA. DNA is made and resides in the nucleus of living cells. DNA gets its name from the sugar molecule contained in its backbone(deoxyribose) however, it gets its significance from its unique structure. Four different nucleotide bases occur in DNA: adenine (A), cytosine (C), guanine (G), and thymine (T).

Interactive Animation:Chemical Structure of the DNA Nucleotides

These nucleotides bind to the sugar backbone of the molecule as follows:

The versatility of DNA comes from the fact that the molecule is actually double-stranded. The nucleotide bases of the DNA molecule form complementary pairs: The nucleotides hydrogen bond to another nucleotide base in a strand of DNA opposite to the original. This bonding is specific, and adenine always bonds to thymine (and vice versa) and guanine always bonds to cytosine (and vice versa). This bonding occurs across the molecule, leading to a double-stranded system as pictured below:

açúcar fosfato açúcar fosfato açúcar fosfato açúcar .
T UMA C G
¦ ¦ ¦ ¦
UMA T G C
açúcar fosfato açúcar fosfato açúcar fosfato açúcar .


In the early 1950s, four scientists, James Watson and Francis Crick at Cambridge University and Maurice Wilkins and Rosalind Franklin at King's College, determined the true structure of DNA from data and X-ray pictures of the molecule that Franklin had taken. In 1953, Watson and Crick published a paper in the scientific journal Natureza describing this research. Watson, Crick, Wilkins and Franklin had shown that not only is the DNA molecule double-stranded, but the two strands wrap around each other forming a coil, or helix. The true structure of the DNA molecule is a double helix, as shown at right.

The double-stranded DNA molecule has the unique ability that it can make exact copies of itself, or self-replicate. When more DNA is required by an organism (such as during reproduction or cell growth) the hydrogen bonds between the nucleotide bases break and the two single strands of DNA separate. New complementary bases are brought in by the cell and paired up with each of the two separate strands, thus forming two new, identical, double-stranded DNA molecules. This concept is illustrated in the animation below.

Interactive Animation: The Replication of DNA

Ribonucleic acid, or RNA, gets its name from the sugar group in the molecule's backbone - ribose. Several important similarities and differences exist between RNA and DNA. Like DNA, RNA has a sugar-phosphate backbone with nucleotide bases attached to it. Like DNA, RNA contains the bases adenine (A), cytosine (C), and guanine (G) however, RNA does not contain thymine, instead, RNA's fourth nucleotide is the base uracil (U). Unlike the double-stranded DNA molecule, RNA is a single-stranded molecule. RNA is the main genetic material used in the organisms called viruses, and RNA is also important in the production of proteins in other living organisms. RNA can move around the cells of living organisms and thus serves as a sort of genetic messenger, relaying the information stored in the cell's DNA out from the nucleus to other parts of the cell where it is used to help make proteins.


Assista o vídeo: DNA e RNA Ácidos Nucleicos - Aula 09 - Módulo I: Biologia Celular. Prof. Guilherme (Agosto 2022).