Ácidos nucléicos: estrutura, função, tipos e exemplos

Ácidos nucleicos representam uma das quatro categorias principais de biomoléculas, que são as substâncias que constituem as células. Os outros são proteínas, carboidratos e lipídios (ou gorduras).

Ácidos nucléicos, que incluem DNA (ácido desoxirribonucléico) e RNA (ácido ribonucléico), diferem das outras três biomoléculas por não poderem ser metabolizadas para fornecer energia ao organismo parental.

(É por isso que você não vê "ácido nucleico" nos rótulos de informações nutricionais.)

A função do DNA e do RNA é armazenar informações genéticas. Uma cópia completa do seu próprio DNA pode ser encontrada no núcleo de quase todas as células do seu corpo, fazendo esta agregação de DNA - chamada cromossomos neste contexto - um pouco como o disco rígido de um laptop.

Neste esquema, um comprimento de RNA do tipo chamado RNA mensageiro contém as instruções codificadas para apenas um produto de proteína (ou seja, contém um único gene) e, portanto, é mais como um "pendrive" contendo um único arquivo importante.

DNA e RNA estão intimamente relacionados. A única substituição de um átomo de hidrogênio (–H) no DNA por um grupo hidroxila (–OH) ligado ao átomo de carbono correspondente no RNA é responsável por toda a diferença química e estrutural entre os dois ácidos nucleicos.

Como você verá, porém, como tantas vezes acontece na química, o que parece ser uma pequena diferença no nível atômico tem consequências práticas óbvias e profundas.

Os ácidos nucleicos são constituídos por nucleotídeos, que são substâncias que consistem em três grupos químicos distintos: a açúcar pentose, um a três grupos fosfato e um Base nitrogenada.

O açúcar pentose no RNA é a ribose, enquanto que no DNA é a desoxirribose. Além disso, em ácidos nucleicos, os nucleotídeos têm apenas um grupo fosfato. Um exemplo de um nucleotídeo bem conhecido que possui vários grupos de fosfato é ATP, ou trifosfato de adenosina. ADP (difosfato de adenosina) participa de muitos dos mesmos processos que o ATP.

Moléculas individuais de DNA podem ser extraordinariamente longo e pode se estender pelo comprimento de um cromossomo inteiro. As moléculas de RNA são muito mais limitadas em tamanho do que as moléculas de DNA, mas ainda se qualificam como macromoléculas.

Ribose (o açúcar do RNA) tem um anel de cinco átomos que inclui quatro dos cinco carbonos do açúcar. Três dos outros são ocupados por grupos hidroxil (–OH), um por um átomo de hidrogênio e um por um grupo hidroximetil (–CH2OH).

A única diferença em desoxirribose (o açúcar do DNA) é que um dos três grupos hidroxila (aquele na posição 2-carbono) se foi e é substituído por um átomo de hidrogênio.

Além disso, embora o DNA e o RNA tenham nucleotídeos com uma das quatro possíveis bases nitrogenadas incluídas, eles variam ligeiramente entre os dois ácidos nucléicos. O DNA apresenta adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina. enquanto que o RNA tem A, C e G, mas uracila (U) no lugar de timina.

A maioria das diferenças funcionais entre DNA e RNA relaciona-se com seus papéis marcadamente diferentes nas células. O DNA é onde o código genético para a vida - não apenas a reprodução, mas as atividades do dia a dia - é armazenado.

O RNA, ou pelo menos o mRNA, é responsável por coletar as mesmas informações e levá-las aos ribossomos fora do núcleo onde se constroem as proteínas que permitem a realização dos citados Atividades.

A sequência de base de um ácido nucleico é onde suas mensagens específicas são transportadas, e o nitrogênio pode-se dizer que as bases são, em última análise, responsáveis ​​pelas diferenças nos animais da mesma espécie - que é, diferentes manifestações do mesmo traço (por exemplo, cor dos olhos, padrão de cabelo do corpo).

Duas das bases nos ácidos nucléicos (A e G) são purinas, enquanto duas (C e T no DNA; C e U no RNA) são pirimidinas. As moléculas de purina contêm dois anéis fundidos, enquanto as pirimidinas possuem apenas um e são menores em geral. Como você aprenderá em breve, a molécula de DNA é fita dupla por causa da ligação entre o nucleotídeos em vertentes adjacentes.

Uma base de purina só pode se ligar a uma base de pirimidina, porque duas purinas ocupariam muito espaço entre filamentos e duas pirimidinas muito pouco, com uma combinação de purina-pirimidina sendo a correta Tamanho.

Mas as coisas são realmente mais controladas do que isso: nos ácidos nucléicos, UMAobrigações apenas paraT (ouvocê no RNA), enquanto C liga-se apenas a G.

A descrição completa da molécula de DNA como um hélice de fita dupla em 1953, por James Watson e Francis Crick, acabou ganhando à dupla um Prêmio Nobel, embora o trabalho de difração de raios-X de Rosalind Franklin nos anos que levaram a essa conquista foi fundamental para o sucesso da dupla e é frequentemente subestimada em livros de história.

Na natureza, DNA existe como uma hélice porque esta é a forma mais favorável do ponto de vista energético para o conjunto particular de moléculas que contém.

As cadeias laterais, bases e outras porções da molécula de DNA experimentam a mistura certa de atrações eletroquímicas e eletroquímicas repulsões para que a molécula fique mais "confortável" na forma de duas espirais, ligeiramente deslocadas uma da outra, como uma espiral entrelaçada escadas.

As fitas de DNA consistem em grupos de fosfato alternados e resíduos de açúcar, com as bases nitrogenadas ligadas a uma parte diferente da porção de açúcar. Uma fita de DNA ou RNA se alonga graças às ligações de hidrogênio formadas entre o grupo fosfato de um nucleotídeo e o resíduo de açúcar do próximo.

Especificamente, o fosfato no carbono número 5 (muitas vezes escrito como 5 ') do nucleotídeo de entrada é anexado no lugar do grupo hidroxila no carbono número 3 (ou 3 ') do polinucleotídeo em crescimento (pequeno núcleo ácido). Isso é conhecido como ligação fosfodiéster.

Enquanto isso, todos os nucleotídeos com bases A estão alinhados com nucleotídeos com bases T no DNA e nucleotídeos com bases U no RNA; C pares exclusivamente com G em ambos.

As duas fitas de uma molécula de DNA seriam complementar um para o outro, porque a sequência de bases de uma pode ser determinada usando a sequência de bases da outra, graças ao esquema simples de emparelhamento de bases que as moléculas de ácido nucleico observam.

O RNA, como observado, é extraordinariamente semelhante ao DNA em um nível químico, com apenas uma base nitrogenada entre quatro sendo diferente e um único átomo de oxigênio "extra" no açúcar do RNA. Obviamente, essas diferenças aparentemente triviais são suficientes para garantir um comportamento substancialmente diferente entre as biomoléculas.

Notavelmente, o RNA é fita simples. Ou seja, você não verá o termo "fita complementar" usado no contexto desse ácido nucleico. Porções diferentes da mesma fita de RNA, no entanto, podem interagir umas com as outras, o que significa que a forma do RNA na verdade varia mais do que a forma do DNA (invariavelmente, uma dupla hélice). Consequentemente, existem vários tipos diferentes de RNA.

• mRNA, ou RNA mensageiro, usa emparelhamento de bases complementares para transportar a mensagem que o DNA lhe dá durante a transcrição para os ribossomos, onde essa mensagem é traduzida em síntese de proteínas. A transcrição é descrita em detalhes abaixo.
• rRNA, ou RNA ribossômico, constitui uma porção considerável da massa dos ribossomos, as estruturas dentro das células responsáveis ​​pela síntese de proteínas. O restante da massa dos ribossomos consiste em proteínas.
• tRNA, ou RNA de transferência, desempenha um papel crítico na tradução, transportando aminoácidos destinados à cadeia polipeptídica em crescimento para o local onde as proteínas são montadas. Existem 20 aminoácidos na natureza, cada um com seu próprio tRNA.
  

Imagine ser apresentado a uma fita de ácido nucléico com a sequência de bases AAATCGGCATTA. Com base somente nessas informações, você deve ser capaz de concluir duas coisas rapidamente.

Um, que isso é DNA, não RNA, conforme revelado pela presença de timina (T). A segunda coisa que você pode dizer é que a fita complementar dessa molécula de DNA tem a sequência de bases TTTAGCCGTAAT.

Você também pode ter certeza da fita de mRNA que resultaria dessa fita de DNA submetida à transcrição de RNA. Teria o mesmo seqüência de bases Enquanto o fita de DNA complementar, com quaisquer ocorrências de timina (T) sendo substituída por uracila (U).

Isso ocorre porque a replicação do DNA e a transcrição do RNA operam de forma semelhante em que a fita feita a partir da fita modelo é não uma duplicata dessa vertente, mas seu complemento ou equivalente em RNA.

Para que uma molécula de DNA faça uma cópia de si mesma, as duas fitas da dupla hélice devem se separar nas proximidades da cópia. Isso ocorre porque cada fita é copiada (replicada) separadamente e porque as enzimas e outras moléculas que participam da Replicação de DNA precisa de espaço para interagir, o que uma dupla hélice não oferece. Assim, as duas fitas tornam-se fisicamente separadas, e diz-se que o DNA é desnaturado.

Cada fita separada de DNA torna uma nova fita complementar a si mesma e permanece ligada a ela. Portanto, em certo sentido, nada é diferente em cada nova molécula de fita dupla de seu pai. Quimicamente, eles têm o mesma composição molecular. Mas um dos fios de cada dupla hélice é novo em folha, enquanto o outro é remanescente da própria replicação.

Quando a replicação do DNA ocorre simultaneamente ao longo de fitas complementares separadas, a síntese das novas fitas ocorre, na verdade, em direções opostas. Por um lado, a nova fita simplesmente cresce na direção do DNA sendo "descompactado" à medida que é desnaturado.

Por outro lado, no entanto, pequenos fragmentos de novo DNA são sintetizados longe da direção da separação dos fios. Eles são chamados de fragmentos de Okazaki e são unidos por enzimas depois de atingir um determinado comprimento. Essas duas novas fitas de DNA são antiparalelo um para o outro.

Transcrição de RNA é semelhante à replicação do DNA no sentido de que o desemparelhamento das fitas de DNA é necessário para que comece. O mRNA é feito ao longo do molde de DNA pela adição sequencial de nucleotídeos de RNA pela enzima RNA polimerase.

Esta transcrição inicial de RNA criada a partir do DNA cria o que chamamos pré-mRNA. Esta fita pré-mRNA contém ambos íntrons e exons. Os íntrons e exons são seções dentro do DNA / RNA que codificam ou não codificam para partes do produto do gene.

Íntrons são seções não codificantes (também chamadas de "intreferindo seções ") enquanto exons são seções de codificação (também chamadas de "exseções pressionadas ").

Antes que essa fita de mRNA deixe o núcleo para ser traduzida em uma proteína, enzimas dentro do núcleo extirpam, também conhecido como cortam, os íntrons, uma vez que eles não codificam nada naquele gene específico. As enzimas então conectam as sequências de íntrons restantes para dar a você a fita final de mRNA.

Uma fita de mRNA geralmente inclui exatamente a sequência de base necessária para montar uma única proteína a jusante no tradução processo, o que significa que uma molécula de mRNA normalmente carrega a informação para um gene. Um gene é uma sequência de DNA que codifica um produto proteico específico.

Uma vez que a transcrição esteja completa, a fita de mRNA é exportada para fora do núcleo através dos poros no envelope nuclear. (As moléculas de RNA são muito grandes para simplesmente se difundir através da membrana nuclear, assim como a água e outras moléculas pequenas). Em seguida, ele "acopla" com ribossomos no citoplasma ou dentro de certas organelas, e síntese proteíca é iniciado.

Os ácidos nucléicos não podem ser metabolizados como combustível, mas podem ser criados a partir de moléculas muito pequenas ou divididos de sua forma completa em partes muito pequenas. Os nucleotídeos são sintetizados por meio de reações anabólicas, geralmente a partir de nucleosídeos, que são nucleotídeos sem quaisquer grupos fosfato (ou seja, um nucleosídeo é um açúcar ribose mais uma base nitrogenada).

O DNA e o RNA também podem ser degradados: de nucleotídeos a nucleosídeos, depois a bases nitrogenadas e, eventualmente, ao ácido úrico.

A decomposição dos ácidos nucleicos é importante para saúde geral. Por exemplo, a incapacidade de quebrar as purinas está ligada à gota, uma doença dolorosa que afeta algumas das articulações graças aos depósitos de cristais de urato nesses locais.