aula 05 -código genético. biossíntese de proteínas

BIOLOGIA MOLECULAR

AULA 5 – CÓDIGO GENÉTICO. BIOSSÍNTESE DE PROTEÍNAS.

Lucélia Parente1

CÓDIGO GENÉTICO• A relação entre a sequência de bases no DNA é a sequência

correspondente de aminoácidos na proteína, é chamada de código genético.

• Este encontra-se na forma de triplets (trinucleotídeos) que são chamados de códons.

• Um códon é uma sequência de três nucleotídeos que corresponde a um determinado aminoácido.

• A descoberta da construção de cada códon e o que ele especifica, levou vários anos de estudo. Esses estudos baseavam-se em princípios já conhecidos:

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CÓDIGO GENÉTICO- A informação genética está no DNA (núcleo);- A síntese de proteínas ocorre no citoplasma, dirigida pelo

RNAm.• A dúvida era como a sequência de nucleotídeos, presente no

DNA e transmitida para o RNAm, era decodificada no citoplasma na forma de aminoácidos.

• Por volta de 1955 havia duas hipóteses:1) George Gamow, propunha que a informação no DNA estaria

sob a forma de código;

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CÓDIGO GENÉTICO2) Francis Crick, sugeria que haveria moléculas adaptadoras que

interagiriam com o RNAm e com os aminoácidos, sendo, no mínimo, 20 adaptadores diferentes, um para cada aminoácido.

• As duas hipóteses estavam certas.• Descobriu-se que a sequência de nucleotídeos do DNA

determina a sequência de aminoácidos de uma proteína, de acordo com o código genético universal entre os organismos vivos.

• A molécula adaptadora proposta por Crick era o RNAt e que esse mediava a tradução do código genético.

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DECIFRANDO O CÓDIGO GENÉTICO• Os fatos de que o DNA possui 4 bases diferentes e de que

existem 20 diferentes aminoácidos indicavam que um grupo de nucleotídeos seria necessário para especificar um determinado aminoácido.

• Desse modo, deduziu-se que 3 nucleotídeos deveriam constituir 1 códon; a utilização de apenas 2 nucleotídeos produz apenas 16 combinações diferentes, enquanto que a de 3 nucleotídeos resulta em 64 combinações possíveis.

• Brenner e Crick em 1961, demonstraram que o código genético era lido em triplets, embora eles não tivessem estabelecido que um triplet correspondia a um códon.

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DECIFRANDO O CÓDIGO GENÉTICO• Em 1961 Nuremberg e Matthaei, começaram a determinar que

combinações de nucleotídeos determinavam quais aminoácidos.• Utilizando um sistema de síntese de proteínas in vitro, eles

demonstraram que uma sequência sintética de poli-uridilato-poli (U) – levava à síntese de poli – fenilalanina.

• Dessa maneira, descobriram que o códon UUU codificava fenilalanina.

• A partir daí, outros pesquisadores começaram a realizar experimentos semelhantes, nas mais diferentes combinações possíveis, para serem determinados outros códons.

• A descoberta de todo o código genético ocorreu em 1966.

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O CÓDIGO GENÉTICO2ª letra

1ª le

tra

(5’)

Os códons são escritos na direção 5’3’. A terceira base de cada códon (em negrito) desempenha um papel menor na especificação de um aminoácidoque os dois primeiros. Os três códons de terminação são sombreadas em rosaO códon AUG de iniciação em verde. Todos os aminoácidos, exceto metionina e triptofano têm mais de um códon. Na maioria dos casos, códons que especificam o mesmo aminoácido diferem apenas na terceira base.

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CARACTERÍSTICAS DO CÓDIGO GENÉTICO

• No processo de tradução, o RNAm é lido a cada 3 nucleotídeos, códon por códon.

• A mediação entre os códon no RNAm e os aminoácidos que devem ser incorporados na proteína é feita pelo RNAt, já ligado a um determinado aminoácido, através do anticódon.

• O anticódon é uma sequência de 3 nucleotídeos presente no RNAt e complementar ao códon.

• Alguns RNAt com diferentes anticódons são ligados (ativados) a um mesmo aminoácido e, consequentemente, diferentes podem codificar um mesmo aminoácido.

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• Isso é possível porque o código é em forma de triplets, sendo o número de códons (64) maior do que o de aminoácidos (20).

• Esse fenômeno define uma das características do código genético: a degeneração, ou seja, um mesmo aminoácido pode ser codificado por vários códons diferentes.

• Códons que representam um mesmo aminoácido são chamados de sinônimos.

• Excetuando-se metionina e triptofano, todos os outros aminoácidos são representados por mais de um códon.

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• Na maioria dos casos, os vários códons que especificam um determinado aminoácido diferem na sua terceira base.

• Diz-se que a degeneração é parcial quando a terceira base pode ser uma das duas purinas ou uma das duas pirimidinas.

• Na degeneração total, qualquer uma das quatro bases pode estar presente na terceira posição.

• A degeneração do código pode implicar, também, não apenas a existência de mais de um RNAt para cada aminoácido, mas que um determinado RNAt pode parear com mais de um códon.

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• O pareamento com a terceira base do códon é menos rígido, devido à própria conformação da molécula de RNAt.

• Dessa maneira ocorre o que se chama de pareamento oscilante. O pareamento oscilante permitido é aquele que mantém a distância usual entre as riboses.

• Sendo assim, não é possível o pareamento entre duas purinas ou duas primidinas (distâncias muito grandes e muito pequenas, respectivamente).

• Os pareamentos possíveis estão na tabela a seguir:

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• Esse pareamento oscilante explica por que, para alguns aminoácidos, é encontrado um número de RNAt diferentes menor do que o número de códons.

• Para códons em ocorre degradação total na terceira posição, são necessários, pelo menos, dois RNAt diferentes para cada aminoácido.

• A degeneração do código genético, especialmente a variação na terceira base, explica a grande variação nas taxas de AT/GC, encontradas entre alguns organismos, sem uma correspondente variação nos aminoácidos utilizados nas proteínas.

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• Uma outra característica do código genético é a sua não-ambiguidade, isto é, cada códon corresponde a somente um aminoácido.

Universalidade • O código genético com raras exceções é o mesmo nos mais

diversos organismos, desde as bactérias até o homem.• Dentro da universalidade do código genético, há , ainda, um

aspecto mais restrito que se refere aos códons de iniciação e terminação.

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• O RNAm não é traduzido do seu início ao fim. A tradução começa e termina em pontos internos da molécula e esses pontos são determinados, em parte, pelos códons de iniciação e terminação.

• O códon AUG é um dos sinais que determina o início da síntese de proteína, sendo, a metionina o primeiro aminoácido a ser incorporado em todas as proteínas de procariotos e eucariotos.

• Eventualmente, o códon GUG pode ser utilizado, em E. coli, como códon de iniciação.

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ESTRUTURA DO tRNA• Cada molécula de tRNA é relativamente pequena, com cerda

de 80 nucleotídeos, e sua fita-única dobra-se sobre si mesma;• Em cada célula há mais do que 60 tipos diferentes de

moléculas de tRNA, pelo menos um tipo para cada um dos aminoácidos presentes nas proteínas;

• Cada molécula de tRNA tem dois importantes sítios de ligação. Um desses sítios, o anticódon, corresponde a uma sequência de três nucleotídeos que irá se ligar a um códon de uma molécula de mRNA;

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ESTRUTURA DO tRNA• O outro sítio na extremidade 3’ da molécula é responsável

pela ligação do tRNA a um aminoácido particular;• A molécula de tRNA ligada ao seu aminoácido correspondente

é denominada tRNA-aminoacil. Essa ligação é catalisada por enzimas conhecidas como tRNA-aminoacil sintases;

• Essas enzimas que utilizam a energia liberada pela hidrólise de ATP, determinam o tipo de aminoácido que se associará a cada tRNA.

• Existem duas características importantes presentes em todos os t-RNA:

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ESTRUTURA DO tRNA1. São capazes de representar somente um aminoácido, ligando-

se covalentemente a ele;2. Contêm uma sequência de trinucleotídeos, o anticódon, que é

complementar ao códon do mRNA e que representa o aminoácido.

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ESTRUTURA DO tRNA• Está associado aos ribossomos, que são grandes complexos

formados por moléculas de RNA e proteínas;• Do ponto de vista funcional são máquinas de sintetizar

proteínas aos quais moléculas de tRNA ligam-se obedecendo à ordem precisa contida nas moléculas de mRNA;

• É nos ribossomos que ocorre a leitura cuidadosa da mensagem genética no RNA;

• Os ribossomos possuem duas subunidades, uma grande e outra pequena, cada uma delas composta por moléculas específicas de RNA e proteínas;

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• Na subunidade menor localiza-se o sítio de ligação no mRNA. • A subunidade maior possui três sítios de ligação para tRNA:

sítio A (Aminoacil); o sítio P (peptidil), onde se instala o tRNA que está associado à cadeia polipeptídica em crescimento; e sítio E (saída), local onde os tRNAs deixam os ribossomos após se haverem liberado dos aminoácidos que estavam associados.

ESTRUTURA DO RIBOSSOMO

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ESTRUTURA DO RIBOSSOMO

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RNA Mensageiro é Traduzido em Proteínas

• A síntese de proteínas é conhecida como “tradução”, pois ela envolve a transferência de informações de uma linguagem (sequência de nucleotídeos) para outra (sequencia de aminoácidos);

• As principais etapas na tradução são a INICIAÇÃO, a ELONGAÇÃO da cadeia polipeptídica e a TERMINAÇÃO da cadeia.

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PAREAMENTO ENTRE rRNA e mRNA

• Para que a síntese de proteínas inicie, é necessário que ocorra uma ligação entre o mRNA e o ribossomo.

• O tamanho dessas sequências do mRNA que são recobertas pelos ribossomos, denominadas de sítio de ligação dos ribossomos (RBS), pode variar de 35 a 40 nucleotídeos.

• O RBS apresenta duas características principais:1) O códon de iniciação AUG (raramente GUG ou UUG) está sempre

contido na sua sequência;2) Possui uma sequência de nucleotídeos parcialmente

complementar a uma região 3’ do rRNA. Essa sequência é denominada de RBSS ou de sequência de Shine-Dalgarno.

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ETAPAS DA SÍNTESE DE PROTEÍNAS

• Durante a síntese de proteínas, os ribossomos deslocam-se ao longo do mRNA, possibilitando um pareamento entre esses e o tRNA que carregam os diferentes aminoácidos que irão compor as proteínas.

• Os ribossomos deslocam-se no mRNA na direção 5’ – 3’, sintetizando a proteína no sentido amino-terminal para carboxil-terminal.

• Uma mesma molécula de mRNA é traduzida simultaneamente, por diferentes ribossomos.

• O sítio A e P nos ribossomos são ocupados por diferentes tRNA durante o processo de tradução.

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• O sítio A expõe o triplet correspondente ao aminoácido que deverá ser adicionado, sendo ocupado pelo aminoacil-tRNA contendo o anticódon correspondente.

• No sítio P, está localizado tRNA correspondente ao códon anterior, e ficará ocupado pelo tRNA, carregando a cadeia polipeptídica em formação (peptidil-tRNA).

• A síntese de proteínas é dividida em 3 etapas:1) INÍCIO• Inicia-se com a adição do primeiro aminoácido da proteína, sendo

necessária a formação do complexo de iniciação entre o ribossomo e o primeiro aminoacil-tRNA.

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• O complexo de iniciação é dependente das subunidades separadas 30S e 50S, sendo formado pelos ribossomos intactos (70S).

• Essa reação ocorre em duas etapas:1) Ligação da subunidade 30S no sítio RBS do mRNA, formando o

complexo de iniciação;2) Formação do ribossomo completo pela adição da subunidade

maior 50S.• A ligação da subunidade 30S com o mRNA e o tRNA iniciador

necessita de proteínas auxiliares denominadas fatores de iniciação (IF).

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RBS

IF IF


• Esses fatores de iniciação estão envolvidos somente na formação do complexo de iniciação, sendo dissociados durante a formação do ribossomo completo.

2) ALONGAMENTO E TRANSLOCAÇÃO• O alongamento da cadeia polipeptídica inclui todos os

processos, desde a ligação dos primeiros aminoácidos até a adição do último aminoácido peptídico.

• Os aminoácidos são adicionados isoladamente, sendo a fase que ocorre mais rapidamente durante a síntese.

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• Após a formação do ribossomo completo (70S) no códon de iniciação, o processo deverá ocorrer de forma cíclica, sendo os aminoacil-tRNAs adicionados no sítio A e o peptídeo localizado no sítio P.

• A apresentação dos aminoacil-tRNAs no sítio A depende de m fator de alongamento (EF-Tu), que possui afinidade por todos os tRNAs ativados.

• Esse fator de alongamento não é capaz de se ligar ao tRNA iniciador. A ligação depende da energia fornecida pelo GTP.

• Após a adição do aminoacil-tRNA no sítio A e a formação do pareamento códon-anticódon, o EF-Tu é liberado com gasto de GTP (EF-Tu-GDP).

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• Esse fator (EF-Tu-GDP) não é capaz de ligar-se aos tRNAs e necessita ser regenerado à sua forma ativa. Um outro EF-Ts se liga em EF-Tu-GDP originando a forma ativa.

• Durante o processo de síntese de proteínas, o ribossomo permanece parado, permitindo que o peptídeo formado, ligado ao tRNA localizado no sítio P, seja transferido para o aminoacil-tRNA no sítio A.

• A atividade enzimática responsável pela ligação peptídica é denominada peptidil-trasnsferase, localizada na subunidade maior.

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• Após a formação da ligação peptídica, o tRNA (sem aminoácido) permanece ligado ao sítio P e o peptidil-tRNA ao sítio A.

• O ribossomo realiza m movimento de translocação. Com a translocação ocorrem três efeitos:

1)O tRNA não carregado é liberado do sítio A;2)O peptidil-tRNA move-se do sítio A para o sítio P;3)Um novo triplet é exposto no sítio A.• Dessa forma o sítio A está preparado para receber o aminoacil-

tRNA contendo anticódon correspondente, dando continuidade a síntese proteica.

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3) TERMINAÇÃO•O fim da síntese de proteínas ocorre pelo aparecimento, no sítio A, de triplets específicos de terminação (UAG, UAA e UGA).•O reconhecimento desses códons é realizado por proteínas e não por moléculas de tRNA, diferente do que acontece em outros códons.•O término da síntese de proteínas ocorre com a localização de um RF no sítio A, a liberação do peptídeo do tRNA, a eliminação do tRNA do ribossomo e a dissociação das subunidades 30S 3 50S.

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