ÁCIDOS NUCLÉICOS E LIPÍDIOS

Universidade Federal do Rio Grande do Sul
Instituto de Biociências
REG209 – Bioquímica Fundamental
UFRGS

Ácidos nucleícos e lipídeos

Questionário nº 3 corrigido por alunos da biologia, tutor Iuri e profesora Fabiana Horn

- Ácidos nucléicos

1) Qual a estrutura básica de um nucleotídeo?
Em sua estrutura primária, os ácidos nucleicos (DNA e RNA) podem ser vistos como uma cadeia linear composta de unidades químicas simples chamadas nucleotídeos. Um nucleotídeo é um composto químico e possui três partes: um grupo fosfato, uma pentose (molécula de açúcar com cinco carbonos) e uma base orgânica. Nas moléculas de DNA a pentose é uma desoxiribose enquanto que nas moléculas de RNA a pentose é uma ribose. A base orgânica, também conhecida como base nitrogenada, é quem caracteriza cada um dos nucleotídeos, sendo comum o uso tanto do termo seqüência de nucleotídeos quanto o termo seqüência de bases. As bases são adenina (A), guanina (G), citosina (C), timina (T) e uracila (U), sendo as duas primeiras chamadas de purinas e as três últimas chamadas de pirimidinas. No DNA são encontradas as bases A, G, C e T. No RNA encontra-se a base U ao invés da base T. (Maria Veronica Reis Weber)


2) Diferencie bases nitrogenadas, nucleosídeos e nucleotídeos.
Os nucleotídeos são compostos por uma base nitrogenada, uma pentose e um grupo fosfato.
Um nucleosídeo equivale a um nucleotídeo sem o grupamento fosfato, somente com a base nitrogenada e a pentose.
As bases nitrogenadas são compostos cíclicos contendo nitrogênio
(SANDRA PAULA FERRARI)

3)Quais as bases nitrogenadas que podem ocorrer nos ácidos nucléicos.
Bases nitrogenadas: púricas e pirimidinas.
No DNA → Purinas (adenina e guanina) e Pirimidinas (timina e citosina)
No RNA → Purinas (adenina e guanina) e Pirimidinas (uracila e citosina)
(Celina Corbellini)

4) Qual a ligação que une os nucleotídeos em uma fita de DNA ou de RNA? Quais são as partes dos nucleotídeos envolvidas nesta ligação?
A ligação de fosfodiéster, porque o fosfato é esterificado com duas unidades de ribose. A ligação é feita entre o grupo químico chamado hidroxila (OH) ligada ao terceiro carbono da pentose de um nucleotídeo e o fosfato do nucleotídeo seguinte ligado ao carbono cinco da pentose do mesmo. (Maria Veronica Reis Weber)

A ligação é feita entre o grupo químico chamado hidroxila (OH) ligada ao terceiro carbono da pentose de um nucleotídeo (por isso se chama extremidade 3’ do DNA) e o fosfato do nucleotídeo seguinte ligado ao carbono cinco da pentose do mesmo (por isso se chama extremidade 5’ do DNA) . Fabiana

5) Entre os principais nucleotídeos ,encontra-se a ATP (e também GTP ,TTP, UTP e CTP). Qual a sua função?
ATP é, normal e equivocadamente, classificado como uma molécula de armazenamento de energia, mas o termo mais preciso seria carreador ou transmissor de energia. O ATP difunde-se pela célula, fornecendo energia para as tarefas celulares, como reações biossintéticas, transporte iônico e movimento celular. A energia do ATP é disponibilizada pela transferência de um (ou dois) dos grupos fosfato a outra molécula. Os nucleotídeos estão presentes em vários processos metabólicos e são tidos como subunidades dos ácidos nucléicos, participam do transporte e na conservação de energia (ATP, por exemplo), são encontrados como componentes de alguns co-fatores enzimáticos e alguns apresentam a função de mensageiros químicos celulares, como é o caso do cAMP, um segundo mensageiro. A adenosina 5´-trifosfato , o ATP, é de longe o mais largamente utilizado, mas o UTP, o GTP e o CTP são também usados em algumas reações. Esses nucleosídeos trifosfatos também funcionam como precursores ativos na síntese do DNA e do RNA. (Celina Corbellini)

6) Descreva a estrutura tridimensional do DNA segundo o modelo de Watson-Crick.
A representação do DNA, descrita por Watson, é a de uma longa molécula, constituída por duas fitas enroladas em torno de seu próprio eixo, como se fosse uma escada do tipo caracol. A ligação entre elas é feita por pontes de hidrogênio, que são ligações fracas, isto é, que se rompem com facilidade, ficando as bases nitrogenadas com o papel de corrimão de uma escada circular.
Watson e Crick também propuseram que:
• A molécula de DNA é uma hélice dupla fita
• De diâmetro uniforme
• Gira para a direita, como um parafuso
• As duas fitas correm em direções opostas.
O modelo de Watson-Crick do DNA possui as seguintes características principais:

1. Duas cadeias polinucleotídicas circundam um eixo comum formando a dupla Hélice.
2. As duas fitas de DNA são antiparalelas (possuem direções opostas), mas cada uma forma uma hélice para o lado direito. (A diferença entre hélices orientadas tipo mão esquerda e tipo mão direita.)
3. As bases ocupam o centro da hélice, pois são hidrofóbicas e se “escondem” do meio aquoso, ficando no interior da molécula, e as cadeias de açúcar-fosfato estão dispostas na periferia, minimizando a repulsão entre os grupos fosfato carregados, sendo a porção polar e ficando em contato c/ o meio aquoso. A superfície da dupla hélice forma dois sulcos de largura diferente: a cavidade maior e a cavidade menor.

4. Cada base está ligada a uma base da fita oposta por meio de ligações de hidrogênio, formando um par de base planar. A estrutura de Watson-Crick pode acomodar apenas dois tipos de pares de base. Cada resíduo de adenina deve formar o par com um resíduo de timina e vice-versa, e cada resíduo de guanina deve formar par com um resíduo de citosina e vice-versa. Essas interações por ligações de hidrogênio, um fenômeno denominado pareamento de bases complementares, resultam na associação específica das duas cadeias da fita dupla. (Rosanete M. Schuh Bleil)

7)A estabilização da estrutura tridimensional dos ácidos nucléicos é feita pelo pareamento específico de bases. Qual o pareamento mais estável e por quê?
No DNA, os pareamentos que ocorrem são dois: entre a Citosina e a Guanina (formando três ligações de hidrogênio) e entre a Adenina e a Timina (formando duas ligações de hidrogênio). Logo, o pareamento mais estável é o que ocorre entre a Citosina e a Guanina, pois é neste pareamento que ocorre a formação de um maior número de ligações de hidrogênio entres as bases. (Jane Alves)

8) Que outro tipo de interação há entre bases nitrogenadas e que papel exercem na estrutura?
A dupla hélice é mantida unida por duas forças:
Por pontes de hidrogênio formadas pelas bases complementares e por interações hidrofóbicas, que forçam as bases a se "esconderem" dentro da dupla hélice.
Essas interações por ligações de hidrogênio, um fenômeno denominado pareamento de bases complementares, resultam na associação específica das duas cadeias da fita dupla
(Celina Corbellini)

9)Quais as diferenças estruturais entre o DNA e o RNA? (Rejane Maria Chaves da Silva)

DNA
RNA
Pentose
Desoxirribose
Ribose
Bases
Adenina, Guanina, Citosina e Timina
Adenina, Guanina, Citosina e Uracila
Cadeias
Duas
Uma
Localização
Núcleo e mitocôndria
Núcleo e citoplasma
Função
Hereditariedade, controle da atividade celular
Síntese de proteína

10) Explique o dogma central da biologia, ou seja, explicar sucintamente a produção de proteinas a partir do DNA.
DNA de um gene é transcrito produzindo uma molécula de RNA com sequência complementar. A seqüência de bases no RNA é então traduzida na seqüência correspondente de aminoácidos, formando uma proteína. (Rosanete M. Schuh Bleil)

11) Por que se diz q a replicação do DNA é semi-conservativa? E qual o reflexo disso na hereditariedade?
Nesse caso cada fita do DNA é duplicada formando uma fita híbrida, isto é, a fita velha pareia com a fita nova formando um novo DNA; de uma molécula de DNA formam-se duas outras iguais a ela. Cada DNA recém formado possui uma das cadeias da molécula-mãe, por isso o nome semi-conservativa. (Maria Veronica Reis Weber)
Como a fita velha é conservada e utilizada como molde para a síntese da nova fita, a sequência do DNA é mantida, podendo então ser transmitida nas proximas gerações, pois se cada vez a molécula de DNA fosse sintetizada s/ molde, originaria moléculas com sequências diferentes e seriam então transmitidas informações diferentes para as celulas filhas e os descendentes, mas mantendo o molde a informação é conservada (IURI)

- Lipídeos
12) O que são ácidos graxos?
Ácidos graxos são ácidos monocarboxílicos de cadeia normal que apresentam o grupo carboxila (–COOH) ligado a uma longa cadeia alquílica, saturada ou insaturada. (Celina Corbellini)

13) O que é um ácido graxo insaturado e um ácido graxo saturado? De que modo a insaturação afeta as propriedades físicas dos ácidos graxos?
Ácidos Graxos Saturados :
· Não possuem duplas ligações · São geralmente sólidos à temperatura ambiente · Gorduras de origem animal são geralmente ricas em ácidos graxos saturados
Ácidos Graxos Insaturados :
· Possuem uma ou mais duplas ligações sendo mono ou poliinsaturados · São geralmente líquidos à temperatura ambiente · A dupla ligação, quando ocorre em um ácido graxo natural, é sempre do tipo "cis". · Os óleos de origem vegetal são ricos em Ácidos Graxos insaturados. · Quando existem mais de uma dupla ligação, estas são sempre separadas por pelo menos 3 carbonos. As duplas ligações nunca são adjacentes e nem conjugadas
O ponto de fusão dos ácidos graxos aumenta com o aumento da cadeia, mas diminui com o aumento do número de insaturações. Isso ocorre porque a configuração "cis" das duplas ligações provoca uma dobra de 30o na cadeia, o que dificulta a agregação das moléculas.
(Celina Corbellini)

14)Compare as estruturas e as propriedades físicas dos triacilgliceróis, dos glicerofosfolipídeos e dos esfingolipídeos.

ESTRUTURA
PROPRIEDADES FÍSICAS

Triacilgliceróis
Substâncias apolares e insolúveis em água são triésteres de glicerol com ácidos graxos.
Podem ser chamados de gorduras ou óleos, dependendo do estado físico na temperatura ambiente: se forem sólidos, são gorduras, e líquidos são óleos. No organismo, tanto os óleos como as gorduras podem ser hidrolisados pelo auxílio de enzimas específicas, as lipases ( a lipase pancreática), que permitem a digestão destas substâncias.
Os triacilgliceróis insaturados têm uma menor temperatura de fusão, permanecendo no estado líquido mesmo em baixas temperaturas. Se fossem saturadas, ficariam no estado sólido e teriam maior dificuldade de mobilidade no organismo do animal.
Glicerofosfolipídeos
Os fosfolípideos são ésteres do glicerofosfato - um derivado fosfórico do glicerol. O fosfato é um diéster fosfórico, e o grupo polar do fosfolipídio.

Esfingolipídeos
A principal diferença entre os esfingolipídios e os fosfolipídios é o álcool no qual estes se baseiam: em vez do glicerol, eles são derivados de um amino álcool. Estes lipídeos contém 3 componentes fundamentais: um grupo polar, um ácido graxo, e uma estrutra chamada base esfingóide - uma longa cadeia hidrocarbônica derivada do d-eritro-2-amino-1,3-diol.
(SANDRA PAULA FERRARI)

15) Comente brevemente as funções dos esteróides e eicosanóides.
Os esteróides têm como funções, entre outras, afetar o metabolismo de carboidratos, de proteínas e de lipídeos e influenciar em uma grande variedade de outras funções vitais, incluindo reações inflamatórias e a capacidade de lidar com estresse; regular a excreção de sal e de água pelos rins e afeta o desenvolvimento e a função sexual. (Jane Alves)
Já os eicosanóides são moléculas derivadas de ácidos graxos com 20 carbonos das famílias ômega-3 e ômega 6. Elas exercem um complexo controle sobre diversos sistemas do organismo humano, especialmente na inflamação, imunidade e como mensageiros do sistema nervoso central. As redes de controles biológicos que dependem dos eicosanóides estão entre as mais complexas do corpo humano.
Os eicosanóides ω-6 são geralmente pró-inflamatórios, enquanto os ω-3 exercem bem menos essa função. A quantidade desses ácidos graxos na dieta de uma pessoa afeta as funções controladas pelos eicosanóides no organismo dela, podendo afetar o sistema cardiovascular, a quantidade de triglicérides, a pressão arterial e artrite. Drogas antiinflamatórias, como o ácido acetilsalicílico e outros antiinflamatórios não-esteróides, agem diminuindo a síntese de eicosanóides.
Os eicosanóides possuem quatro famílias:
a)prostaglandinas,
b)prostaciclinas
c)tromboxanos
d)leucotrienos.
Para cada uma há duas ou três séries separadas, derivadas de um ácido graxo ω-3 ou ω-6. As diferentes atividades dessas séries explicam os efeitos benéficos dos ω-3 e ω-6 para a saúde.
(Vilson Antônio Arruda)

16) Em relação aos lipídeos e a membrana:
a) Explique por que a difusão lateral é mais rápida do que a difusão transversal em lipídeos de membrana.
A transferência de uma molécula lipídica através de uma bicamada, um processo chamado de difusão transversal ou movimento de ponta-cabeça, é um evento extremamente raro, pois tal movimento requer que o grupo da cabeça polar, hidratado, do lipídeo passe através do cerne hidrocarbonado anidro da bicamada. As velocidades do movimento de ponta-cabeça dos fosfolipídeos possuem meias-vidas de vários dias ou mais. Contrastando às baixas velocidades do movimento de ponta-cabeça, os lipídeos são altamente móveis no plano da bicamada (difusão lateral). (Celina Corbellini)

b) Discuta a influência da temperatura na fluidez da membrana
A temperatura de modo geral aumenta os movimentos das moléculas, aumenta a agitação molecular, no caso dos lipídeos da membrana, se a temperatura aumenta ficam tb mais agitados, se movimentam mais ficando em um estado mais fluido e mais desorganizado, ou seja, a membrana fica mais fluida. Se a temperatura diminui, os lipídeos se movimentam menos, ficando em um estado menos fluido e mais organizado, aumentando a interação entre eles (ficam mais compactados; por isso óleos como o de arroz e oliva podem solidificar se colocados na geladeira), de maneira que a redução da temperatura reduz a fluidez da membrana (IURI)

c)Discuta a influência da saturação e insaturação dos lipídeos na fluidez da membrana
A fluidez da membrana depende na verdade do contato entre os lipédeos que a formam, quanto maior o contato entre os lipideos, menor a fluidez e qto menor o contato mais fluida ela fica. Um lipídeo saturado possui as caudas hidrocarbonadas retas, por isso apresentam maior região de interação entre eles, ficando mais compactados (mais juntos): consequentemente a membrana fica menos fluida. Ja um lipídeo insaturado, ou seja, que possui uma ou mais ligações duplas na cauda hidrocarbonada do ácido graxo, passam a ter uma inflexão, ficam com “a perna dobrada p/ frente” de maneira que se afastam e mantêm distância do lipídeo vizinho, assim dificultando e reduzindo o contato entre eles; como conseqüência, aumenta a fuidez da membrana. (IURI)

Vocês reverão esse conteúdo em química orgânica (Fabiana)

d)Discuta a relação temperatura x insaturação ou saturação na fluidez da membrana
A fluidez da membrana deve sempre ser mantida em um nível adequado e constante, não deve ficar nem muito fluida e nem pouco fluida, mantendo sempre uma fluidez normal. Então se a temperatura aumenta, a membrana fica mais fluida, mas a celula tem q manter o nivel da fluidez constante então uma estratégia é reduzir a proporção de lipideos insaturado e aumentar a de saturados, de maneira a reduzir a fluidez que foi aumentada pelo aumento da temperatura. Se a temperatura reduz a fluidez diminui, uma maneira p/ manter a fluidez é aumentar a proporção de lipideos insaturados e reduzir os saturados p/ aumentar a fluidez q foi diminuida pela temperatura. (IURI)

Cabe notar que a modulação da fluidez pela alteração na insaturação dos ácidos graxos do lipídeos de membrana ocorre sobretudo em bactérias e animais de sangue frio, cuja temperatura do organismo está sujeita a alterações na temperatura ambiental, enquanto animais de sangue quente mantêm a temperatura corporal constante (Fabiana).

e) Qual a importância do colesterol nas membranas?
O colesterol regula a rigidez, a permeabilidade e principalmente a fluidez da membrana. O colesterol se orienta na bicamada com os seus grupamentos hidroxila próximos aos grupos das cabeças polares das moléculas de fosfolipídios. Nessa posição, o anel esteróide interage com as regiões das cadeias de hidrocarboneto mais próximas aos grupos das cabeças polares. Por meio da redução da mobilidade de alguns fosfolipídios, o colesterol torna a bicamada menos sujeita a deformações nesta região, e assim, diminui a permeabilidade da bicamada a pequenas moléculas hidrossolúveis. Apesar de o colesterol tornar a bicamada menos fluida, também inibe possíveis compactações das cadeias hidrocarbonadas dos lipídeos (transições de fase). Em baixas temperaturas, a membrana permanece mais enrijecida, então o colesterol se intercala entre os lipídios causando um afastamento das cadeias de ácido graxo de um lipídio e de outro, de maneira a manter a fluidez da membrana. Portanto, quando a temperatura do ambiente é maior que a temperatura de transição de fase a membrana está no estado fluido e quando esta situação se inverte então o colesterol passa a “atrapalhar” o movimento dos lipídeos, de maneira a reduzir a fluidez da membrana. (IURI)

17) A face interna e externa da membrana possuem a mesma composição? Se não, cite as diferenças. Explique as diferenças entre proteínas de membrana integrais e periféricas.
A face externa possui glicocálice (formado por lipídeos que contêm açúcares – os glicolipídeos) e um maior conteúdo de fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina, enquanto a face interna possui maior conteúdo de fosfatidilcolina e esfingomielina. (IURI)
As proteínas periféricas estão inteiramente fora da membrana, mas sãoligadas a ela por ligações iônicas e forças moleculares fracas (pontes de hidrogênio e/ouforças de Van der Waals) e podem ser dissociadas da membrana por agentesque rompem essas ligações.
As proteínas integrais são encaixadas na bicamada lipídica. Muitas delasestão estendidas de um lado ao outro da membrana e são chamadas proteínastransmembranares. Elas freqüentemente têm três domínios diferentes, doishidrofílicos e um hidrofóbico. O domínio hidrofóbico, transmembranar, insere-seconfortavelmente na bicamada lipídica porque é feito de aminoácidos com cadeiaslaterais hidrofóbicas. (Vilson Antônio Arruda)

18) Descreva brevemente o modelo do mosaico fluido.

O modelo mais aceito atualmente foi formulado por Singer e Nicholson em 1972, que propuseram o Modelo de Mosaico Fluído.
Mosaico ou arte musiva é um embutido de pequenas peças formando determinado desenho. O objetivo do mosaico é preencher algum tipo de plano com pequenas peças.
Essa designação de mosaico reflete como a membrana pode ser visualizada em microscópio eletrônico, com esse aspecto de mosaico, com muitas “peças” lipídicas dispostas em bicamada com proteínas inseridas. A palavra “fluido” descreve o fato de que, apesar da estabilidade estrutural das membranas em duas camadas lipídicas, todos os lipídios em cada camada são livres para se deslocarem lateralmente, fazendo-o com grande desenvoltura e rapidez. As proteínas integrais trespassam ambas camadas lipídicas, e também podem mover-se lateralmente sem empecilhos; como são maiores, deslocam- se com menos rapidez devido à inércia.
Na prática, as membranas biológicas funcionam como um verdadeiro “mar bidimensional”, com completa liberdade de movimento nas duas dimensões de sua superfície, mas com restrição (ainda que não absoluta) aos movimentos que levariam um lipídio (ou proteína) a “sair” da membrana perdendo-se no compartimento adjascente, ou aos movimentos ditos “basculantes” ou “ponta-cabeça” (flip-flop em inglês), em que um lipídio vai espontaneamente de sua monocamada para a outra, atravessando, com sua porção polar, a região hidrofóbica da membrana. (IURI)
Na face externa da membrana encontram-se hidratos de carbono ligados, quer à cabeça hidrofílica dos fosfolípidos (formando os glicolípidos), quer às proteínas (glicoproteínas), que se pensa serem importantes no reconhecimento de substâncias. A bicamada fosfolipídica das biomembranas tem um papel essencialmente estrutural. Os fosfolípidos dispõem-se nesta bicamada de forma a que as cabeças polares (hidrofílicas) ocupem as duas superfícies (intra e extracelular) e as caudas (hidrofóbicas) fiquem orientadas umas para as outras. Os lípidos da bicamada são móveis, alterando com frequência a sua posição dentro de uma camada. Podem executar movimentos laterais ou movimentos ponta-cabeça (flip-flop), em que saltam de uma camada para outra. As proteínas, que fazem parte da ultra-estrutura das biomembranas, podem estar ligadas à superfície da membrana - proteínas extrínsecas -, ou podem encontrar-se total ou parcialmente embebidas na bicamada - proteínas intrínsecas -, originando uma estrutura assimétrica. Estas enzimas podem, ainda, funcionar como enzimas, proteínas transportadoras de substâncias, proteínas receptoras de sinais do meio externo. As proteínas também podem mover-se lateralmente. (Vilson Antônio Arruda)