03 - Biomoléculas II – Ácidos nucleicos e proteínas

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01/09/2013
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Biomoléculas II – Ácidos 
nucleicos e proteínas
Prof. Hugo de Almeida Ácidos nucleicos
Moléculas da vida
Ácidos nucleicos
 Armazenam as informações 
hereditárias e promovem a 
expressão fenotípica;
 Dogma central da biologia 
molecular:
 DNA  RNA  Proteína.
Célula eucariota
Ácidos nucleicos
 Nucleotídeo: açúcar (pentose) + 
base nitrogenada + fosfato;
 Nucleosídeo: idem, - fosfato;
 Cinco bases compõem o nosso 
código genético:
 Quatro no DNA: Adenina, Timina, 
Guanina e Citosina;
 No RNA, T é substituído por 
Uracila;
 Polímero de nucleotídeos = ácido 
nucleico. Purinas Pirimidinas
BASES NITROGENADAS
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O DNA (ácido desoxirribonucleico) 
Prêmio Nobel da medicina - 1962
O DNA consiste de duas cadeias helicoidais de desoxirriboses, enroladas ao longo de 
um mesmo eixo, formando uma dupla hélice de sentido rotacional à direita.
Conformações do DNA
Interações entre as fitas de DNA
 Pontes de H:
 AT (2 pontes);
 GC (3 pontes);
 Estrutura em dupla hélice:
 Base da complementariedade;
 Par de moléculas altamente 
atraídas;
 Antiparalelas;
 Fita senso e fita anti-senso;
 Replicação  semiconservativa;
 A+G = C+T  regra de Chargaff
Diferenças entre DNA e RNA
 Estruturas similares, exceto por:
 Em geral, fita simples versus fita dupla;
 RNA contém Uracila ao invés de Timina;
 RNA contém Ribose ao invés de 2’-desoxirribose.
 Além disso:
 DNA  manutenção de informação;
 RNA  múltiplas funções;
 RNA: estrutura tipo proteína  podem ser 
catalizadores.
2’-desoxirriboseribose
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Tipos de RNA
 Codificante:
 mRNA;
 Não-codificante:
 tRNA, rRNA tradução;
 microRNA, siRNA regulação;
 snRNA, snoRNA modificação;
Nucleotídeos
 Subunidades dos ácidos nucleicos;
 3 componentes característicos:
 Base nitrogenada;
 Pentose (açúcar de 5 carbonos);
 Fosfato (1 ou mais);


Nucleosídeos
BASE + AÇÚCAR: nucleosídios;
BASE + AÇÚCAR + FOSFATO: nucleotídeos;
Bases nitrogenadas
 Purinas:
 Adenina e Guanina;
 Pirimidinas:
 Citosina e Timina;
 Uracila;
Pentoses
 Desoxi-D-ribose e D-ribose;
 Ligadas por uma ligação N-
glicosídica;
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Fosfatos
 1 ou mais (1, 2 ou 3 são comuns);
 Fosfatos são ligados por uma ligação éster à hidroxila do C 5’ na ribose ou 
desoxirribose;
 Fosfato confere carga negativa ao nucleotídeo.
Monofosfato
Difosfato
Trifosfato
Desoxirribonucleotideos
Ribonucleotideos Ligações do tipo fosfodiester
 Entre carbono 5 e 3 de 
(desoxi)riboses;
 Crescimento da fita: 5’  3’;
 Estereoespecificidade da enzima 
DNA (ou RNA) polimerase;
 Sequência linear de nucleotídeos = 
ácido nucleico;
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Por que DNA contém Timina ao invés de 
Uracila?
 Porque citosina (radical da citidina) se desamina e forma uracila in vivo. Isto 
resultaria em mutação do DNA!
 Qualquer U encontrado no DNA seria corrigido pelo sistema de reparo. Então, 
o DNA NÃO pode ter U;
Porque o DNA foi “escolhido”?
 DNA é mais estável que o RNA, principalmente em pH alcalino;
Gene vs genoma
 Gene:
 Unidade fundamental da 
informação;
 Segmentos de DNA que codificam a 
informação requerida para a 
produção biomoléculas funcionais;
 Cadeias peptídicas e RNA;
Conjunto do material genético, incluindo gene e regiões não 
codificantes = GENOMA
O gene
Gene
Transcrição
Maturação
do RNA
Pré-mRNA
mRNA
tRNA
Proteína
Tradução
Ativação de 
AAs
Repli-
cação
Multiplicação 
celular
DNA duplicado
ATP
Amino-
acil
tRNA
NÚCLEO CITOPLASMA
Manutenção, transmissão e expressão da informação genética
Íntrons
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Como a informação genética é 
traduzida?
 20 aminoácidos na síntese protéica;
 + códons de parada: 22 combinações;
 Existem apenas 4 bases na biossíntese do DNA e RNA;
 Relação não pode ser de 1 base para 1 aa;
 Porquê não utilizar códons mais curtos? 
 Combinação de 2 bases: 4² = 16 combinações;
 Entretanto:
 Combinação de 3 bases: 4³ = 64 combinações;
 Código degenerado.
O código genético
 Códon: unidade trinucleotídica;
 Código específico: 1 códon = 1 aa;
 Código degenerado: 1 aa = 1 a 6 
códons;
 Código pontuado:
 Códon de iniciação;
 Códon de terminação;
 O código é universal.
Aplicação do código genético
GAUAUACAUAUGCUGCCCUUUUCGUAUGUGUAUAUGGAA...
3’5’
Met Leu Pro Phe Ser Tyr Val Tyr Met Glu
GAUAUACAUAUGCUGCCCUUUUCGUAUGUAUAUAUGGAA...
Met Leu Pro Phe Ser Tyr Val Tyr Met Glu
Mutação!
GAUAUACAUAGGCUGCCCUUUUCGUAUGUAUAUAUGGAAA..
Met Cys Ile Trp Lys
Mutação!
Silenciosa...
GAUAUACAUAUGCUGCCCUUUUCGUAUGAGUAUAUGGAA...
Met Leu Pro Phe Ser Tyr Val Tyr Met GluMet Leu Pro Phe Ser Tyr Glu Tyr Met Glu
Mutações
 Espontâneas  ocorrem em nível basal;
 Induzidas  presença de agentes mutagênicos, ocorre acima do nível basal;
 4 principais grupos de mutágenos químicos:
 Agentes alquilantes;
 Análogos de base;
 Agentes desaminantes;
 Agentes intercalantes;
 Mutágenos físicos:
 Radiações ionizantes;
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Mutações químicas
 Agentes intercalantes:
 São comportos que se intercalam 
no DNA, 
 entre as bases nitrogenadas;
 Podem causar inserções ou 
deleções;
 Podem intercalar em fita simples;
 Ex.: Brometo de Etídio: C12H20BrN3
 Marcador de ácidos nucléicos;
 Eletroforese em gel de agarose;
 Poderoso efeito mutagênico;
 Cancerígeno e Teratogênico;
N bases
Molécula
intercalada
Mutações físicas
 Radiações ionizantes:
 Diagnósticos médicos  penetram em tecidos vivos;
 Causa a quebra das ligações açúcar-fosfato do DNA, o que pode levar a aberrações 
cromossômicas estruturais;
 Muitos tipos diferentes de oxigênio reativos são produzidos;
 Radiações ionizantes x Terapia Anticâncer:
 Aumenta a frequência de quebras cromossômicas;
Proteínas
Composição, Estrutura e Função
Proteínas
 São as principais moléculas efetoras 
de nossas células (ferramentas);
 Funções:
 Transporte de nutrientes,
 Catálise de reações metabólicas;
 Estrutura,
 Receptores e transdução de sinal;
 Polímeros de aminoácidos:
 Nas células  20 tipos diferentes;
 Unidos por ligações peptídicas;
 Condensação entre a extremidade N 
de um aa com a C do aa seguinte.
Aminoácidos de uma cadeia peptídica  resíduos, pois perdem uma água
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Aminoácidos
 Carbono central  Cα:
 Grupo amino;
 Grupo carboxila;
 Átomo de H;
 Cadeia lateral variável;
 Centros quirais;
 Enântiomeros;
 Estereoespecificidade dos sistemas 
biológicos;
 Classificados de acordo com as 
características de suas cadeias 
laterais. Em proteínas: estereoisômeros L!
Aminoácidos
Classificação dos Aminoácidos
Polar não-carregado;
Ácido;
Básico;
Apolar;
Aromático.
Aminoácidos
 Classificação fisiológica:
 Naturais – o organismo é capaz de 
sintetizar;
 Essenciais – o organismo não é 
capaz de sintetizar, mas obtido na 
alimentação;
 Ex: lisina e isoleucina (feijão), 
leucina e valina (arroz).
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Aminoácidos incomuns
 4-hidroxiprolina;
 4-hidroxilisina  parede celular em plantas;
 6-N-metilisina  miosina;
 Gama-carboxiglutamato protrombina;
 Desmosina derivado de 4 lisinas  elastina;
 Formados pós-traducionalmente;
 Selenocisteína  selênio ao invés de enxofre;
 Introduzido durante a síntese protéica.
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Aminoácidos
 Em solução: zwitterions
 Ácidos (doa prótons) e bases (aceptor de prótons);
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Isso significa que:
 Assim como a água, são substâncias anfotéricas;
 Se existe muito H+ em solução (solução ácida):
 Atua como base (recebe o próton).
 Se existe muito OH- em solução (solução
básica):
 Atua como ácido (doa um próton).
 Atua como um sistema tampão  evita mudanças bruscas de pH;
 Dependendo do pH, um dos grupos pode se encontrar ionizado.
Aminoácidos
 Dois grupos ionizáveis  duas 
constantes de ionização (pKa);
 Em dado pH, as cargas se anulam: 
ponto isoelétrico (pI);
 Em aminoácidos com cadeias 
laterais ionizáveis:
 Em dado pH, apresentarão cargas 
distintas;
 Sistemas tampão para pH ácido ou 
básico;
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Proteínas
 Compostas por 20 AAs;
 Diferem umas das outras quanto:
 Composição de aminoácidos;
 Ordem dos aminoácidos;
 Número de aminoácidos;
 Aminoácidos se ligam por ligações 
peptídicas:
 Entre o grupo carbonila de um AA e 
o amina de outro;
 Reação de condensação  resíduos 
de aminoácidos;
Ligação peptídica  reação de condensação
Classificação
 Proteínas simples:
 Somente aminoácidos;
 Proteínas conjugadas (proteínas ligadas a outras substâncias):
 Nucleoproteínas;
 Glicoproteínas;
 Metaloproteínas;
 Lipoproteínas;
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Grupos prostéticos
Estrutura de proteínas
Diferentes níveis de organização:
Estrutura primária (sequência de aas);
Estrutura secundária (α-hélices, fitas-β, etc);
Estrutura terciária (interações entre estruturas secundárias);
Estrutura quaternária (complexos de subunidades).
Quais são as forças que mantém esses 
níveis de organização?
 Ligações peptídicas  covalentes;
 Flexíveis!
 Permitem rotação entre os átomos ligados;
 Cadeia (esqueleto carbônico) pode se dobrar de muitas formas;
 Não-covalentes (1/20 da força de ligações covalentes);
 Pontes de hidrogênio (H entre átomos eletronegativos FON);
 Pontes iônicas (entre átomos carregados);
 Atrações Van der Waals (soma de forças induzidas pela distância entre os átomos);
 Forças de repulsão hidrofóbicas.
 Pontes dissulfeto:
 Entre cadeias laterais de resíduos de cisteína;
 Estabilidade de proteínas secretadas ou de bactérias extremófilas, p. ex;
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Resultado
A soma de milhares de pequenas forças 
resulta em um arranjo forte.
α-Hélice
Fita-β Estrutura terciária
 Forma final tridimensional da 
cadeia polipeptídica;
 Dobramento e combinação entre 
estruturas α e β em formas 
compactas (domínios).
 Diferença entre motivo e domínio:
 Motivo  Sequência de resíduos, 
p.e. HEXXE;
 Domínio  região da estrutura 3D 
com morfologia e funções 
independentes de outras partes da 
proteína.
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Estrutura Terciária Estrutura Quaternária
 Certas proteínas, tal como a hemoglobina, são compostas 
por mais de uma unidade polipeptídica. 
 A conformação espacial destas cadeias, juntas, é que determina a 
estrutura quaternária.
 Esta estrutura é mantida pelas mesmas forças que determinam as 
estruturas secundárias e terciárias.
Estrutura Quaternária
 A figura abaixo mostra uma imumoglobulina que é, na verdade, um 
tetrâmero.
Representações das proteínas
Esqueleto Diagrama Arame Espaço preenchido
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Composição de estruturas secundárias 
varia entre proteínas
Como uma proteína reconhece outra 
molécula?
 Ligação tem graus variados de 
especificidade:
 Proteínas tem atividade abrangente;
 Outras possuem atividades 
extremamente específicas.
 “Ligante” = molécula que se liga à 
proteína;
 Íons, moléculas pequenas, 
macromoléculas;
 Como ocorre a ligação?
 Ligações não-covalentes fracas (pontes de 
hidrogênio, iônicas, Van der Waals);
 Muitas ligações são necessárias para haver 
interação efetiva  modelo mão em luva.
Complementariedade entre receptor e ligante
Sítio catalítico (ou sítio ativo) Catálise enzimática
Estrutura 3D leva à ativação de um resíduo reativo  ataque ao substrato
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Suporte mecânico
 Colágeno;
 Elastina;
 Queratina;
 Proteínas do citoesqueleto;
Estrutura quaternária!
Ataque/Defesa (anticorpos, venenos e 
toxinas)
Imunoglobulina
α-hemolisina
Motilidade, propulsão e contração Transporte e armazenamento
Hemoglobina
Lipoproteína
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Proteínas Conjugadas
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Além disso, podem ser glicoproteínas ou lipoproteínas;
Grupos prostéticos.