Ácidos nucleicos são longas cadeias de nucleótidos ligados por ligações fosfodiéster. Existem dois tipos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucleico, ou DNA, e o ácido ribonucleico, ou RNA. Os nucleótidos no DNA e no RNA são compostos por um açúcar, uma base de nitrogénio e uma molécula de fosfato.
O material hereditário de uma célula é composto por ácidos nucleicos, que permitem que organismos vivos transmitam informações genéticas de uma geração para outra. Existem dois tipos de ácidos nucleicos: o ácido desoxirribonucleico (DNA) e o ácido ribonucleico (RNA). DNA e RNA diferem ligeiramente na sua composição química, mas desempenham papéis biológicos totalmente diferentes.
Quimicamente, ácidos nucleicos são polinucleótidos—cadeias de nucleótidos. Um nucleótido é composto por três componentes: um açúcar pentose, uma base de nitrogénio e um grupo fosfato. O açúcar e a base juntos formam um nucleósido. Assim, um nucleótido é às vezes referido como um monofosfato nucleósido. Cada um dos três componentes de um nucleótido desempenha um papel fundamental na montagem geral dos ácidos nucleicos.
Como o nome sugere, um açúcar pentose tem cinco átomos de carbono, que são rotulados 1o, 2o, 3o, 4o, e 5o. O açúcar pentose no RNA é a ribose, o que significa que o carbono 2o carrega um grupo hidroxilo. O açúcar no DNA é a desoxirribose, o que significa que o carbono 2o está ligado a um átomo de hidrogénio. O açúcar está anexado à base de nitrogénio no carbono 1o e a molécula de fosfato no carbono 5o.
A molécula de fosfato ligada ao carbono 5o de um nucleótido pode formar uma ligação covalente com o grupo hidroxilo do 3o de outro nucleótido, ligando os dois nucleótidos. Este vínculo covalente é chamado de ligação fosfodiéster. A ligação fosfodiéster entre nucleótidos cria um esqueleto de açúcar e fosfato alternado em uma cadeia de polinucleótidos. Ligar o terminal 5o de um nucleótido ao terminal 3o de outro dá direcionalidade à cadeia de polinucleótidos, o que desempenha um papel fundamental na replicação do DNA e na síntese de RNA. Em um terminal da cadeia de polinucleótidos, chamado terminal 3o o açúcar tem um grupo de hidroxilo 3o livre. No outro terminal, o terminal 5o, o açúcar tem um grupo de fosfato 5o livre.
As bases de nitrogénio são moléculas que contêm um ou dois anéis compostos por átomos de carbono e nitrogénio. Essas moléculas são chamadas de “bases” porque são quimicamente básicas, e podem ligar-se a iões de hidrogénio. Existem duas classes de bases de nitrogénio: pirimidinas e purinas. As pirimidinas têm uma estrutura em anel de seis membros, enquanto que as purinas são compostas por um anel de seis membros fundido com um anel de cinco membros. As pirimidinas incluem citosina (C), timina (T) e uracilo (U). As purinas incluem adenina (A) e guanina (G).
Citosina, adenina e guanina estão presentes tanto no DNA como no RNA. No entanto, a timina é específica do DNA, e o uracilo é encontrado apenas no RNA. As purinas e pirimidinas podem formar ligações de hidrogénio entre si em um padrão particular, baseado na presença de grupos químicos complementares que são análogos a peças de um puzzle. Em condições celulares normais, a adenina forma ligações de hidrogénio com a timina (no DNA) ou com o uracilo (no RNA), enquanto que a guanina forma ligações de hidrogénio com a citosina. Este emparelhamento complementar de bases é fundamental para a estrutura e função do DNA.
O DNA adota uma dupla estrutura helicoidal dentro da célula. Uma hélice dupla é composta por duas sequências de polinucleótidos, chamadas de cadeias, que rodam em volta uma da outra de forma helicoidal (ou seja, espiral). As duas cadeias estão em orientações opostas, ou são “antiparalelas” umas com as outras, o que significa que o terminal 5o de uma cadeia está perto do terminal 3o da outra. As duas cadeias são mantidas juntas através do emparelhamento complementar de bases (por exemplo, citosina com guanina).
Em uma dupla hélice de DNA, o esqueleto de açúcar-fosfato está presente no exterior, enquanto que as bases ligadas a hidrogénio estão no interior. O RNA ocorre principalmente como uma molécula de uma única cadeia. A cadeia única de RNA pode formar estruturas secundárias localizadas através do emparelhamento complementar de bases dentro da mesma cadeia. Diferentes tipos de estruturas secundárias de RNA têm funções distintas dentro da célula.
