Ácidos nucleicos são macromoléculas chave na continuidade da vida. Eles carregam a planta genética de uma célula e trazem instruções para o funcionamento da célula. Os dois principais tipos de ácidos nucleicos são ácido desoxirribonucleico (DNA) e ácido ribonucleico (RNA). O DNA é o material genético encontrado em todos os organismos vivos, variando de bactérias unicelulares a mamíferos multicelulares. O outro tipo de ácido nucleico, o RNA, está principalmente envolvido na síntese de proteínas. As moléculas de DNA nunca deixam o núcleo, mas usam um intermediário de RNA para se comunicar com o resto da célula. Outros tipos de RNA também estão envolvidos na síntese protéica e sua regulação. Nós entraremos em mais detalhes sobre ácidos nucléicos em uma seção posterior.
DNA e RNA são feitos de monômeros conhecidos como nucleotídeos conectados juntos em uma cadeia com ligações covalentes. Cada nucleotídeo é composto de três componentes: uma base nitrogenada, açúcar cinco-carbono, e um grupo fosfato (Figura 1). A base nitrogenada em um nucleotídeo é ligada à molécula de açúcar, que é ligada ao grupo fosfato.
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). O RNA contém o uracilo da base (U) em vez da timina. A ordem das bases em um ácido nucléico determina a informação que a molécula de DNA ou RNA carrega. Isto é porque a ordem das bases em um gene de DNA determina a ordem que aminoácidos serão montados juntos para formar uma proteína.
O açúcar pentose no DNA é deoxirribose, 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 está ligado ao grupo hidroxila do carbono 5′ de um açúcar e ao grupo hidroxila do carbono 3′ do açúcar do próximo nucleotídeo, que forma uma ligação fosfodiéster 5′-3′ (um tipo específico de ligação covalente). Um polinucleotídeo pode ter milhares dessas ligações fosfodiésteres.
DNA tem uma estrutura de dupla camada (Figura 2). Ele é composto de dois filamentos, ou cadeias, de nucleotídeos. A dupla hélice do DNA é frequentemente comparada a uma escada torcida. As cordas (as partes externas da escada) são formadas pela ligação dos fosfatos e açúcares dos nucleotídeos adjacentes com fortes ligações químicas, chamadas ligações covalentes. Os degraus da escada torcida são formados pelas duas bases unidas por uma ligação química fraca, chamada de ligações de hidrogênio. Duas bases de hidrogênio ligadas entre si são chamadas de par base. A escada torce ao longo do seu comprimento, daí a descrição “dupla hélice”, que significa uma espiral dupla.
Os grupos alternados de açúcar e fosfato encontram-se no exterior de cada filamento, formando a espinha dorsal do ADN. As bases nitrogenadas são empilhadas no interior, como os degraus de uma escadaria, e essas bases se emparelham; os pares são ligados entre si por ligações de hidrogênio. As bases emparelham-se de tal forma que a distância entre as espinhas dorsais dos dois fios é sempre a mesma ao longo da molécula.
Numa molécula de DNA, adenina (A) sempre emparelha-se com a timina (T), e citosina (C) sempre emparelha-se com a guanina (G). Isto significa que a seqüência de uma cadeia da dupla hélice do DNA pode sempre ser usada para determinar a outra cadeia.
Como a estrutura do ácido nucléico determina a função?
A principal função tanto do DNA quanto do RNA é armazenar e carregar informação genética. A ordem específica dos nucleotídeos na molécula de DNA ou RNA é o que determina a informação genética que ela carrega. Você pode pensar nisso como letras em um livro – se a ordem das letras fosse alterada, o livro não conteria mais a mesma informação (ou corrigiria).