Os ácidos nucléicos representam uma das quatro principais categorias de biomoléculas, que são as substâncias que compõem as células. Os outros são proteínas, carboidratos e lipídios (ou gorduras). Os ácidos nucléicos, que incluem DNA (ácido desoxirribonucleico) e RNA (ácido ribonucleico), diferem das outras três biomoléculas, pois não podem ser metabolizados para fornecer energia ao organismo parental. (É por isso que você não vê "ácido nucleico" nos rótulos das 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, tornando essa agregação de DNA - chamada cromossomos
neste contexto - um pouco como o disco rígido de um laptop. Nesse esquema, um comprimento de RNA do tipo chamado RNA mensageiro contém as instruções codificadas para apenas um produto proteico (ou seja, contém um único gene) e, portanto, é mais como um "pen drive" que contém um único arquivo importante.

DNA e RNA estão intimamente relacionados. A substituição única 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, no entanto, como tantas vezes acontece na química, o que parece ser uma pequena diferença no nível atômico tem conseqüências práticas óbvias e profundas.
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Estrutura de ácidos nucléicos

Os ácidos nucléicos são compostos de nucleotídeos, substâncias que são constituídas por três grupos químicos distintos: um açúcar pentose, um a três grupos fosfato e uma base nitrogenada.

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

Moléculas únicas de DNA podem ser extraordinariamente longas e podem se estender por todo o cromossomo. As moléculas de RNA são muito mais limitadas em tamanho que as moléculas de DNA, mas ainda se qualificam como macromoléculas.
Diferenças específicas entre DNA e RNA
Ribose possui um anel de cinco átomos que inclui quatro dos cinco carbonos do açúcar. Três dos outros estão ocupados por grupos hidroxil (–OH), um por um átomo de hidrogênio e um por um grupo hidroximetil (–CH2OH). A única diferença na desoxirribose é que um dos três grupos hidroxila (aquele na posição 2-carbono) se foi e é substituído por um átomo de hidrogênio.

Além disso, enquanto o DNA e o RNA têm nucleotídeos com um Entre as quatro possíveis bases nitrogenadas incluídas, estas variam ligeiramente entre os dois ácidos nucleicos. O DNA apresenta adenina (A), citosina (C), guanina (G) e timina. enquanto o RNA tem A, C e G, mas uracil (U) no lugar da timina.
Tipos de ácidos nucléicos

A maioria das diferenças funcionais entre o DNA e o RNA está relacionada aos seus papéis marcadamente diferentes nas células. O DNA é onde o código genético da vida - não apenas a reprodução, mas as atividades da vida cotidiana - é armazenado. O RNA, ou pelo menos o mRNA, é responsável por coletar as mesmas informações e trazê-las para os ribossomos fora do núcleo, onde são construídas proteínas que permitem a realização das atividades metabólicas mencionadas acima.

A sequência base de um núcleo O ácido é onde suas mensagens específicas são transportadas e, portanto, pode-se dizer que as bases nitrogenadas são as principais responsáveis pelas diferenças nos animais da mesma espécie - ou seja, diferentes manifestações da mesma característica (por exemplo, cor dos olhos, padrão de pelos no corpo). Emparelhamento de bases em ácidos nucléicos

Duas das bases em ácidos nucleicos (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 têm apenas um e são menores em geral. Como você aprenderá em breve, a molécula de DNA é de fita dupla por causa da ligação entre os nucleotídeos nas cadeias adjacentes.

Uma base de purina só pode se ligar a uma base de pirimidina, porque duas purinas ocupariam muito espaço entre os filamentos e duas pirimidinas muito pouco, com uma combinação de purina-pirimidina sendo do tamanho certo. Mas, na verdade, as coisas são mais rigorosamente controladas do que isso: nos ácidos nucleicos, A se liga a T (ou U no RNA), enquanto C se liga a e somente a G.

Estrutura do DNA

A descrição completa da molécula de DNA como uma 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 isso a conquista foi fundamental para o sucesso do par e é frequentemente subestimada nos livros de história.

Na natureza, o DNA existe como uma hélice, porque esta é a forma mais energeticamente favorável para o conjunto específico de moléculas que ele contém. As cadeias laterais, bases e outras partes da molécula de DNA experimentam a combinação certa de atrações eletroquímicas e repulsões eletroquímicas, de modo que a molécula é mais "confortável" na forma de duas espirais, ligeiramente deslocadas uma da outra, como escadas entrelaçadas em espiral

Ligação entre componentes nucleotídicos

As fitas de DNA consistem em grupos fosfato alternados e resíduos de açúcar, com as bases nitrogenadas ligadas a uma parte diferente da porção de açúcar. Uma cadeia de DNA ou RNA alonga-se 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 (frequentemente escrito 5 ') do nucleotídeo recebido é ligado no lugar do grupo hidroxila no carbono número 3 (ou 3') do polinucleotídeo em crescimento (pequeno ácido nucleico). 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 unicamente com G em ambos. Diz-se que as duas cadeias de uma molécula de DNA são complementares uma da outra, porque a sequência de bases de uma pode ser determinada usando a sequência de bases da outra, graças ao esquema simples que as moléculas de ácido nucleico observam. de RNA

O RNA, como observado, é extraordinariamente semelhante ao DNA em um nível químico, com apenas uma base nitrogenada entre quatro sendo diferentes 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 de fita simples. "fita complementar" usado no contexto desse ácido nucleico. Porções diferentes da mesma cadeia de RNA, no entanto, podem interagir umas com as outras, o que significa que a forma do RNA realmente varia mais do que a forma do DNA (invariavelmente, uma dupla hélice). Assim, existem numerosos tipos diferentes de RNA.
Tipos de RNA

mRNA, ou RNA mensageiro, usa emparelhamento de bases complementar para transmitir a mensagem que o DNA transmite durante a transcrição para os ribossomos, onde essa mensagem é traduzida em síntese protéica. A transcrição é descrita em detalhes abaixo.

rRNA, ou RNA ribossômico, compõe uma porção considerável da massa de ribossomos, as estruturas nas células responsáveis pela síntese de proteínas. O restante da massa de ribossomos consiste em proteínas.

O tRNA, ou RNA de transferência, desempenha um papel crítico na tradução transportando aminoácidos destinados à crescente cadeia polipeptídica para o local onde as proteínas são montadas. Existem 20 aminoácidos na natureza, cada um com seu próprio tRNA.


Um comprimento representativo do ácido nucleico

Imagine ser apresentado com uma fita de ácido nucleico com a sequência base AAATCGGCATTA. Com base apenas nessas informações, você deve concluir duas coisas rapidamente: uma, que isso é DNA, não RNA, como revelado pela presença de timina (T); e que a cadeia complementar desta molécula de DNA possui a sequência de bases TTTAGCCGTAAT.

Você também pode ter certeza da cadeia de mRNA resultante dessa cadeia de DNA submetida à transcrição de RNA: ela teria a mesma sequência de bases como a cadeia de DNA complementar, com quaisquer instâncias de timina (T) sendo substituídas por uracil (U). Isso ocorre porque a replicação do DNA e a transcrição do RNA operam de maneira semelhante, pois a fita feita a partir da fita modelo não é uma duplicata dessa fita, mas seu complemento ou o equivalente no RNA.
Replicação do DNA

Para que uma molécula de DNA faça uma cópia de si mesma, os dois fios da dupla hélice devem se separar nas proximidades da cópia. Isso ocorre porque cada cadeia é copiada (replicada) separadamente e porque as enzimas e outras moléculas que participam da replicação do DNA precisam de espaço para interagir, o que uma hélice dupla não fornece. Assim, as duas cadeias se separam fisicamente e o DNA é desnaturado.

Cada cadeia separada de DNA faz uma nova cadeia complementar a si mesma e permanece ligada a ela. Então, de certa forma, nada é diferente em cada nova molécula de fita dupla de sua mãe. Quimicamente, eles têm a mesma composição molecular. Mas um dos filamentos de cada dupla hélice é totalmente novo, enquanto o outro é deixado pela própria replicação.

Quando a replicação do DNA ocorre simultaneamente ao longo dos filamentos complementares separados, a síntese dos novos filamentos ocorre em direções opostas. . Por um lado, a nova cadeia simplesmente cresce na direção em que o DNA é "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. Estes são chamados fragmentos de Okazaki, e são unidos por enzimas após atingirem um certo comprimento. Essas duas novas cadeias de DNA são antiparalelas uma à outra.
Transcrição de RNA

A transcrição de RNA é semelhante à replicação de DNA, pois é necessário o desemparelhamento das cadeias de DNA para iniciar. O mRNA é produzido ao longo do modelo de DNA pela adição seqüencial de nucleotídeos de RNA pela enzima RNA polimerase.

Uma fita de mRNA geralmente inclui exatamente a sequência base necessária para montar uma única proteína a jusante na tradução > processo, o que significa que uma molécula de mRNA normalmente transporta as informações para um gene. Um gene é uma sequência de DNA que codifica um produto proteico específico.
Depois que a transcrição é concluída, a fita de mRNA é exportada para fora do núcleo através dos poros no envelope nuclear. (As moléculas de RNA são grandes demais para simplesmente se difundir através da membrana nuclear, assim como a água e outras moléculas pequenas). Em seguida, "atraca" com ribossomos no citoplasma ou dentro de certas organelas, e é iniciada a síntese protéica.
Como são metabolizados os ácidos nucléicos?

Os ácidos nucléicos não podem ser metabolizados como combustível, mas podem ser criados a partir de moléculas muito pequenas ou quebradas de sua forma completa em partes muito pequenas. Os nucleotídeos são sintetizados através de reações anabólicas, geralmente a partir de nucleosídeos, que são nucleotídeos menos quaisquer grupos fosfato (ou seja, um nucleosídeo é um açúcar ribose mais uma base nitrogenada). O DNA e o RNA também podem ser degradados: dos nucleotídeos aos nucleosídeos, depois às bases nitrogenadas e eventualmente ao ácido úrico.

A quebra de ácidos nucleicos é importante para a saúde em geral. Por exemplo, a incapacidade de decompor as purinas está ligada à gota, uma doença dolorosa que afeta algumas das articulações graças ao depósito de urato de cristal nesses locais.