As bases nitrogenadas, componentes importantes dos nucleotídeos, são moléculas orgânicas e são assim denominadas porque contêm carbono e nitrogênio. São bases porque contêm um grupo amino que tem o potencial de ligar um hidrogênio extra, e assim, diminui a concentração do íon hidrogênio em seu ambiente, tornando-o mais básico. Cada nucleotídeo no DNA contém uma das quatro bases nitrogenadas possíveis: adenina (A), guanina (G) citosina (C) e timina (T). Os nucleotídeos de RNA também contêm uma das quatro bases possíveis: adenina, guanina, citosina e uracil (U) em vez de timina.
Adenina e guanina são classificadas como purinas. A estrutura primária de um purina são dois anéis de carbono-nitrogênio. Citosina, timina, e uracil são classificados como pirimidinas que têm um único anel de carbono-nitrogênio como sua estrutura primária (Figura 1). Cada um desses anéis básicos de nitrogênio-carbono tem diferentes grupos funcionais ligados a ele. Em biologia molecular, as bases nitrogenadas são simplesmente conhecidas pelos seus símbolos A, T, G, C e U. O DNA contém A, T, G e C enquanto o RNA contém A, U, G e C.
O açúcar pentose no DNA é desoxirribose, e no RNA, o açúcar é ribose (Figura 1). A diferença entre os açúcares é a presença do grupo hidroxila no segundo carbono da ribose e hidrogênio no segundo carbono da desoxirribose. Os átomos de carbono da molécula de açúcar estão numerados como 1′, 2′, 3′, 4′, e 5′ (1′ é lido como “one prime”). O resíduo de fosfato é anexado ao grupo hidroxila do grupo 5′ carbono de um açúcar e o grupo hidroxila do grupo 3′ carbono do açúcar do próximo nucleotídeo, que forma uma ligação 5′-3′ fosfodiester. A ligação fosfodiéster não é formada por simples reacção de desidratação como as outras ligações que ligam monómeros em macromoléculas: a sua formação envolve a remoção de dois grupos fosfatos. Um polinucleotídeo pode ter milhares dessas ligações fosfodiésteres.
DNA Estrutura de dupla hélice
Figure 2. O DNA é uma hélice dupla antiparalela. A espinha dorsal de fosfato (as linhas curvas) está no exterior, e as bases estão no interior. Cada base interage com uma base do cordão oposto. (crédito: Jerome Walker/Dennis Myts)
DNA tem uma estrutura de dupla hélice (Figura 2). O açúcar e o fosfato encontram-se no exterior da hélice, formando a espinha dorsal do ADN. As bases nitrogenadas são empilhadas no interior, como os degraus de uma escada, em pares; os pares são ligados entre si por ligações de hidrogênio. Cada par de bases na dupla hélice é separado do par de bases seguinte por 0,34 nm.
Os dois fios da hélice correm em direcções opostas, o que significa que a extremidade de carbono 5′ de um dos fios irá enfrentar a extremidade de carbono 3′ do seu fio correspondente. (Isto é referido como orientação antiparalela e é importante para a replicação do ADN e em muitas interacções de ácidos nucleicos.)
Apenas certos tipos de emparelhamento de bases são permitidos. Por exemplo, um certo purine só pode emparelhar com um certo pyrimidine. Isto significa que A pode emparelhar com T, e G pode emparelhar com C, como mostrado na Figura 3. Isto é conhecido como a regra complementar básica. Em outras palavras, os fios de DNA são complementares um ao outro. Se a seqüência de uma cadeia for AATTGGCC, a cadeia complementar teria a seqüência TTAACCGG. Durante a replicação de DNA, cada fita é copiada, resultando em uma dupla hélice de DNA filha contendo uma fita de DNA parental e uma fita recém-sintetizada.
Practice Question
Figure 3. Numa molécula de ADN duplamente encalhada, as duas cordas correm antiparalelas uma à outra, de modo a que uma corra 5′ para 3′ e a outra 3′ para 5′. A espinha dorsal de fosfato está localizada no exterior, e as bases estão no meio. A adenina forma ligações de hidrogénio (ou pares de bases) com a timina, e os pares de bases de guanina com a citosina.
Ocorre uma mutação, e a citosina é substituída pela adenina. Que impacto você acha que isso terá na estrutura do DNA?
RNA
Ácido fibonucleico, ou RNA, está principalmente envolvido no processo de síntese de proteínas sob a direção do DNA. O RNA é geralmente de cadeia única e é feito de ribonucleotídeos que são ligados por ligações fosfodiéster. Um ribonucleotídeo na cadeia do RNA contém ribose (o açúcar pentose), uma das quatro bases nitrogenadas (A, U, G, e C), e o grupo fosfato.
Existem quatro tipos principais de RNA: RNA mensageiro (mRNA), RNA ribossomal (rRNA), RNA de transferência (tRNA), e microRNA (miRNA). O primeiro, mRNA, transporta a mensagem do DNA, que controla todas as atividades celulares em uma célula. Se uma célula requer uma certa proteína para ser sintetizada, o gene para este produto é ligado “on” e o RNA mensageiro é sintetizado no núcleo. A seqüência base do RNA é complementar à seqüência de codificação do DNA do qual ele foi copiado. Entretanto, no RNA, a base T está ausente e a U está presente no lugar dela. Se a cadeia de DNA tiver uma seqüência AATTGCGC, a seqüência do RNA complementar é UUAACGCG. No citoplasma, o mRNA interage com ribossomos e outras máquinas celulares (Figura 4).
Figure 4. Um ribossomo tem duas partes: uma subunidade grande e uma subunidade pequena. O mRNA está situado entre as duas subunidades. Uma molécula de tRNA reconhece um códon no mRNA, liga-se a ele por par de bases complementares, e adiciona o aminoácido correto à cadeia do peptídeo em crescimento.
O mRNA é lido em conjuntos de três bases conhecidas como códons. Cada códon codifica um único aminoácido. Desta forma, o mRNA é lido e o produto protéico é feito. O RNA riossomal (rRNA) é um dos principais constituintes dos ribossomas sobre os quais o mRNA se liga. O rRNA assegura o alinhamento adequado do mRNA e dos ribossomos; o rRNA do ribossomo também tem uma atividade enzimática (peptidil transferase) e catalisa a formação das ligações do peptídeo entre dois aminoácidos alinhados. Transfer RNA (tRNA) é um dos menores dos quatro tipos de RNA, geralmente 70-90 nucleotídeos de comprimento. Ele carrega o aminoácido correto para o local de síntese de proteínas. É o par de base entre o tRNA e o mRNA que permite que o aminoácido correto seja inserido na cadeia de polipeptídeos. microRNAs são as menores moléculas de RNA e seu papel envolve a regulação da expressão gênica interferindo com a expressão de certas mensagens de mRNA.