---
title: "Nucleotídeos e ácidos nucleicos"
book: "Biologia universitária — 1.º ano"
subject: biology
language: pt
chapter: 11
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos
---

# Capítulo 11 — Nucleotídeos e ácidos nucleicos

Despeje etanol gelado sobre uma solução de [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) rompidas e aparece uma nuvem branca de fibras que pode ser enrolada num bastão de vidro: o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain), a molécula que carrega cada instrução do [organismo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/1-o-organismo-um-sistema-em-interacao-com-o-ambiente#def-b1-organism-environment-organism), visível a olho nu. Dois metros dele estão dobrados dentro de cada núcleo humano; ele inteiro é escrito num alfabeto de quatro letras, lido num único sentido, e copiado pela separação de duas fitas que se encaixam como uma mão e a luva dela. Este capítulo descreve os [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) — letras, [moeda energética](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) e coenzimas ao mesmo tempo —, as cadeias que eles formam, a dupla-hélice e as evidências dela, o que acontece quando ela é fundida e reassociada, e os [RNAs](#def-b1-nucleic-acids-chain) que levam a mensagem dela para dentro da [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell).

## 11.1 Nucleotídeos

**Definição 11.1 (Nucleotídeo).**

Um *nucleotídeo* é feito de três partes: uma *base* nitrogenada — uma *purina* (adenina A, guanina G: dois anéis fundidos) ou uma *pirimidina* (citosina C, timina T, uracila U: um anel); um açúcar de cinco carbonos, a *ribose* no [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) ou a *2$'$-desoxirribose* no [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) (sem a hidroxila do carbono $2'$); e de um a três grupos *fosfato* no carbono $5'$ do açúcar. A base é ligada ao carbono $1'$; os carbonos do açúcar são numerados com linhas para distingui-los dos da base. Base mais açúcar formam um *nucleosídeo* (adenosina, guanosina, citidina, timidina, uridina); com fosfatos, um nucleotídeo (AMP, ADP, [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) e os parentes deles).

![As partes de um nucleotídeo: uma base no carbono 1' de uma pentose, fosfatos no carbono 5'. A hidroxila 3' é onde o nucleotídeo seguinte de uma cadeia vai se ligar; a posição 2' distingue o RNA (OH) do DNA (H).](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-c6fdea0d730d.svg)

*As partes de um [nucleotídeo](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide): uma [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) no carbono $1'$ de uma pentose, fosfatos no carbono $5'$. A hidroxila $3'$ é onde o [nucleotídeo](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) seguinte de uma cadeia vai se ligar; a posição $2'$ distingue o [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) (OH) do [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) (H).*

**Proposição 11.2 (Os nucleotídeos fazem três trabalhos).**

Além de serem os monômeros do [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) e do [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain), os [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) são a *[moeda energética](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp)* da [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) — o [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) e o GTP, cujas [ligações fosfoanidrido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) ([Capítulo 8](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#ch-b1-water-small-molecules)) pagam pela síntese, pelo transporte e pelo movimento; as *coenzimas* dela — $\mathrm{NAD^+}$, $\mathrm{NADP^+}$ e FAD, que carregam elétrons na respiração e na fotossíntese ([Capítulo 15](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/15-respiracao-celular-e-fermentacao#ch-b1-respiration-fermentation)), e a coenzima A, que carrega grupos acila; e os *mensageiros* dela — o AMP cíclico, que retransmite sinais hormonais dentro das [células](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell). Todos eles são [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) de adenina ou são construídos sobre eles: a mesma molécula que escreve a mensagem alimenta a execução dela.

## 11.2 A cadeia polinucleotídica

**Definição 11.3 (Ligação fosfodiéster, polaridade).**

Os [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) são unidos num *polinucleotídeo* por *ligações fosfodiéster*: o fosfato do carbono $5'$ de um [nucleotídeo](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) é ligado à hidroxila $3'$ do seguinte. A cadeia tem, portanto, um *esqueleto* de açúcar e fosfato, uniforme e carregado negativamente (uma carga por fosfato), do qual as [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) se projetam como uma sequência; e ela tem um sentido: uma *extremidade $5'$* com um fosfato livre e uma *extremidade $3'$* com uma hidroxila livre. As sequências são escritas e lidas de $5' \to 3'$, o sentido em que as cadeias são sintetizadas. O *DNA* (ácido desoxirribonucleico) usa desoxirribose e as [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) A, G, C, T; o *RNA* (ácido ribonucleico) usa ribose e A, G, C, U.

![Uma cadeia de quatro nucleotídeos. O fosfato 5' de cada nucleotídeo é unido à hidroxila 3' do de cima por uma ligação fosfodiéster; a cadeia vai de uma extremidade 5' a uma extremidade 3' e as bases pendem de um esqueleto uniforme.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-8af74ff11dd0.svg)

*Uma cadeia de quatro [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide). O fosfato $5'$ de cada [nucleotídeo](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) é unido à hidroxila $3'$ do de cima por uma [ligação fosfodiéster](#def-b1-nucleic-acids-chain); a cadeia vai de uma extremidade $5'$ a uma extremidade $3'$ e as [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) pendem de um esqueleto uniforme.*

**Exemplo 11.4 (O RNA é frágil, o DNA é durável).**

A hidroxila $2'$ da ribose pode atacar a [ligação fosfodiéster](#def-b1-nucleic-acids-chain) vizinha: em álcali brando o [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) é hidrolisado a [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) em poucas horas, ao passo que o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain), que não tem essa hidroxila, sobrevive à fervura em álcali e já foi recuperado intacto de ossos com dezenas de milhares de anos. A uracila do [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) é a timina sem o grupo metila; o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) usa timina para que a citosina, que lentamente perde o grupo amino e vira uracila, possa ser reconhecida como danificada e reparada — uma uracila no [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) é sempre um erro.

## 11.3 A dupla-hélice

**Proposição 11.5 (As regras de Chargaff).**

No [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de qualquer [organismo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/1-o-organismo-um-sistema-em-interacao-com-o-ambiente#def-b1-organism-environment-organism) a quantidade de adenina é igual à de timina e a de guanina é igual à de citosina ($A = T$, $G = C$, e portanto [purinas](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) $=$ [pirimidinas](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide)), ao passo que a razão $(G + C)/(A + T)$ varia de espécie para espécie (de $25\,\%$ a $75\,\%$ de $G + C$).

**Evidências.** Chargaff (1950) hidrolisou [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de muitos [organismos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/1-o-organismo-um-sistema-em-interacao-com-o-ambiente#def-b1-organism-environment-organism) e separou as [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) por cromatografia, medindo cada uma pela absorção no ultravioleta. As igualdades valeram dentro do erro experimental para todo [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain); o teor de $G + C$ não, e ele era o mesmo em todos os [tecidos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/4-planos-de-organizacao-e-tecidos-animais#def-b1-body-plans-tissues-tissue) de um mesmo [organismo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/1-o-organismo-um-sistema-em-interacao-com-o-ambiente#def-b1-organism-environment-organism). ∎

**Teorema 11.6 (A dupla-hélice de Watson e Crick).**

O [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) são duas cadeias polinucleotídicas enroladas em torno de um eixo comum numa *dupla-hélice* destra: os esqueletos de açúcar e fosfato por fora, as [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) por dentro, planas e empilhadas perpendicularmente ao eixo. As cadeias são *antiparalelas* (uma corre de $5' \to 3'$ para cima, a outra para baixo) e *complementares*: em frente a cada A há um T, seguro por duas [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water), e em frente a cada G um C, seguro por três; cada um desses *[pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix)* tem a mesma largura, de modo que a hélice é uniforme seja qual for a sequência. Na forma B, a comum, a hélice tem $2\,\mathrm{nm}$ de diâmetro, sobe $0.34\,\mathrm{nm}$ por [par de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) e $3.4\,\mathrm{nm}$ por volta de dez pares, e mostra um *sulco maior* largo e um *sulco menor* estreito, em que as bordas das [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) ficam expostas às proteínas.

**Evidências.** As imagens de difração de raios X de fibras de [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) obtidas por Franklin (1952) mostravam a cruz de uma hélice com repetição de $3.4\,\mathrm{nm}$ ao longo do eixo, uma reflexão forte a $0.34\,\mathrm{nm}$ (unidades planas empilhadas) e um diâmetro de $2\,\mathrm{nm}$; os fosfatos, os átomos mais pesados, tinham de estar por fora. Watson e Crick (1953) descobriram que uma [purina](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) pareada com uma [pirimidina](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) — e apenas A com T e G com C — dá pares de largura igual, que cabem no diâmetro de $2\,\mathrm{nm}$, explicando as [regras de Chargaff](#prop-b1-nucleic-acids-chargaff), e que duas cadeias antiparalelas assim pareadas constroem uma hélice regular com as dimensões da fibra. O modelo previa que cada cadeia é molde da outra; a demonstração da replicação semiconservativa por Meselson e Stahl (retomada do volume do Ensino Médio, e no [Capítulo 18](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/18-replicacao-do-dna-e-mitose#ch-b1-replication-mitosis)) o confirmou. ∎

![À esquerda: um modelo da dupla-hélice; os dois esqueletos se enrolam em torno dos pares de bases empilhados, deixando um sulco maior e um sulco menor. À direita: os mesmos dez pares de bases desenrolados numa escada: fitas antiparalelas, pares complementares de largura igual, 0.34\, nm por par e 3.4\, nm por volta.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/img-5407ac7ed0f4.jpg)

![À esquerda: um modelo da dupla-hélice; os dois esqueletos se enrolam em torno dos pares de bases empilhados, deixando um sulco maior e um sulco menor. À direita: os mesmos dez pares de bases desenrolados numa escada: fitas antiparalelas, pares complementares de largura igual, 0.34\, nm por par e 3.4\, nm por volta.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-8b0e6e1bce54.svg)

*À esquerda: um modelo da dupla-hélice; os dois esqueletos se enrolam em torno dos [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) empilhados, deixando um sulco maior e um sulco menor. À direita: os mesmos dez [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) desenrolados numa escada: fitas antiparalelas, pares complementares de largura igual, $0.34\,\mathrm{nm}$ por par e $3.4\,\mathrm{nm}$ por volta.*

**Exemplo 11.7 (Ler uma fita).**

Se uma fita lê $5'$-ATGGCATTC-$3'$, a parceira dela, escrita de $5' \to 3'$, é $5'$-GAATGCCAT-$3'$: complemente cada [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) e depois inverta a ordem. Nove pares, $3.1\,\mathrm{nm}$ de hélice, vinte e duas [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water) (cinco G–C, quatro A–T). Um cromossomo humano de $2.5 \times 10^{8}$ pares tem $8.5\,\mathrm{cm}$ de comprimento nessa forma e precisa ser dobrado cem mil vezes para caber num núcleo ([Capítulo 17](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#ch-b1-genomes)).

**Proposição 11.8 (O que mantém a hélice unida).**

As [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water) entre as [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) pareadas dão a especificidade; o *empilhamento* das [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) planas umas sobre as outras — contatos [de van der Waals](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-bonds) e o [efeito hidrofóbico](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#prop-b1-water-small-molecules-properties), que mantém as [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) fora da água — dá a maior parte da estabilidade; os esqueletos carregados negativamente se repelem, e a hélice só é estável na presença de cátions (o $\mathrm{Mg^{2+}}$ e o $\mathrm{Na^+}$ fisiológicos, ou as proteínas básicas da cromatina) que blindem a carga. Um par G–C, com três [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water) e empilhamento mais forte, segura melhor que um par A–T.

## 11.4 Fusão e hibridização

**Definição 11.9 (Desnaturação, temperatura de fusão).**

O aquecimento, ou um pH extremo, separa as duas fitas do [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain): é a *desnaturação* (fusão), uma transição cooperativa ao longo de poucos graus, cujo ponto médio é a *temperatura de fusão* $T_m$. Ela é acompanhada do *efeito hipercrômico*: as fitas simples absorvem cerca de $40\,\%$ mais luz ultravioleta a $260\,\mathrm{nm}$ que as mesmas [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) empilhadas numa hélice. O $T_m$ sobe com o teor de $G + C$ ($0.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ por ponto percentual), com a concentração de sal e com o comprimento; em sal a $0.15\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$, um [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) longo com $50\,\%$ de $G + C$ funde perto de $90\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Resfriadas devagar, as fitas encontram as complementares e refazem a hélice: é a *renaturação*, ou *hibridização* quando as fitas vêm de fontes diferentes.

![Curvas de fusão de dois DNAs no mesmo sal. A absorbância sobe 40\,\% à medida que as fitas se separam, ao longo de poucos graus; o ponto médio, T_m, é maior para o DNA mais rico em pares G–C.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-12bd025767fd.svg)

*Curvas de fusão de dois [DNAs](#def-b1-nucleic-acids-chain) no mesmo sal. A absorbância sobe $40\,\%$ à medida que as fitas se separam, ao longo de poucos graus; o ponto médio, $T_m$, é maior para o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) mais rico em pares G–C.*

**Método 11.10 (Medir ácidos nucleicos pela absorbância).**

1. As [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) absorvem luz ultravioleta com máximo em $260\,\mathrm{nm}$ . Numa cubeta de $1\,\mathrm{cm}$ , uma absorbância de $1.0$ corresponde a $50\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$ de [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de fita dupla ( $40\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$ de [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) , $33\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$ de [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de fita simples).
2. A razão $A_{260}/A_{280}$ é $1.8$ para [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) puro e $2.0$ para [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) puro; as proteínas absorvem a $280\,\mathrm{nm}$ e a diminuem.
3. Para acompanhar a fusão, registre $A_{260}$ enquanto aquece devagar; o ponto médio da curva é o $T_m$ e a inclinação dela é uma medida da homogeneidade da amostra.
4. Para detectar uma sequência, desnature a amostra e acrescente uma fita simples marcada, complementar a ela (uma *sonda* ); ela hibridiza só onde está a complementar dela, e a marcação assinala o lugar — num gel, num cromossomo, num [tecido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/4-planos-de-organizacao-e-tecidos-animais#def-b1-body-plans-tissues-tissue) .

![DNA precipitado por etanol gelado a partir de um lisado celular e enrolado num bastão de vidro: alguns miligramas da molécula, visíveis como fibras porque cada uma tem milhões de pares de bases de comprimento.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/img-0d5f3fd6943a.jpg)

*[DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) precipitado por etanol gelado a partir de um lisado celular e enrolado num bastão de vidro: alguns miligramas da molécula, visíveis como fibras porque cada uma tem milhões de [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) de comprimento.*

**Exemplo 11.11 (Uma sonda encontra um gene).**

Uma sonda de vinte [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) complementar a um gene, a $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ abaixo do $T_m$ dela, liga-se à complementar exata dela e a mais nada em três bilhões de [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix): um único descasamento em vinte baixa o $T_m$ em vários graus e o híbrido descasado funde. A especificidade do pareamento de [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide), multiplicada por vinte posições, é aquilo em que se apoia todo teste de [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain), do exame de paternidade à detecção de patógenos.

## 11.5 RNA

**Definição 11.12 (Os RNAs).**

O [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) em geral tem fita simples e se dobra sobre si mesmo onde quer que trechos complementares curtos permitam, formando grampos, alças e protuberâncias — uma *estrutura secundária* — que depois se compacta numa forma. Três classes carregam o fluxo da informação genética ([Capítulo 19](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/19-expressao-genica-transcricao-e-traducao#ch-b1-gene-expression)): o *RNA mensageiro* (mRNA), uma cópia de um gene que o ribossomo lê; o *RNA transportador* (tRNA), com cerca de $75\,$ [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) dobrados numa [folha](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/3-organizacao-funcional-de-uma-planta-com-flores#def-b1-flowering-plant-organization-organs) de trevo, que carrega um aminoácido na extremidade $3'$ dele e um *anticódon* que pareia com a mensagem; e o *RNA ribossômico* (rRNA), o núcleo estrutural e catalítico do ribossomo, quatro quintos do [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell). Muitos outros [RNAs](#def-b1-nucleic-acids-chain) regulam, fazem splicing e guiam (o volume do Ano 3).

![Um RNA transportador na estrutura secundária em folha de trevo: uma fita simples de cerca de 75 nucleotídeos pareada consigo mesma em quatro hastes. O aminoácido é carregado na extremidade 3'; o anticódon, na ponta oposta, lê a mensagem.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-nucleic-acids/fig-d97e22cc3c18.svg)

*Um [RNA transportador](#def-b1-nucleic-acids-rnas) na estrutura secundária em [folha](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/3-organizacao-funcional-de-uma-planta-com-flores#def-b1-flowering-plant-organization-organs) de trevo: uma fita simples de cerca de 75 [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) pareada consigo mesma em quatro hastes. O aminoácido é carregado na extremidade $3'$; o anticódon, na ponta oposta, lê a mensagem.*

**Observação 11.13 (O RNA pode ser catalisador).**

Alguns [RNAs](#def-b1-nucleic-acids-chain) são enzimas (as *ribozimas*): a ligação peptídica de toda proteína é formada pelo [RNA ribossômico](#def-b1-nucleic-acids-rnas), e não por uma proteína, e alguns [RNAs](#def-b1-nucleic-acids-chain) cortam e emendam a si mesmos. Uma molécula que ao mesmo tempo carrega informação e catalisa reações é do que um primeiro sistema vivo pode ter sido feito; o mundo do [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) e das proteínas seria então uma divisão de trabalho posterior, com o [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) mantido no centro dela.

## 11.6 Exercícios

**Exercício 11.1 ★.**

Cite as três partes de um [nucleotídeo](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) e as duas diferenças entre um ribonucleotídeo e um desoxirribonucleotídeo.

**Solução de Exercício 11.1.**

Uma [base nitrogenada](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide), uma pentose, de um a três fosfatos. [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain): ribose (com uma hidroxila $2'$) e uracila; [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain): $2'$-desoxirribose e timina.

**Exercício 11.2 ★.**

Escreva a fita complementar de $5'$-GGATCCTA-$3'$ no sentido $5' \to 3'$, e conte as [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water) dela.

**Solução de Exercício 11.2.**

$5'$-TAGGATCC-$3'$. Pares: G–C, G–C, A–T, T–A, C–G, C–G, T–A, A–T: quatro G–C (12 ligações) e quatro A–T (8): 20 [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water).

**Exercício 11.3 ★.**

Um [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) contém $22\,\%$ de adenina. Dê as porcentagens de T, G e C, e o teor de $G + C$.

**Solução de Exercício 11.3.**

T $22\,\%$; G e C dividem os $56\,\%$ restantes: $28\,\%$ cada; $G + C = 56\,\%$.

**Exercício 11.4 ★.**

A partir da figura da fusão, qual é o $T_m$ de um [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) com $50\,\%$ de $G + C$ nas mesmas condições, e quanto a absorbância sobe na fusão?

**Solução de Exercício 11.4.**

Entre as duas curvas, a $0.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ por ponto percentual: cerca de $85\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. A absorbância sobe $40\,\%$.

**Exercício 11.5 ★★.**

Calcule o comprimento do cromossomo da *E. coli* ($4.6 \times 10^{6}$ [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix)) em milímetros, o número de voltas dele, e o fator pelo qual ele precisa ser compactado para caber numa [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de $2\,\text{µ}\mathrm{m}$.

**Solução de Exercício 11.5.**

$4.6 \times 10^{6}\times 0.34\,\mathrm{nm} = 1.56\,\mathrm{mm}$; $460\,000$ voltas; $1560/2 = 780$ vezes em comprimento (o cromossomo é dobrado em alças e super-hélices).

**Exercício 11.6 ★★.**

Explique por que as duas fitas do [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) precisam ser antiparalelas, usando a geometria do esqueleto de açúcar e fosfato e a exigência de que todo [par de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) tenha a mesma largura.

**Solução de Exercício 11.6.**

As [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) pareiam com as bordas voltadas uma para a outra, e o açúcar de cada uma fica preso do mesmo lado do par apenas se os dois esqueletos correrem em sentidos opostos; com fitas paralelas os dois açúcares ficariam em bordas opostas, e a largura do par, e a posição do esqueleto, variariam com a sequência. Fitas antiparalelas com pares purina–pirimidina dão os $2\,\mathrm{nm}$ constantes que o padrão da fibra exige.

**Exercício 11.7 ★★.**

Uma solução de [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) tem $A_{260} = 0.35$ numa cubeta de $1\,\mathrm{cm}$ e $A_{280} = 0.20$. Calcule a concentração e comente a pureza. Quantos [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) há em $1\,\mathrm{mL}$, se a massa média de um par for $650\,\mathrm{Da}$?

**Solução de Exercício 11.7.**

$0.35\times 50 = 17.5\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$. $A_{260}/A_{280} = 1.75$: [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) essencialmente puro (1.8), talvez com um traço de proteína. Em $1\,\mathrm{mL}$: $17.5\times 10^{-6}/(650\times 1.66\times 10^{-24}) =
1.6 \times 10^{16}$ [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix).

**Exercício 11.8 ★★.**

Explique o efeito hipercrômico e por que a curva de fusão de um [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) puro é íngreme, ao passo que a de uma mistura de [DNAs](#def-b1-nucleic-acids-chain) de muitas espécies é espalhada.

**Solução de Exercício 11.8.**

As [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) empilhadas se protegem umas às outras e absorvem menos; separar as fitas expõe cada [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) à luz e a absorbância sobe $40\,\%$. Um [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) puro funde dentro de poucos graus em torno do $T_m$ único dele, de modo cooperativo; uma mistura contém [DNAs](#def-b1-nucleic-acids-chain) de muitos teores de $G + C$, cada um com o próprio $T_m$, de modo que a soma das curvas deles se espalha por dezenas de graus.

**Exercício 11.9 ★★.**

Uma sonda de vinte [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) tem $T_m = 62\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ com a complementar exata dela; um descasamento baixa o $T_m$ em cerca de $5\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Em que temperatura a [hibridização](#def-b1-nucleic-acids-melting) deve ser feita para detectar a sequência exata e rejeitar descasamentos únicos? O que acontece a $45\,{}^{\circ}\mathrm{C}$?

**Solução de Exercício 11.9.**

Logo abaixo de $62\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ e acima de $57\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, digamos $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: o híbrido perfeito se mantém, e o descasado funde. A $45\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ os híbridos com até três descasamentos são estáveis e a sonda também acende sequências aparentadas.

**Exercício 11.10 ★★★.**

As [regras de Chargaff](#prop-b1-nucleic-acids-chargaff) valem para o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de fita dupla, mas não para o [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) nem para o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de certos vírus pequenos. Explique o que cada exceção diz sobre a estrutura desses ácidos nucleicos.

**Solução de Exercício 11.10.**

As regras decorrem do pareamento de [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) entre duas fitas complementares. O [RNA](#def-b1-nucleic-acids-chain), de fita simples, não tem parceira que restrinja a composição dele, de modo que $A \neq U$ em geral; os vírus pequenos em questão têm genomas de [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de fita simples, que também não precisam obedecer às regras — e o descumprimento delas foi uma das primeiras pistas de que esses genomas eram de fita simples.

**Exercício 11.11 ★★★.**

Duas [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water) seguram um par A–T, e no entanto uma hélice de mil pares A–T é estável a $60\,{}^{\circ}\mathrm{C}$, ao passo que um par isolado nem chega a se formar. Explique com as ideias do [Capítulo 8](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#ch-b1-water-small-molecules) (ligações fracas, cooperatividade, empilhamento), e diga o que isso implica para a fidelidade de uma sonda.

**Solução de Exercício 11.11.**

Cada par sozinho vale alguns quilojoules por mol, menos que a agitação térmica, e se forma e se rompe em microssegundos. Numa hélice os pares se formam juntos: cada par se empilha sobre o anterior e os primeiros pares nucleiam os demais, de modo que as energias se somam e a probabilidade de todos se romperem de uma vez é desprezível — é a cooperatividade. O empilhamento contribui tanto quanto as [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water). Para uma sonda isso significa que a estabilidade cresce com o comprimento e cai bruscamente a cada descasamento, que interrompe a sequência cooperativa: a especificidade é uma propriedade do trecho inteiro.

**Exercício 11.12 ★★★.**

“A estrutura do [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) é a explicação da hereditariedade.” Discuta em um parágrafo: o que a dupla-hélice explica de imediato (a cópia, a mutação como mudança de sequência), o que ela não explica sozinha (como a sequência vira uma proteína), e por que o modelo de Watson e Crick foi aceito antes de qualquer teste bioquímico dele.

**Solução de Exercício 11.12.**

A hélice explica a cópia de imediato: cada fita especifica a outra, de modo que separá-las e parear [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) novos em cada uma dá duas moléculas idênticas; uma mutação é uma [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) errada fixada numa cópia e fielmente copiada dali em diante. Ela não diz, sozinha, como uma sequência de quatro [bases](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) especifica uma proteína — isso levou uma década (código, mRNA, tRNA, ribossomo). O modelo foi aceito porque se encaixava em todas as medidas (Chargaff, as dimensões dos raios X, a densidade) sem sobrar nada, e porque a explicação que ele dava da hereditariedade era tão econômica que a alternativa — uma coincidência — era implausível; Meselson e Stahl confirmaram depois a cópia que ele previa.

## 11.7 Problema: O genoma de um vírus

**Problema 11.1.**

Problema de fim de semana — o DNA do fago $\lambda$ medido, pesado, contado, fundido e empacotado no capsídeo dele, terminando na temperatura de fusão e no comprimento de contorno dele

O genoma do bacteriófago $\lambda$ é um único [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) linear de fita dupla com $48\,502$ [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) e teor de $G + C$ de $49.9\,\%$. Ele é empacotado num capsídeo icosaédrico de $55\,\mathrm{nm}$ de diâmetro interno. Tome $0.34\,\mathrm{nm}$ por [par de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix), $2.0\,\mathrm{nm}$ para o diâmetro da hélice, $650\,\mathrm{Da}$ por [par de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix), e $T_m = 81.5 + 16.6\log_{10}[\mathrm{Na^+}]
+ 0.41\,(\%\,G{+}C) - 500/L$ em graus Celsius, com $[\mathrm{Na^+}]$ em $\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ e $L$ o comprimento em [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix).

**Parte I — Medido e pesado.**

1. Calcule o comprimento de contorno da molécula em micrômetros.
2. Calcule o número de voltas da hélice.
3. Calcule a massa molar dela em dáltons.
4. Calcule a massa de uma molécula em gramas.
5. Calcule o número de grupos fosfato e, portanto, a carga líquida da molécula.
6. Calcule o número de [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) de cada [base](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) (A, T, G, C).
7. Calcule o número total de [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water) que seguram as duas fitas.

**Parte II — Fundido.**

8. Calcule o $T_m$ em sódio a $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ .
9. Calcule o $T_m$ em sódio a $0.01\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ e explique por que o sal estabiliza a hélice.
10. O genoma de $\lambda$ contém uma região de $1000\,$ pares com $35\,\%$ de $G + C$ e outra com $62\,\%$ . Calcule o $T_m$ de cada região em sódio a $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ e descreva a forma da curva de fusão da molécula inteira.
11. Uma solução de [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de $\lambda$ tem $A_{260} = 0.50$ antes da fusão. Qual é a concentração dela, e quanto valerá $A_{260}$ depois da fusão completa?
12. Quantas moléculas de $\lambda$ há em $1\,\mathrm{mL}$ dessa solução?
13. As duas extremidades do genoma de $\lambda$ são saliências de fita simples de 12 [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) , complementares entre si, pelas quais a molécula se circulariza no hospedeiro. Calcule o $T_m$ delas (use $L = 12$ ) e diga por que, apesar disso, o círculo se mantém a $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ dentro da [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) .

**Parte III — Empacotado.**

14. Calcule o volume do [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) como um cilindro.
15. Calcule o volume interno do capsídeo.
16. Que fração do capsídeo o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) preenche? Compare com o empacotamento mais compacto de cilindros paralelos ( $91\,\%$ ).
17. O [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) carrega $97\,000$ cargas negativas numa esfera de $55\,\mathrm{nm}$ . Explique o que precisa acompanhar o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) para dentro do capsídeo, e por que o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) empacotado exerce sobre a casca uma pressão (dezenas de atmosferas) que ajuda a injetá-lo numa bactéria.
18. A molécula precisa ser dobrada em alças de raio comparável ao do capsídeo. O [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) resiste ao dobramento abaixo de um raio de cerca de $50\,\mathrm{nm}$ . Comente.

**Parte IV — Lido.**

19. Uma fita do genoma começa por $5'$ -GGGCGGCGACCT- $3'$ . Escreva a fita complementar de $5' \to 3'$ .
20. Se um gene de $1200$ [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) for transcrito num mRNA, qual é o comprimento do mRNA em [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) e, a $330\,\mathrm{Da}$ por [nucleotídeo](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) , a massa dele?
21. O genoma tem $75\,$ genes em $48\,502$ pares. Que fração do genoma é codificante, se o gene médio tiver $600$ pares? Compare com um genoma humano ( $1.5\,\%$ ).
22. O genoma é replicado em $20\,\mathrm{min}$ a $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ pelas enzimas do hospedeiro. Calcule a velocidade em [pares de bases](#thm-b1-nucleic-acids-helix) por segundo, se a replicação começar numa única origem e prosseguir nos dois sentidos.
23. Quantas [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water) são rompidas por segundo nas duas forquilhas durante a replicação (use a média por par da questão 7)?
24. Uma mutação muda um par G–C em A–T. Quanto muda o $T_m$ da molécula inteira? A fusão conseguiria detectá-la?
25. Enuncie o resultado: a [temperatura de fusão](#def-b1-nucleic-acids-melting) do [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) de $\lambda$ em sódio a $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ e o comprimento de contorno dele, e a compactação que o faz caber no capsídeo.

**Solução de Problema 11.1.**

**1.** $48\,502\times 0.34 = 16\,490\,\mathrm{nm} = 16.5\,\text{µ}\mathrm{m}$. **2.** $48\,502/10 = 4850$ voltas. **3.** $48\,502\times 650 = 3.15 \times 10^{7}\,\mathrm{Da}$. **4.** $3.15 \times 10^{7}\times 1.66\times 10^{-24} = 5.2 \times 10^{-17}\,\mathrm{g}$. **5.** Dois por par: $97\,004$ fosfatos, carga líquida de $-97\,004\,e$. **6.** $G + C = 0.499\times97\,004 = 48\,405$: $G = C =
24\,203$; $A = T = 24\,299$. **7.** $3\times24\,203 + 2\times24\,299 = 121\,207$. **8.** $81.5 + 16.6\times(-1) + 0.41\times 49.9 - 500/48502 =
81.5 - 16.6 + 20.5 - 0.01 = 85.4\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. **9.** $81.5 - 33.2 + 20.5 = 68.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. Os cátions blindam a repulsão entre os dois esqueletos carregados negativamente; com menos sal as fitas se repelem mais e se separam a uma temperatura menor. **10.** $35\,\%$: $81.5 - 16.6 + 14.4 - 0.5 =
78.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$; $62\,\%$: $81.5 - 16.6 + 25.4 - 0.5 =
89.8\,{}^{\circ}\mathrm{C}$. A molécula inteira funde em etapas: as regiões ricas em A–T se abrem primeiro, e as ricas em G–C por último, de modo que a curva é uma subida larga com ombros, e não um degrau único e brusco. **11.** $0.50\times 50 = 25\,\text{µ}\mathrm{g}/\mathrm{mL}$; depois da fusão $A_{260} = 0.70$. **12.** $25\times 10^{-6}/5.2\times 10^{-17} = 4.8 \times 10^{11}$ moléculas. **13.** $81.5 - 16.6 + 0.41\times 50 - 500/12 = 81.5 - 16.6 + 20.5
- 41.7 = 43.7\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ (a fórmula é grosseira para trechos tão curtos). A $37\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ as extremidades pareiam, mas se abririam e fechariam; na [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) uma enzima (a ligase) sela covalentemente as duas falhas, e o círculo deixa de depender dos doze pares. **14.** $\pi\times(1.0)^2\times16\,490 = 5.2 \times 10^{4}\,\mathrm{nm}^{3}$. **15.** $\frac{4}{3}\pi\times 27.5^3 = 8.7 \times 10^{4}\,\mathrm{nm}^{3}$. **16.** $60\,\%$: dois terços do empacotamento mais compacto possível de cilindros — o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) é enrolado em espirais quase cristalinas. **17.** Contraíons (poliaminas, $\mathrm{Mg^{2+}}$) precisam neutralizar quase toda a carga, ou a repulsão não poderia ser vencida; a repulsão restante e a energia de dobramento armazenada nas espirais apertadas empurram para fora contra a casca, e quando a cauda se abre essa pressão impele a primeira parte do genoma para dentro da bactéria. **18.** As alças num capsídeo de $55\,\mathrm{nm}$ têm raios de $10\text{ to }25\,\mathrm{nm}$, abaixo dos $50\,\mathrm{nm}$ em que o [DNA](#def-b1-nucleic-acids-chain) se dobra livremente: dobrá-lo custa energia, paga pelo motor de empacotamento ([ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp)) e armazenada como a pressão da questão 17. **19.** $5'$-AGGTCGCCGCCC-$3'$. **20.** $1200$ [nucleotídeos](#def-b1-nucleic-acids-nucleotide); $1200\times 330 = 4.0 \times 10^{5}\,\mathrm{Da}$. **21.** $75\times 600 = 45\,000$ pares, $93\,\%$ codificantes — um genoma compacto; o genoma humano é sessenta vezes menos denso em genes. **22.** Duas forquilhas, cada uma copiando $24\,251$ pares em $1200\,\mathrm{s}$: $20\,$ pares por segundo por forquilha (a polimerase do hospedeiro é capaz de $1000\,$; o tempo é fixado pelo ciclo inteiro, e não pela polimerase). **23.** $121\,207/48\,502 = 2.5$ ligações por par; duas forquilhas a 20 pares por segundo: 100 [ligações de hidrogênio](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-water) por segundo — e outras tantas refeitas atrás delas. **24.** Um par em $48\,502$ muda o $G + C$ em $0.002\,\%$ e o $T_m$ em $0.001\,{}^{\circ}\mathrm{C}$: indetectável fundindo a molécula inteira; só uma sonda curta que cobrisse o sítio o mostraria. **25.** $T_m = 85\,{}^{\circ}\mathrm{C}$ em sódio a $0.1\,\mathrm{mol}/\mathrm{L}$; comprimento de contorno de $16.5\,\text{µ}\mathrm{m}$, trezentas vezes o diâmetro do capsídeo, empacotado nele a $60\,\%$ do volume dele.