AULA 3: Ácidos Nucléicos: Estruturas e Funções
1. Introdução: A Base Molecular da Hereditariedade e da Expressão Gênica
A descoberta dos ácidos nucleicos como portadores da informação genética revolucionou as ciências biológicas. Essas macromoléculas não apenas armazenam o código hereditário, mas também dirigem sua própria replicação, transcrição em RNA e tradução em proteínas — um processo fundamental conhecido como dogma central da biologia molecular.
O DNA e o RNA são polímeros lineares de nucleotídeos, cujas propriedades estruturais conferem extraordinária estabilidade ao material genético e, ao mesmo tempo, flexibilidade funcional para atuar em diferentes processos celulares, como regulação gênica, reparo, e reconhecimento molecular. Compreender suas estruturas e funções é essencial para a Medicina, Biomedicina, Farmácia e Biotecnologia.
2. Estrutura dos Ácidos Nucléicos
2.1 Componentes Fundamentais
Cada nucleotídeo é composto por três unidades:
Base nitrogenada: purinas (adenina [A], guanina [G]) ou pirimidinas (citosina [C], timina [T], uracila [U])
Pentose: desoxirribose (no DNA) ou ribose (no RNA)
Grupo fosfato: confere caráter ácido e polaridade negativa à molécula
A combinação da base com a pentose forma um nucleosídeo. A adição do grupo fosfato origina o nucleotídeo.
Box – Erro comum: confundir nucleosídeo (base + açúcar) com nucleotídeo (base + açúcar + fosfato).
2.2 Ligações e Polaridade
Os nucleotídeos são unidos por ligações fosfodiéster, entre o carbono 3’ da pentose de um nucleotídeo e o carbono 5’ da pentose do próximo. Isso estabelece a polaridade 5’ → 3’ da cadeia.
Essa direção é crucial para os processos de síntese e leitura do material genético, pois todas as polimerases agem apenas na direção 5’ → 3’.
3. DNA vs. RNA: Estrutura e Função
3.1 DNA – O Armazenamento Permanente da Informação
O DNA é uma dupla hélice antiparalela, estabilizada por:
Pontes de hidrogênio entre bases complementares (A-T com 2 ligações, G-C com 3 ligações)
Interações hidrofóbicas entre bases empilhadas
Sua estrutura é altamente estável devido à ausência de grupo hidroxila no carbono 2’ da desoxirribose.
Figura sugerida: Estrutura helicoidal do DNA com emparelhamento de bases e direção antiparalela.
3.2 RNA – O Intermediário Versátil
O RNA é, geralmente, fita simples, mas forma estruturas secundárias (como alças e hélices) devido a complementariedade intramolecular. Contém uracila (U) no lugar da timina e ribose como açúcar.
Além do papel de mensageiro (RNAm), o RNA possui funções estruturais, catalíticas (ribozimas) e regulatórias.
4. Organização Genômica: Do Nucleotídeo ao Cromossomo
4.1 DNA em Procariontes
Forma circular
Pouca ou nenhuma compactação associada a proteínas
Transcrição e tradução simultâneas
4.2 DNA em Eucariontes
Linear, organizado em cromossomos
Empacotado em nucleossomos (DNA + histonas)
Altamente compactado em cromatina
4.3 DNA Mitocondrial
Circular, herdado maternalmente
Codifica genes essenciais para a fosforilação oxidativa
Box – Curiosidade: A célula humana possui cerca de 2 metros de DNA compactado em um núcleo de 10 μm de diâmetro.
5. Tipos de RNA e Suas Funções
Tipo de RNAFunção PrincipalRNAmCarrega a informação genética do DNA para o ribossomoRNArComponente estrutural e funcional dos ribossomosRNAtTransporta aminoácidos ao ribossomo durante a traduçãomiRNARegula expressão gênica por degradação de RNAmsiRNASilenciamento gênico por interferência de RNAsnRNAParticipa do splicing do pré-RNAmlncRNARegulação epigenética e estrutural do genoma
Box – Aplicação clínica: Alterações na expressão de miRNAs estão associadas a câncer, doenças cardiovasculares e neurodegenerativas.
6. Replicação, Transcrição e Tradução
6.1 Replicação do DNA
Semiconservativa: cada fita serve de molde para a nova
Enzimas principais: DNA polimerase, helicase, primase, ligase
Direção: 5’ → 3’, requer primer de RNA
6.2 Transcrição (Síntese de RNA)
RNA polimerase reconhece promotores
Fita molde: fita 3’ → 5’
Splicing: remoção de íntrons (em eucariotos)
6.3 Tradução (Síntese de Proteínas)
Ocorre no ribossomo, leitura do RNAm em códons
Cada códon → 1 aminoácido (código genético universal)
Iniciação, elongação, terminação
Figura sugerida: Diagrama do dogma central: replicação → transcrição → tradução.
7. Mutações e Reparos no DNA
7.1 Tipos de Mutação
Substituições: silenciosa, missense, nonsense
Inserções/deleções: causam mudança de quadro de leitura
Mutações espontâneas vs. induzidas
7.2 Mecanismos de Reparo
Reparo por excisão de base
Reparo por excisão de nucleotídeo
Reparo por recombinação homóloga
Correção pós-replicação (mismatch repair)
Box – Aplicação clínica: Mutações em genes de reparo como BRCA1/2 aumentam risco de câncer de mama e ovário.
8. Aplicações Clínicas e Biotecnológicas dos Ácidos Nucléicos
8.1 Técnicas de Diagnóstico Molecular
PCR e RT-PCR
qPCR (quantitativa)
Eletroforese em gel, Northern e Southern Blotting
Sequenciamento de nova geração (NGS)
8.2 Terapia Gênica e RNA Terapêutico
Vetores virais e CRISPR/Cas9
Terapias com siRNA e oligonucleotídeos antisense
8.3 Medicina de Precisão
Diagnóstico molecular para oncogenes, farmacogenômica, microbiota
Box – Aplicação real: Em 2020, vacinas baseadas em RNA mensageiro (ex: Pfizer/BioNTech) revolucionaram o combate à COVID-19.
9. Conclusão: O Genoma como Centro Integrador da Vida
O entendimento estrutural e funcional dos ácidos nucleicos é essencial para decifrar os mecanismos que regulam a vida celular. Do armazenamento da informação genética à sua expressão coordenada em proteínas, essas macromoléculas fundamentam não apenas a fisiologia celular, mas também o desenvolvimento de diagnósticos, terapias e tecnologias genômicas modernas.
Com o avanço da genômica e das terapias moleculares, os ácidos nucleicos assumem papel ainda mais central na medicina personalizada, na biotecnologia industrial e na engenharia genética do século XXI.
10. Questões de Revisão
Qual a diferença estrutural entre um nucleotídeo e um nucleosídeo?
Quais as principais diferenças entre DNA e RNA quanto à estrutura e função?
O que é splicing e qual sua importância na maturação do RNAm?
Explique a função do miRNA na regulação gênica.
Cite duas técnicas modernas baseadas em ácidos nucleicos e suas aplicações clínicas.
11. Glossário Técnico
Dogma central: fluxo de informação genética do DNA para o RNA e então para a proteína.
Nucleossomo: unidade básica de empacotamento do DNA eucariótico.
Splicing: remoção de íntrons do RNA precursor.
Codon: trinca de nucleotídeos que codifica um aminoácido.
CRISPR: sistema de edição genômica baseado em RNA guia e nucleases específicas.
