Desoxirribose: estrutura, propriedades e importância

A desoxirribose, também conhecida como 2-desoxi-D-ribose ou 2-desoxi-D-eritropentenos é um monossacarídeo de 5 carbonos (pentose) cuja fórmula empírica é C 5 H 10 O 4 . Sua estrutura é apresentada na Figura 1 (EMBL-EBI, 2016).

A molécula é um componente da estrutura do DNA (ácido desoxirribonucleico), onde alterna com grupos fosfato para formar a "espinha dorsal" do polímero de DNA e se liga a bases nitrogenadas

A presença de desoxirribose em vez de ribose é uma diferença entre DNA e RNA (ácido ribonucléico). A desoxirribose foi sintetizada em 1935, mas não foi isolada do DNA até 1954 (Encyclopædia Britannica, 1998).

Na desoxirribose, todos os grupos hidroxila estão do mesmo lado na projeção de Fischer (figura 2). D-2-desoxirribose é um precursor do DNA de ácido nucleico. A 2-desoxirribose é uma aldopentose, isto é, um monossacarídeo com cinco átomos de carbono e um grupo funcional aldeído.

Deve-se notar que, para o caso desses açúcares, os carbonos são denotados com um apóstrofo para diferenciá-los dos carbonos das bases nitrogenadas presentes na cadeia do DNA. Desta forma, diz-se que a desoxirribose não possui um OH no carbono C2 '.

Estrutura cíclica da desoxirribose

Todos os carboidratos são ciclados em meio aquoso, pois isso dá estabilidade. Dependendo do seu número de carbono, eles podem adotar uma estrutura análoga a furano ou pirano, como indicado na figura 3 (MURRAY, BENDER, & BOTHAM, 2013).

A desoxirribose existe principalmente como uma mistura de três estruturas: a forma linear H- (C = O) - (CH2) - (CHOH) 3-H e duas formas de anel, desoxirribofuranose (C3'-endo) com um anel de cinco membros e desoxirribiranose ("C2'-endo"), com anel de seis membros. A última forma é predominante como indicado na figura 4.

Diferenças entre ribose e desoxirribose

Como o próprio nome sugere, a desoxirribose é um açúcar desoxigenado, o que significa que é derivado do açúcar ribose pela perda de um átomo de oxigênio.

Falta o grupo hidroxila (OH) em carbono C2 'como mostrado na figura 5 (Carr, 2014). O açúcar desoxirribose é parte da cadeia de DNA, enquanto a ribose faz parte da cadeia de RNA.

Desde açúcares pentoses, arabinose e ribose diferem apenas pela estereoquímica em C2 '(ribose é R e arabinose é L de acordo com a convenção de Fisher), 2-desoxirribose e 2-desoxiarabinose são equivalentes, embora o último O termo raramente é usado porque a ribose, e não a arabinose, é o precursor da desoxirribose.

Propriedades físicas e químicas

Ribose é um sólido branco que forma um líquido incolor em solução aquosa (National Center for Biotechnology Information., 2017). Tem um peso molecular de 134, 13 g / mol, um ponto de fusão de 91 ° C e, como todos os carboidratos, é muito solúvel em água (Royal Society of Chemistry, 2015).

A desoxirribose se origina na via das pentoses fosfato a partir da ribose 5-fosfato por enzimas denominadas redutases ribonucleotídicas. Estas enzimas catalisam o processo de desoxigenação (COMPOSTO: C01801, SF).

Desoxirribose no DNA

Como mencionado acima, a desoxirribose é um componente da cadeia de DNA que lhe confere grande importância biológica. A molécula de DNA (ácido desoxirribonucleico) é o principal repositório da informação genética na vida.

Na nomenclatura padrão de ácido nucléico, um nucleotídeo de DNA consiste de uma molécula de desoxirribose com uma base orgânica (geralmente adenina, timina, guanina ou citosina) ligada ao carbono 1 'ribose.

O hidroxilo 5 'de cada unidade de desoxirribose é substituído por um fosfato (formando um nucleótido) que é ligado ao carbono 3' da desoxirribose na unidade anterior (Crick, 1953).

Para a formação da fita de DNA, primeiro é necessária a formação de nucleosídeos. Os nucleosídeos precedem os nucleotídeos. DNA (ácido desoxirribonucleico) e RNA (ácido ribonucleico) são formados por cadeias nucleotídicas.

Um nucleosídeo é formado por uma amina heterocíclica, chamada amina nitrogenada e uma molécula de açúcar que pode ser ribose ou desoxirribose. Quando um grupo fosfato está ligado a um nucleosídeo, o nucleosídeo se torna um nucleotídeo.

As bases nos precursores de nucleósidos de ADN são adenina, guanina, citosina e timina. Este último substitui o uracilo na cadeia de RNA. As moléculas de açúcar desoxirribose ligam-se às bases dos precursores nucleosídicos do DNA.

Os nucleosídeos do DNA são denominados adenosina, guanosina, timidina e citosina. A figura 6 ilustra as estruturas dos nucleosídeos do DNA.

Quando um nucleosídeo adquire um grupo fosfato, ele se torna um nucleotídeo; Um, dois ou três grupos fosfato podem ser ligados a um nucleósido. Exemplos são adenina ribonucleósido monofosfato (AMP), adenina ribonucleósido difosfato (ADP) e adenina ribonucleósido trifosfato (ATP).

Os nucleotídeos (nucleosídeos ligados ao fosfato) não são apenas os componentes básicos do RNA e do DNA, mas também servem como fontes de energia e transmissores de informação nas células.

Por exemplo, o ATP serve como fonte de energia em muitas interações bioquímicas na célula, o GTP (guanosina trifosfato) fornece energia para a síntese de proteínas, e o AMP cíclico (monofosfato de adenosina cíclico), um nucleotídeo cíclico, transforma sinais em proteínas. respostas hormonais e do sistema nervoso (Blue, SF).

No caso do DNA, os nucleotídeos monofosfatos são ligados através de uma ligação fofodiéster entre o carbono 5 'e 3' de outro nucleotídeo para formar uma fita da cadeia como indicado na Figura 8.

Subsequentemente, a cadeia formada pelos nucleótidos ligados pela ligação fosfodiéster liga-se à cadeia complementar para formar a molécula de ADN, como se mostra na Figura 9.

Importância biológica da desoxirribose

A configuração da fita de DNA é altamente estável, devido em parte às pilhas das moléculas de desoxirribose.

As moléculas de desoxirribose interagem através das forças de Van der Waals entre elas por meio de interações dipolares permanentes e dipolos induzidas pelos oxigênio dos grupos hidroxila (OH), conferindo estabilidade adicional à fita de DNA.

A ausência do grupo hidroxila 2 'na desoxirribose é aparentemente responsável pela maior flexibilidade mecânica do DNA em comparação com o RNA, o que lhe permite assumir a conformação da dupla hélice, e também (em eucariotos) ser firmemente enrolada dentro do núcleo de a célula.

As moléculas de DNA de fita dupla são também tipicamente mais longas que as moléculas de RNA. A espinha dorsal do RNA e do DNA é estruturalmente semelhante, mas o RNA é de cadeia única e é feito de ribose em vez de desoxirribose.

Devido à falta do grupo hidroxila, o DNA é mais resistente à hidrólise do que o RNA. A falta do grupo hidroxila parcialmente negativo também favorece o DNA no RNA em estabilidade.

Existe sempre uma carga negativa associada a pontes fosfodiéster que ligam dois nucleótidos que repelem o grupo hidroxilo no ARN, tornando-o menos estável que o ADN (Bioquímica Estrutural / Ácido Nucleico / Açúcares / Açúcar Desoxirribose, 2016).

Outros derivados biologicamente importantes da desoxirribose incluem mono-, di- e trifosfatos, bem como monofosfatos cíclicos 3'-5 '. Também deve ser notado que o significado da cadeia de DNA é denotado pelos carbonos da ribose. Isso é particularmente útil para entender a replicação do DNA.

Como já observado, as moléculas de DNA são de cadeia dupla e as duas cadeias são antiparalelas, ou seja, elas correm em direções opostas. A replicação do DNA em procariotos e eucariotos ocorre simultaneamente em ambas as cadeias.

No entanto, não existe enzima em nenhum organismo capaz de polimerizar DNA na direção 3 'para 5', de modo que ambas as fitas de DNA recém replicadas não podem crescer na mesma direção simultaneamente.

No entanto, a mesma enzima reproduz as duas cadeias ao mesmo tempo. A única enzima replica uma cadeia ("cadeia condutora") de uma maneira contínua na direção de 5 'para 3', com a mesma direção geral de avanço.

Replicar o outro filamento ("filamento atrasado") descontinuamente enquanto polimeriza os nucleotídeos em jatos curtos de 150-250 nucleotídeos, novamente na direção 5 'para 3', mas ao mesmo tempo voltado para a extremidade posterior do RNA precedente Em vez de para a porção não replicada.

Como as fitas de DNA são antiparalelas, a enzima DNA polimerase funciona assimetricamente. Na cadeia principal (para frente), o DNA é sintetizado continuamente. No filamento retardado, o DNA é sintetizado em fragmentos curtos (1-5 quilos), os chamados fragmentos de Okazaki.

Vários fragmentos de Okazaki (até 250) devem ser sintetizados, em seqüência, para cada garfo de replicação. Para garantir que isso aconteça, a helicase atua na cadeia atrasada para desenrolar o dsDNA em uma direção de 5 'para 3'.

No genoma nuclear dos mamíferos, a maioria dos primers de RNA são eventualmente removidos como parte do processo de replicação, enquanto que, após a replicação do genoma mitocondrial, a pequena parte do RNA permanece uma parte integral da estrutura fechada do DNA circular.