Em formação

1.1: A Estrutura do DNA - Biologia

1.1: A Estrutura do DNA - Biologia



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

objetivos de aprendizado

  • Identifique o açúcar, o fosfato, a base nitrogenada, os carbonos 5 'e 3' em um nucleotídeo e a principal diferença entre DNA e RNA.
  • Explique a estrutura da dupla hélice, incluindo o papel das ligações de hidrogênio e ligações covalentes (fosfodiéster).
  • Explique por que a abundância de A é aproximadamente igual a T e G é aproximadamente igual a C no DNA.
  • Usando as regras de emparelhamento de bases, preveja a fita complementar (ou antiparalela) de DNA para uma determinada sequência.

Os ácidos nucléicos são as macromoléculas mais importantes para a continuidade da vida. Eles carregam a planta genética de uma célula e carregam instruções para o funcionamento da célula.

DNA e RNA

Os dois principais tipos de ácidos nucléicos são o ácido desoxirribonucléico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA). O DNA é o material genético encontrado em todos os organismos vivos, desde bactérias unicelulares até mamíferos multicelulares. O DNA é encontrado no núcleo dos eucariotos e nas organelas, cloroplastos e mitocôndrias. Em procariotos, o DNA não está contido em um envelope membranoso.

Todo o conteúdo genético de uma célula é conhecido como seu genoma, e o estudo dos genomas é a genômica. Em células eucarióticas, mas não em procariotas, o DNA forma um complexo com proteínas histonas para formar a cromatina, a substância dos cromossomos eucarióticos. Um cromossomo pode conter dezenas de milhares de genes. Muitos genes contêm a informação para fazer produtos proteicos; outros genes codificam para produtos de RNA. O DNA controla todas as atividades celulares, ativando ou desativando os genes.

O outro tipo de ácido nucléico, o RNA, está mais envolvido na síntese de proteínas. As moléculas de DNA nunca deixam o núcleo, mas usam um intermediário para se comunicar com o resto da célula. Esse intermediário é o RNA mensageiro (mRNA). Outros tipos de RNA - como rRNA, tRNA e microRNA - estão envolvidos na síntese de proteínas e sua regulação.

O DNA e o RNA são constituídos por monômeros conhecidos como nucleotídeos. Os nucleotídeos se combinam para formar um polinucleotídeo, DNA ou RNA. Cada nucleotídeo é feito de três componentes: uma base nitrogenada, um açúcar pentose (cinco carbonos) e um grupo fosfato (Figura ( PageIndex {1} )). Cada base nitrogenada em um nucleotídeo está ligada a uma molécula de açúcar, que está ligada a um ou mais grupos fosfato.

As bases nitrogenadas, componentes importantes dos nucleotídeos, são moléculas orgânicas e têm esse nome porque contêm carbono e nitrogênio. São bases porque contêm um grupo amino que tem o potencial de se ligar a um hidrogênio extra e, assim, diminuir a concentração do íon hidrogênio no meio ambiente, tornando-o mais básico. Cada nucleotídeo no DNA contém uma das quatro bases nitrogenadas possíveis: adenina (A), guanina (G) citosina (C) e timina (T).

Adenina e guanina são classificadas como purinas. A estrutura primária de uma purina é composta por dois anéis de carbono-nitrogênio. Citosina, timina e uracila são classificadas como pirimidinas que possuem um único anel de nitrogênio-carbono como estrutura primária (Figura ( PageIndex {1} )). Cada um desses anéis básicos de carbono-nitrogênio possui diferentes grupos funcionais ligados a ele. Em abreviatura de biologia molecular, as bases nitrogenadas são simplesmente conhecidas por seus símbolos A, T, G, C e U. O DNA contém A, T, G e C, enquanto o RNA contém A, U, G e C.

O açúcar pentose no DNA é a desoxirribose, e no RNA, o açúcar é a ribose (Figura ( PageIndex {1} )). A diferença entre os açúcares é a presença do grupo hidroxila no segundo carbono da ribose e do hidrogênio no segundo carbono da desoxirribose (então a desoxirribose está "faltando" um grupo -OH). Os átomos de carbono da molécula de açúcar são numerados como 1 ′, 2 ′, 3 ′, 4 ′ e 5 ′ (1 ′ é lido como “um primo”).

O resíduo de fosfato está ligado ao grupo hidroxila do carbono 5 ′ de um açúcar e ao grupo hidroxila do carbono 3 ′ do açúcar do próximo nucleotídeo, que forma uma ligação fosfodiéster 5′ – 3 ′. A ligação fosfodiéster não é formada por uma simples reação de desidratação como as outras ligações que conectam monômeros em macromoléculas: sua formação envolve a remoção de dois grupos fosfato. Um polinucleotídeo pode ter milhares de tais ligações fosfodiéster.

Regras de Chargaff

Quando Watson e Crick estabelecido na década de 1940 para determinar a estrutura do DNA, já se sabia que o DNA é composto por uma série de quatro tipos diferentes de moléculas, chamadas bases ou nucleotídeos: adenina (A), citosina (C), timina (T), guanina (G). Watson e Crick também conheciam Regras de Chargaff, que foram um conjunto de observações sobre a quantidade relativa de cada nucleotídeo que estava presente em quase todos os extratos de DNA. Chargaff observou que, para qualquer espécie, a abundância de A era igual a T e G era igual a C. Isso era essencial para o modelo de Watson & Crick.

Exemplo ( PageIndex {1} )

Chargaff determinou a composição dos ácidos nucléicos em amostras de uma variedade de espécies, incluindo procariotos e eucariotos. Em uma amostra bacteriana, a proporção de adenina foi de 15,5% (dados adaptados de Vischer et al, 1949). Qual proporção de guanina estaria presente nesta amostra e por quê?

Solução

Como A emparelha com T, a quantidade de T deve ser aproximadamente igual a A, ou aproximadamente 15,5% por cento. Assim, A + T = 15,5 + 15,5 = 31%.

A porcentagem de G + C = 100% - 31% = 69%. Como G é par com C, a quantidade de cada um deles deve ser aproximadamente igual, ou seja, aproximadamente 34,5% cada.

Estrutura de dupla hélice de DNA

Usando modelos de metal proporcionais dos nucleotídeos individuais, Watson e Crick deduziram uma estrutura para o DNA que era consistente com as Regras de Chargaff e com dados de cristalografia de raios-X obtidos (com alguma controvérsia) de outro pesquisador chamado Rosalind Franklin. No famoso Watson e Crick's dupla hélice, cada uma das duas fitas contém bases de DNA conectadas por meio de ligações covalentes (fosfodiéster) a uma estrutura de açúcar-fosfato. Como um lado de cada molécula de açúcar está sempre conectado ao lado oposto da próxima molécula de açúcar, cada fita de DNA tem polaridade: essas são chamadas de extremidade 5 '(linha 5) e extremidade 3' (linha 3), de acordo com a nomenclatura dos carbonos dos açúcares. As duas fitas da dupla hélice correm em antiparalelo (isto é, direções opostas), com a extremidade 5 'de uma fita adjacente à extremidade 3' da outra fita. A dupla hélice tem um destro torção, (em vez da torção canhota que muitas vezes é representada incorretamente na mídia popular). As bases do DNA se estendem da espinha dorsal em direção ao centro da hélice, com um par de bases de cada fita formando ligações de hidrogênio que ajudam a manter as duas fitas juntas. Na maioria das condições, os dois fios são ligeiramente deslocados, o que cria uma ranhura principal em uma face da dupla hélice e uma ranhura menor na outra.

Regras de emparelhamento de bases

  • A pares com T (ou U se RNA)
  • G pares com C

Por causa da estrutura das bases, A só pode formar ligações de hidrogênio com T, e G só pode formar ligações de hidrogênio com C (lembre-se das Regras de Chargaff). Cada fita é, portanto, considerada complementar à outra e, portanto, cada fita também contém informações suficientes para atuar como um modelo para a síntese da outra. Essa redundância complementar é importante na replicação e reparo do DNA. Se a sequência de uma fita for AATTGGCC, a fita complementar terá a sequência TTAACCGG. Durante a replicação do DNA, cada fita é copiada, resultando em uma dupla hélice de DNA filha contendo uma fita de DNA parental e uma fita recém-sintetizada.

Estrutura 3D de uma dupla hélice de DNA

Gire a dupla hélice para ver a orientação dos açúcares e fosfatos na espinha dorsal (fita no modelo), os pares de bases, sulcos maiores e menores! (PDB ID = 1bna https://www.rcsb.org/3d-view/1BNA)

Implicações da estrutura do DNA

Como acontece com a maioria das moléculas biológicas, a estrutura é importante para a função, e a função do DNA é conter informações. Propriedades importantes que são derivadas da estrutura do DNA são:

  • Uma fita complementar sempre pode ser sintetizada a partir de uma única fita, devido ao arranjo das ligações de hidrogênio entre as bases GC e AT.
  • As ligações de hidrogênio estabilizam a dupla hélice, mas podem ser quebradas quando o DNA precisa ser acessado.
  • A ordem das bases contém as informações necessárias para codificar os aminoácidos nas proteínas durante a tradução.
  • Mesmo as sequências de DNA que não codificam aminoácidos ainda podem fornecer informações ao interagir com proteínas que funcionam no empacotamento e regulação do DNA. Os sulcos principais e secundários do DNA podem determinar quais sequências são visíveis para as proteínas que interagem com o DNA.

Exercício de pensar no futuro ( PageIndex {1} )

Ocorre uma mutação e a citosina é substituída por adenina. Que impacto você acha que isso terá na estrutura do DNA?

Responder

A adenina é maior do que a citosina e não será capaz de se emparelhar adequadamente com a guanina na fita oposta, fazendo com que a dupla hélice saliente nessa posição. As enzimas de reparo do DNA podem reconhecer a protuberância e substituir o nucleotídeo incorreto.

Referências

VISCHER E, ZAMENHOF S, CHARGAFF E. Ácidos nucleicos microbianos; os ácidos nucléicos desoxipentoses de bacilos e leveduras da tuberculose aviária. J Biol Chem. 1949;177(1):429-438.


Assista o vídeo: DNA i kod genetyczny (Agosto 2022).