3.8: O que são Ácidos Nucleicos?

Visão Geral

Ácidos nucleicos são longas cadeias de nucleótidos ligados por ligações fosfodiéster. Existem dois tipos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucleico, ou DNA, e o ácido ribonucleico, ou RNA. Os nucleótidos no DNA e no RNA são compostos por um açúcar, uma base de nitrogénio e uma molécula de fosfato.

Ácidos Nucleicos São o Material Genético da Célula

O material hereditário de uma célula é composto por ácidos nucleicos, que permitem que organismos vivos transmitam informações genéticas de uma geração para outra. Existem dois tipos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido ribonucleico (RNA). DNA e RNA diferem ligeiramente na sua composição química, mas desempenham papéis biológicos totalmente diferentes.

Ácidos Nucleicos São Polímeros de Nucleótidos

Quimicamente, ácidos nucleicos são polinucleótidos—cadeias de nucleótidos. Um nucleótido é composto por três componentes: um açúcar pentose, uma base de nitrogénio e um grupo fosfato. O açúcar e a base juntos formam um nucleósido. Assim, um nucleótido é às vezes referido como um monofosfato nucleósido. Cada um dos três componentes de um nucleótido desempenha um papel fundamental na montagem geral dos ácidos nucleicos.

Como o nome sugere, um açúcar pentose tem cinco átomos de carbono, que são rotulados 1^o, 2^o, 3^o, 4^o, e 5^o. O açúcar pentose no RNA é a ribose, o que significa que o carbono 2^o carrega um grupo hidroxilo. O açúcar no DNA é a desoxirribose, o que significa que o carbono 2^o está ligado a um átomo de hidrogénio. O açúcar está anexado à base de nitrogénio no carbono 1^o e a molécula de fosfato no carbono 5^o.

Os Nucleótidos Ligam-se por Ligações Fosfodiéster

A molécula de fosfato ligada ao carbono 5^o de um nucleótido pode formar uma ligação covalente com o grupo hidroxilo do 3^o de outro nucleótido, ligando os dois nucleótidos. Este vínculo covalente é chamado de ligação fosfodiéster. A ligação fosfodiéster entre nucleótidos cria um esqueleto de açúcar e fosfato alternado em uma cadeia de polinucleótidos. Ligar o terminal 5^o de um nucleótido ao terminal 3^o de outro dá direcionalidade à cadeia de polinucleótidos, o que desempenha um papel fundamental na replicação do DNA e na síntese de RNA. Em um terminal da cadeia de polinucleótidos, chamado terminal 3^o o açúcar tem um grupo de hidroxilo 3^o livre. No outro terminal, o terminal 5^o, o açúcar tem um grupo de fosfato 5^o livre.

Pirimidinas e Purinas São as Duas Principais Classes de Bases de Nitrogénio

As bases de nitrogénio são moléculas que contêm um ou dois anéis compostos por átomos de carbono e nitrogénio. Essas moléculas são chamadas de “bases” porque são quimicamente básicas, e podem ligar-se a iões de hidrogénio. Existem duas classes de bases de nitrogénio: pirimidinas e purinas. As pirimidinas têm uma estrutura em anel de seis membros, enquanto que as purinas são compostas por um anel de seis membros fundido com um anel de cinco membros. As pirimidinas incluem citosina (C), timina (T) e uracilo (U). As purinas incluem adenina (A) e guanina (G).

Citosina, adenina e guanina estão presentes tanto no DNA como no RNA. No entanto, a timina é específica do DNA, e o uracilo é encontrado apenas no RNA. As purinas e pirimidinas podem formar ligações de hidrogénio entre si em um padrão particular, baseado na presença de grupos químicos complementares que são análogos a peças de um puzzle. Em condições celulares normais, a adenina forma ligações de hidrogénio com a timina (no DNA) ou com o uracilo (no RNA), enquanto que a guanina forma ligações de hidrogénio com a citosina. Este emparelhamento complementar de bases é fundamental para a estrutura e função do DNA.

Estrutura do DNA e RNA

O DNA adota uma dupla estrutura helicoidal dentro da célula. Uma hélice dupla é composta por duas sequências de polinucleótidos, chamadas de cadeias, que rodam em volta uma da outra de forma helicoidal (ou seja, espiral). As duas cadeias estão em orientações opostas, ou são “antiparalelas” umas com as outras, o que significa que o terminal 5^o de uma cadeia está perto do terminal 3^o da outra. As duas cadeias são mantidas juntas através do emparelhamento complementar de bases (por exemplo, citosina com guanina).

Em uma dupla hélice de DNA, o esqueleto de açúcar-fosfato está presente no exterior, enquanto que as bases ligadas a hidrogénio estão no interior. O RNA ocorre principalmente como uma molécula de uma única cadeia. A cadeia única de RNA pode formar estruturas secundárias localizadas através do emparelhamento complementar de bases dentro da mesma cadeia. Diferentes tipos de estruturas secundárias de RNA têm funções distintas dentro da célula.

Os ácidos nucleicos são polímeros de nucleotídeos, monómeros compostos por um açúcar pentose, um grupo fosfato e uma base de nitrogénio. Dentro da molécula de açúcar, os cinco carbonos são numerados de um a cinco primes com cada notação revelando qual grupo está ligado a ela. Por exemplo, o segundo carbono pode ser anexado a um item de hidrogénio, criando um açúcar desoxirribose como no ácido desoxirribonucleico ou DNA.

Alternativamente, um grupo hidroxilo pode ocorrer naquele espaço, formando um açúcar ribose, como no ácido ribonucleico ou RNA. Para formar a estrutura alternada do açúcar fosfato, o carbono cinco está ligado ao grupo fosfato. Isso se conecta ao carbono três primário do próximo nucleotídeo, criando uma cadeia via ligação fosfodiéster.

Esse arranjo dita a direccionalidade, a sequência na qual os ácidos nucleicos são lidos, cinco a três em uma única fita. O último carbono importante, um prime, está ligado a uma base de nitrogénio com uma de duas estruturas em anel. As pirimidinas, como citosina, timina e uracilo têm um único anel, enquanto purinas, adenina e guanina, contêm anéis duplos.

As ligações de hidrogénio entre as bases de nitrogénio de duas fitas separadas criam a dupla hélice de DNA. A guanina sempre se relaciona com a citosina, e a adenina com a timina. O RNA contém uracilo em vez de timina, e permanece como uma única fita.