O documento descreve a história da descoberta do DNA e RNA, incluindo a identificação da nucleína por Miescher em 1869, a demonstração de que continha bases nitrogenadas por Kossel em 1880, e a determinação de sua natureza ácida por Altmann em 1889. Também aborda a estrutura primária e secundária do DNA, como a dupla hélice e as ligações entre nucleotídeos, e diferentes tipos de RNA.

1. Estrutura dos
Ácidos Nucléicos
Aspectos Moleculares
&
Enfoques Conceituais

3. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
 1866: Gregor Mendel

4. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
 1869 → Johann Friedrich
Miescher
# Buscava determinar os componentes
químicos do núcleo celular.
# Usava os glóbulos brancos contidos no
pus para suas pesquisas (células que
apresentam núcleos grandes e fáceis de
serem isolados do citoplasma).
# Descobriu a presença de um composto de
natureza ácida desconhecido até o
momento (rico em fósforo e em
nitrogênio, desprovido de enxofre e
resistente à ação da pepsina - enzima
proteolítica)) → nucleína

5. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
 1880 → Albrecht Kossel
# Demonstrou que a nucleína continha
bases nitrogenadas em sua estrutura.
1889 → Richard Altmann
# Obteve nucleína com alto grau de pureza,
comprovando sua natureza ácida e dando-
lhe o nome de ácido nucléico.

6. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
 1900: Hugo de Vries, Erich von Tschermak e Carl Correns
Redescoberta de
Mendel
Leis da
Hereditariedade
Leis de Mendel

7. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
 1928: Frederick Griffith:Transformação

8. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR

9. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
 1944: Avery, MacLeod e MacCarty: Princípio transformante

10. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
 1953: Alfred Hershey e Martha Chase
DNA → 32
P
Proteína → 35
S

11. HISTÓRICO DA BIOLOGIA MOLECULAR
 1953: James Watson e Francis Crick
Maurice Wilkins e Rosalind Franklin

13. DNA → INTRODUÇÃO
• Entre todas as propriedades dos organismos vivos, a capacidade de
auto-replicação é fundamental.
• Conter a informação genética significa armazená-la, transmiti-la ao
longo das gerações, e expressá-la na forma de proteínas.
• Avanços significativos tem sido alcançados na área da Biologia
Molecular a partir do isolamento, análise e síntese de seqüências de
DNA.
• DNA recombinante → estudos de função e dos mecanismos que
controlam a expressão gênica
ÁCIDO NUCLÉICO → PROTEÍNA

14. DNA → INTRODUÇÃO

15. DNA → INTRODUÇÃO

16. Autossomos x Sexuais
99%
1%
GENOMA HUMANO

17. Nucleotídeo
DNA
Cromossomo
Genoma
GENOMA HUMANO

18. rRNA
Ribossomos
snRNARNP
tRNA AA
mRNA
Proteína
DEFINIÇÃO DE GENE

19. Pentose (Açúcar)
Ribose
β-D-Ribofuranose
OH
-
R
2’-Desoxirribose
β-D-2-desoxirribofuranose
H
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

20. PURINAS
Bicíclicas
PIRIMIDINAS
Monocíclicas
Adenina = Timina Guanina ≡ Citosina
Uracil
Purina Adenina Guanina
Pirimidina Citosina Uracil Timina
Bases Nitrogenadas = Anéis Aromáticos Heterocíclicos
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

21. PIRIMIDINAS
Curiosidade sobre as Bases Nitrogenadas
Uracil Timina
5-Metiluracil
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

22. Posições dos Átomos
Grupamento Fosfato
Bases Nitrogenadas
Pentose
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

23. ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA
Nucleotídeo
Nucleosídeo
γ αβ
Nucleosídeo
γ αβ
(2’-) Desoxirribonucleotídeo
Ribonucleotídeo

24. Grupamento Fosfato = Ésteres de Fosfato
-
Monofosfato
-
Difosfato
-
Trifosfato
5’-Difosfato de Adenosina - ADP
5’-Difosfato de Desoxiadenosina - dADP
5’-Trifosfato de Adenosina - ATP
5’-Trifosfato de Desoxiadenosina - dATP
5’-Monofosfato de Adenosina - AMP
5’-Monofosfato de Desoxiadenosina - dAMP
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

25. Grupamento Fosfato = Ésteres de Fosfato
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

26. Bases Nitrogenadas
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

27. 5’AACGTTGCTATCGT3’
5’ → 3’
Base
Base
Base
Sentido da Fita de DNA
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

28. ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

29. Grupo Ceto (C=O) e Amino (C-NH2)
Chargaff
Relação Molar (1949)
A
T
= 1,0
C
G
= 1,0
AT = CG (?)
(A+G) = (T+C)
Bases Nitrogenadas
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

30. Ligações Fosfodiéster
Ligação (β-) Glicosídica (Glicosílica)
Ligações Importantes
ESTRUTURA PRIMÁRIA DO DNA

31. Ligações Covalentes
Sítios Hidrofóbicos
Sítios Hidrofílicos
Forças de Van der Walls
Pontes de
Hidrogênio
Interações Iônicas (Mg+2
)
Estabilidade do DNA: Integridade e Flexibilidade
DUPLA-HÉLICE DO DNA

32. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
• Fenômenos físicos que ocorrem com o DNA
dupla-hélice fundamentais para os processos
de replicação, transcrição e recombinação.
• DESNATURAÇÃO → rompimento das pontes
de hidrogênio entre as cadeias
complementares do DNA.
• RENATURAÇÃO → ligamento das pontes de
hidrogênio entre as cadeias complementares
do DNA.
• Esses processos podem ser observados in
vitro

33. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
A desnaturação da estrutura secundária do DNA pode ser obtida através
dos seguintes mecanismos:
→ aumento de temperatura
→ titulação com ácidos ou álcalis (protonizam ou desprotonizam os anéis
aromáticos)
→ agentes desnaturantes (formamida)
# Tais tratamentos geram grupos carregados no interior da dupla-hélice
(levando ao rompimento das pontes de hidrogênio entre as bases
complementares).

34. Efeito
Hipercrômico
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
A desnaturação do DNA pode ser acompanhada pela medida em espectrofotômetro de
absorbância de luz ultravioleta (UV).

35. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
A temperatura necessária para a desnaturação de um dado DNA está
diretamente relacionada com sua seqüências de pares de bases.
Adenina = Timina Guanina ≡ Citosina
Uracil
Tm (o
C) = 69,3 + 0,41(GC%)
• Em condições fisiológicas, a dupla-hélice é
muito estável.
• Para que estes processos ocorram há a
necessidade da participação de enzimas
especializadas (DNA-helicases e SSBs)

36. Rompimento das Pontes de Hidrogênio
Tm (o
C) = 69,3 + 0,41(GC%)
T (anelamento) (o
C) = Tm – 25o
C
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO

37. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO
• Mesmo quando as duas fitas do DNA estão completamente separadas,
o processo pode ser revertido.
• Se uma solução contendo DNA desnaturado por calor for lentamente
resfriada, as fitas complementares reassociam-se.
T (anelamento) (o
C) = Tm – 25o
C
• No início, a renaturação ocorre lentamente. Porém, à medida que as
bases complementares se associam, a velocidade do processo aumenta.
• Resfriamentos abruptos colapsam a renaturação
# Quanto maior a complexidade do genoma, maior será o tempo de sua
renaturação.

38. DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO

39. DUPLA-HÉLICE DO DNA
As ligações glicosídicas no DNA, por não estarem diretamente opostas na
dupla-hélice, geram duas cavidades desiguais em seu contorno:
→ cavidade maior
→ cavidade menor
# Nestas regiões, as bases estão expostas ao meio solvente.
# Moléculas que agem com seqüências específicas de bases (proteínas)
podem identificar estas seqüências sem romper a estrutura da dupla-
hélice.

40. Antiparalelas
DUPLA-HÉLICE DO DNA

41. 0.34 nm
Cavidade
Menor
Cavidade
Maior
Volta
Cavidades Maior e Menor
DUPLA-HÉLICE DO DNA

42. Cavidades Maior e Menor
DUPLA-HÉLICE DO DNA

43. Cavidades Maior e Menor
DUPLA-HÉLICE DO DNA

44. TIPOS DE DNA
O DNA pode assumir diferentes conformações, dependendo da sua
composição de bases e do meio em que se encontra
→ DNA A
→ DNA B
→ DNA Z
Tipo A → forma mais abundante encontrada na célula (forma de dupla-
hélice clássica)
Tipo B → formado a partir da desidratação ou diminuição do teor de sal
no meio em que se encontra o Tipo A.

45. TIPOS DE DNA
Tipo Z → encontrado, aparentemente, em apenas algumas regiões do DNA
Tipo B ou Tipo A.
# Fatores que estabilizam sua formação:
→ metilação ou bromação de bases
→ estresse torcional
→ ligação de proteínas específicas ao DNA
• Alterações nas conformações podem facilitar ou dificultar a interação do
DNA com proteínas.

46. TIPOS DE DNA

47. DNA B DNA A DNA Z
TIPOS DE DNA

48. TIPOS DE DNA
DNA B DNA A DNA Z

49. Conformação anti e syn
C2’-endo
C3’-endo
DNA B DNA A
DNA Z
Etanol 75%
↓ [Sal]
Dupla RNA
Metilação ou Bromação
↑ Umidade
Relativa (92%)
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO

50. Principais características dos DNAs A, B e Z
CARACTERÍSTICAS FORMA A FORMA B FORMA Z
Sentido helicoidal
(Giro)
Direita Direita Esquerda
Diâmetro (nm) ~2,6 ~2,0 ~1,8
Pb por giro (n) 11 10 12
Espaço entre as
bases (nm)
0,26 0,34 0,37
Inclinação da base 20o
6o
7o
Sulco maior Estreito/Profundo Largo/Profundo Achatado
Sulco menor Largo/Raso Estreito/Profundo Estreito/Profundo
Ligação glicosídica anti anti anti(pir) sin(pur)
DESNATURAÇÃO E RENATURAÇÃO

51. RNA x DNA
H
H
H
H

52. RNA x DNA

53. RNA mensageiro (mRNA)
Fim da
mensagem
Sinal de ligação ao
Ribossomo
Códon de
Iniciação
(Start Códon)
Início da Transcrição
Hairpin
AAAAA
CAU
AGGAGGU
AUG

54. RNA transportador (tRNA)

55. RNA ribossomal (rRNA)

56. OUTROS RNAs
hnRNA
snRNA snoRNA

57. RNA DE INTERFERÊNCIA (RNAi)
Andrew Fire e Craig Mello
Premio Nobel de Medicina 2006

58. O DNA nem sempre está na forma de um bastão de dupla-hélice (linear).
# Quando as duas extremidades de um DNA ligam-se covalentemente,
formam-se as chamadas estruturas circulares.
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

59. Linear x Circular
Plamídeos e Vírus
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

60. • Além da estrutura secundária da
dupla-hélice, o DNA assume uma
conformação tridimensional
supertorcida.
# A dupla-hélice enrola-se sob si
mesma (extremamente importante
nos processos de replicação,
transcrição, recombinação e
expressão gênica).
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

61. Supertorções
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

62. Estrutura Supertorcida, Suprerenrolada ou Super-hélice
A
B
C
Grau de superenrolamento crescente
A: Relaxada
B: Superenrolamentos parciais
C: Totalmente Superenrolado
Topoisômeros
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

63. • Plectonêmico → DNA em solução.
• Toroidal → DNA enrolado em proteínas (histonas), para formar os
nucleossomos.
# O desenrolamento das hélices pode induzir à formação de estruturas
criciformes, triplex ou DNA Tipo Z.
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO
Tipos de Superenrolamentos

64. Tipos de Superenrolamentos
Plectonêmico
Toroidal
Solução
Histonas
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

65. FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

66.  Topoisômeros → moléculas com seqüências e tamanhos idênticos, que
diferem apenas na sua topologia.
 Topoisômerases → enzimas que, quando presentes, promovem a quebra
transitória nas pontes fosfodiéster adicionando ou removendo
superenrolamentos.
• A enzima permanece ligada covalentemente ao DNA e permite que as fitas
passem umas sobre as outras.
• Estas enzimas mostram-se presentes tanto em células procarióticas como
eucarióticas.
TOPOISOMERASES

67.  Topoisômerase I → quebram apenas uma das fitas de DNA
 Topoisômerase II → quebram as duas fitas da dupla-hélice
Participam de importantes etapas nos processos de replicação,
transcrição e recombinação
# o grau de superenrolamento, sua geração e remoção em moléculas
de DNA pode ser medido de diferentes maneiras.
TOPOISOMERASES

68. Topoisomerase do tipo I
 Topo I: Monômero de 100 kDa (+ e –)
 Mutação no Gene topA  Inviável
 Topo III: Monômero de 74 kDa (+)
 Mutação no Gene topB  Viável
Relaxamento de Superenrolamento
∅ ATP
Ligação e
Desnaturação
Ligação
Fosfotirosina
Restauração
do DNA
E. coli
TOPOISOMERASES

69. Topoisomerase do tipo II
 Topo II  Tetrâmero 400 kDa
 DNA-Girase  Sub A e B
 Adiciona Supertorções –
 Gene gyrA e gene gyrB
 Topo IV  Catenadas
 Antibióticos e Antitumorais
E. coli
105 a 140 pb
Central: 20 pb (AT)
Lateral: Rica em GC
5’-Tyr(122)A
TOPOISOMERASES

70. Métodos de aferição do grau de superenrolamento
• Eletroforese em gel de agarose
→ separa as moléculas de DNA em função da sua forma e compactação
(funções diretas do superenrolamento)
→ o DNA migra em géis com diferentes velocidades (dependendo de seu
tamanho e forma)
# Moléculas de DNA de mesmo tamanho migram com diferentes
velocidades se estiverem na forma circular relaxada, linear ou
supertorcida.
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

71. Métodos de aferição do grau de superenrolamento
Gel Agarose
Velocidade de Sedimentação
Microscopia
Eletrônica
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

72. Tratamento com Topoisomerase
5 Min 30 Min
FORMAS DE DNA E SUPERTORÇÃO

73. CONSIDERAÇÕES FINAIS
 Ácidos Nucléicos  maiores representantes do genótipo (DNA)
 Proteínas  maiores representantes do fenótipo
 DNA  Envolvido com todo metabolismo do organismo
 Molécula da Hereditariedade: Seqüências de bases nitrogenadas 
Informações
 DNA  Moléculas principais
 RNA  Moléculas intermediárias
 Proteína  Resultado final da informação