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3.8: O que são Ácidos Nucleicos?
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What are Nucleic Acids?
 
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3.8: What are Nucleic Acids?

3.8: O que são Ácidos Nucleicos?

Overview

Nucleic acids are long chains of nucleotides linked together by phosphodiester bonds. There are two types of nucleic acids: deoxyribonucleic acid, or DNA, and ribonucleic acid, or RNA. Nucleotides in both DNA and RNA are made up of a sugar, a nitrogen base, and a phosphate molecule.

Nucleic Acids Are the Genetic Material of the Cell

A cell’s hereditary material is comprised of nucleic acids, which enable living organisms to pass on genetic information from one generation to next. There are two types of nucleic acids: deoxyribonucleic acid (DNA) and ribonucleic acid (RNA). DNA and RNA differ very slightly in their chemical composition, yet play entirely different biological roles.

Nucleic Acids Are Polymers of Nucleotides

Chemically, nucleic acids are polynucleotides—chains of nucleotides. A nucleotide is composed of three components: a pentose sugar, a nitrogen base, and a phosphate group. The sugar and the base together form a nucleoside. Hence, a nucleotide is sometimes referred to as a nucleoside monophosphate. Each of the three components of a nucleotide plays a key role in the overall assembly of nucleic acids.

As the name suggests, a pentose sugar has five carbon atoms, which are labeled 1o, 2o, 3o, 4o, and 5o. The pentose sugar in RNA is ribose, meaning the 2o carbon carries a hydroxyl group. The sugar in DNA is deoxyribose, meaning the 2o carbon is attached to a hydrogen atom. The sugar is attached to the nitrogen base at the 1o carbon and the phosphate molecule at the 5o carbon.

Nucleotides Are Linked Together by Phosphodiester Bonds

The phosphate molecule attached to the 5o carbon of one nucleotide can form a covalent bond with the 3o hydroxyl group of another nucleotide, linking the two nucleotides together. This covalent bond is called a phosphodiester bond. The phosphodiester bond between nucleotides creates an alternating sugar and phosphate backbone in a polynucleotide chain. Linking the 5o end of one nucleotide to the 3o end of another imparts directionality to the polynucleotide chain, which plays a key role in DNA replication and RNA synthesis. At one end of the polynucleotide chain, called the 3o end, the sugar has a free 3o hydroxyl group. At the other end, the 5o end, the sugar has a free 5o phosphate group.

Pyrimidines and Purines Are the Two Major Classes of Nitrogen Bases

The nitrogen bases are molecules containing one or two rings made up of carbon and nitrogen atoms. These molecules are called “bases” because they are chemically basic, and can bind to hydrogen ions. There are two classes of nitrogen bases: pyrimidines and purines. The pyrimidines have a six-membered ring structure, whereas the purines are comprised of a six-membered ring fused to a five-membered ring. The pyrimidines include cytosine (C), thymine (T) and uracil (U). The purines include adenine (A) and guanine (G).

Cytosine, adenine, and guanine are present in both DNA and RNA. However, thymine is specific to DNA, and uracil is found only in RNA. The purines and pyrimidines can form hydrogen bonds with each other in a particular pattern, based on the presence of complementary chemical groups that are analogous to pieces of a jigsaw puzzle. Under normal cellular conditions, adenine forms hydrogen bonds with thymine (in DNA) or uracil (in RNA), whereas guanine forms hydrogen bonds with cytosine. This complementary base pairing is critical to DNA structure and function.

Structure of DNA and RNA

DNA adopts a double helical structure within the cell. A double helix is composed of two polynucleotide chains, called strands, that wind around each other in a helical (i.e., spiral) manner. The two strands are in opposite orientations, or are “antiparallel” to each other, meaning the 5o end of one strand is close to the 3o end of another. The two strands are held together through complementary base pairing (e.g., cytosine with guanine).

In a DNA double helix, the sugar-phosphate backbone is present on the outside, whereas the hydrogen-bonded bases are on the inside. RNA mostly occurs as a single-stranded molecule. The single RNA strand can form localized secondary structures through intra-strand complementary base pairing. Different types of RNA secondary structures have distinct functions within the cell.

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

Os Nucleótidos Ligam-se por Ligações Fosfodiéster

A molécula de fosfato ligada ao carbono 5o de um nucleótido pode formar uma ligação covalente com o grupo hidroxilo do 3o 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 5o de um nucleótido ao terminal 3o 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 3o o açúcar tem um grupo de hidroxilo 3o livre. No outro terminal, o terminal 5o, o açúcar tem um grupo de fosfato 5o 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 5o de uma cadeia está perto do terminal 3o 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.


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