Aula de Bioquímica II. Tema: O Código Genético. Prof. Dr. Júlio César Borges

Transcrição

1 Aula de Bioquímica II Tema: O Código Genético Prof. Dr. Júlio César Borges Depto. de Química e Física Molecular DQFM Instituto de Química de São Carlos IQSC Universidade de São Paulo USP borgesjc@iqsc.usp.br

2 O Código Genético Decifrado na década de 1960 Alfabeto de 4 Letras no DNA Alfabeto de 20 Letras nas Proteínas O código é Redundante ou Degenerado 4 1 = 4 combinações possíveis 4 2 = 16 combinações possíveis 4 3 = 64 combinações possíveis 3 bases no DNA 3 bases no mrna 1 CÓDON 1 aminoácido na proteína - 61 códons 20 Aminoácidos - 3 códons terminação da cadeia polipeptídica É variável em espécies diferentes

3 O Código Genético Relação de orientação das cadeias de DNA de mrna de Proteína

4 O Código Genético Fases de leitura do mrna - A fase de leitura correta é informada na sequência do mrna

5 O Código Genético - A fase de leitura correta é informada na sequência do mrna Fases de leitura -O código não é sobreposto e não tem pontuação ALI VEM MEU PAI COM MEU TIO ALI EMM EUP AIC OMM EUT IO ALI EMM EUX PAI COM MEU TIO

6 O Código Genético O arranjo na tabela não é aleatório - XYC e XYU - XYA e XYG = geralmente códons para os mesmos aminoácidos: Sinônimos Existe 1 códon de iniciação Existem 3 códons de terminação stop codons

7 O Código Genético A redundância do Código Diferentes códons para mesma informação mesmos aminoácidos A redundância do Código genético evita que mutações pontuais alterem drasticamente a sequência de aminoácidos e que existem 44 stop códons que levariam a interrupção da síntese A frequência de códons reflete a presença do AA codificado nas proteínas

8 O Código Genético Pareamento complementar Códon-Anticódon O Aminoácido não reconhece o códon por si só!!! Ele necessita de uma molécula adaptadora (trna) para reconhecer o códon por Pareamento complementar. Anticódon (trna) Códon (mrna) Anticódon Representa a sequência localizada no trna que faz o pareamento complementar com o Códon

9 O Código Genético A redundância do Código A primeira base do anti-códon - 3º base do códon - permite pareamentos variáveis. O código genético é degenerado porque a 1 o base do anti-códon permite complementaridade menos restritiva Apresentam especificidade para 1º e 2º base e toleram oscilações na 3º base no códon

10 O Código Genético A redundância do Código

11 O Código Genético O Código genético é, praticamente, UNIVERSAL A Linguagem do código genético é, praticamente, a mesma em todos os organismos. - Portanto, é possível expressar proteínas de forma heteróloga - Existem pequenas variações no código genético de protozoários e das mitocôndrias Códon Código Padrão Código Mitocondrial UGA Stop Trp UGG Trp Trp AUA Ile Met AUG Met Met AGA Arg Stop AGG Arg Stop

12 >gi gb BC Homo sapiens GrpE-like 1, mitochondrial (E. coli), mrna (cdna clone MGC:33210 IMAGE: ), complete cds GCTGGGTGCGTGCGCGGCGACTGCGACGGGCAGTGGCAGTCATGGCGGCTCAGTGCGTGAGGTTGGCGCG GCGCAGTCTTCCTGCTTTGGCGTTGTCTCTCAGGCCATCTCCCCGGTTGTTGTGCACAGCCACGAAACAA AAGAACAGTGGCCAGAACCTGGAAGAGGACATGGGTCAGAGTGAACAGAAGGCAGATCCTCCTGCTACAG AGAAGACCCTCCTGGAAGAGAAGGTCAAGTTGGAGGAACAGCTGAAGGAGACTGTGGAAAAATATAAACG AGCTTTGGCAGACACTGAGAACTTACGGCAGAGGAGCCAGAAATTGGTGGAGGAGGCAAAATTATACGGC ATTCAAGCCTTCTGCAAGGACTTGTTGGAGGTGGCAGACGTTCTGGAGAAGGCAACACAGTGTGTTCCAA AAGAAGAAATTAAAGACGATAACCCTCACCTGAAGAACCTCTATGAGGGGCTGGTCATGACTGAAGTCCA GATCCAGAAGGTGTTCACAAAGCATGGCTTGCTCAAGTTGAACCCTGTCGGAGCCAAGTTCGACCCTTAT GAACATGAGGCCTTGTTCCACACACCGGTTGAGGGGAAGGAGCCAGGCACAGTGGCCCTAGTTAGCAAAG TGGGGTACAAGCTGCATGGGCGCACTCTGAGACCCGCCCTGGTGGGGGTGGTGAAGGAAGCTTAGCTGCT GTTGATGGGGTGGGTGTTTTTAAACTCACTTGATGTAACTCTCAAGGCTGGTTCATTGTTTCTCATCTAT GAGTACGTGTGACCTTTTCCCAAACCTTATTGGAAACCTTAAGTAACCAGTGGCTAAACAGAAAAGCCGG TTGCCCAACTGCATTAATGAACTCTAATTCGGGAGTCTGTTCCCTTTTAGTGCCACGCGTTGAATAGTTC CACATACTTTCAGAAGAGCTCAGCAGGGCCCTGCCTGGTCTCCCGAGCATCATGAGTAACGTGTCTGCTC AGACTCTGCTGACACCAAAGTATTTTAAACAAATAAAAGGTCTTGGGGAATTCTGTTTGGCTACCTGGGC ACGCCAGTCTGCACCATGTGTCCCTGCGGCGCATGAGTGACTGGCGTATTTAGCCCGTCACATTTCATTC GCTGAAGGAAAGGCAAGAGAGTTGAAACATTTTTCTTACTTAAAAAAAATGATCTTTGTGAAGAACATAG TGAGTTCGTTTGTCTTCAGTCAACAGCGGCTGAAACTGACCACTGAGAAATGGGTGTGGGCACTGACAGT TCTCCCCCATTATTTGGCCAGGAATTGAGCTTGGCTTGGCAAAGTTCCTTTTACCCTGTTCTGTTCATCT AAATGCAGACATATTTAAATCATATTCAACTAGTTACTAATGACCTCAAGTTGTATTCCCTGGCAAAATG GACTTTCTCAAAATAGGACTGCACGCTTGGTGTACTTTAAATGTTAATGTTTAATTTAAAATTTTTATTT AAGAGGATTAAAGCCCTAATGTTTATTTTCCTACAAAAAAAAAAAAAAA

13 >gi gb BC Homo sapiens GrpE-like 1, mitochondrial (E. coli), mrna (cdna clone MGC:33210 IMAGE: ), complete cds

14 trnas Os trnas funcionam como adaptadores moléculas de RNA que transportam um AA correspondente a um códon - Interpretam a informação e transportam o AA correspondente ativado - 73 a 93 pb 25 kda - Tamanho e forma similar para encaixar no Ribossoma

15 trnas Contêm ribonucleotídeos não-usuais - Bases não usuais modificar o padrão de Ligações de H - Metilação Reduz potencial polar da superfície e evita algumas ligações de H - Aumenta possibilidades de seleção específica

16 trna Os trnas são moléculas adaptadores - Todos os trna possuem enovelamento de L Adaptável ao Ribossoma - Alça DHU - alça TΨC formam a curva do L - possuem um loop em fita simples Alça anti-códon complementar à sequência do códon - possui uma extremidade CCA 3 OH livre sítio de ligação do AA correspondente

17 trna Os trnas funcionam como adaptadores Exemplos de estruturas tridimensionais de trnas Apesar da forma similar Possuem informações na superfície que especificam qual o AA deve ser ligado pelas Aminoacil-tRNA sintetases Mimetismo molecular trna-tfu EF-G

18 trna Forças que estabilizam o trna -Ligações de Hidrogênio tipo Watson-Crick - Dupla-hélice em A-DNA - Empilhamento de bases - Ligações de H não Watson-Crick

19 O Código Genético - A redundância do código genético ocorre justamente na adaptação do trna 1) mais de um trna especifica e transporta um mesmo AA 2) um mesmo trna identifica diferentes códons no mrna Frequência de erro de síntese de proteínas p = (1-ε) n Frequência de erro menor do que 10-4 é adequada

20 trnas Aminoacil-tRNA sintetases Participam diretamente do processo de decodificação - Responsáveis pelo reconhecimento do par: AA e o trna correspondente Catalisam o acoplamento covalente do COOH do AA no 3 OH do trna - Ligação altamente energética - Necessita de acoplamento energético aminoácido adenilado Muitas são específicas Acoplam 1 AA em seus respectivos trnas Em bactérias, porém algumas acoplam mais de um AA em diferentes trnas - Modificação posterior do AA O AA-tRNA formado carrega Energia Livre para a síntese protéica Ativação do AA pela ligação com AMP liberação de pirofosfato - Reação catalisada pelas AA-tRNA sintetases

21 Aminoacil-tRNA sintetases Enzimas responsáveis pelo acoplamento do AA ao trna correspondente Correspondem às únicas moléculas Biológicas que conhecem o Código Genético O Reconhecimento preciso do AA e trna correspondente para o acoplamento correto. Corresponde a uma etapa essencial para o Dogma Central da Biologia Depende do reconhecimento correto tanto do AA como do trna correspondente executado pela Aminoacil trna-sintetase

22 trnas Reconhecimento do trna pelas Aminoacil-tRNA sintetases Dois mecanismo principais 1) Reconhecimento direto do anti-códon 2) Reconhecimento do braço aceptor do AA Treonil-tRNA Sintetase Glutaminil-tRNA Sintetase

23 trnas Reconhecimento do trna pelas Aminoacil-tRNA sintetases - Envolve muitos outros contatos entre a enzima e o trna - Participação de ribonucleotídeos modificados

24 trnas Aminoacil-tRNA sintetases Duas Classes de enzimas Implicações evolutivas

25 trnas Aminoacil-tRNA sintetases As enzimas das diferentes classes interagem com o trna por lados opostos Permite diferentes formas de identificação do trna correto 1) Ligam ATP de maneira diferente 2) Acilação das hidroxilas 3 e 2 3) Monômeros e dímeros Hidroxilas 2 Monômeros Hidroxilas 3 Dímeros

26 trnas Reconhecimento do AA pelas Aminoacil-tRNA sintetases Classe 1(Monômero) Classe 2 (Dímero)

27 Aminoacil-tRNA sintetases A reação ocorre em duas etapas 1 o Ativação Hidrólise do PPi dirige a termodinâmica da Reação - Duas ligações ricas em energia são consumidas O Produto da 1º Etapa da reação está ativado termodinamicamente para a 2º etapa da reação

28 Aminoacil-tRNA sintetases A reação ocorre em duas etapas 2 o Transacetilação

29 Aminoacil-tRNA sintetases 2 o Transacetilação (Continuação)

30 trnas Reconhecimento do AA pelas Aminoacil-tRNA sintetases As enzimas exploram as propriedades dos aminoácidos Treonil-tRNA sintetase

31 trnas Reconhecimento do AA pelas Aminoacil-tRNA sintetases A Edição assegura a exatidão da reação 1 erro a cada reações 1) O AA correto apresenta maior afinidade pelo sítio ativo 2) As Aminoacil-tRNA sintetases possuem mecanismos de autocorreção evitam acoplamento incorreto de AA à trnas - após ligação do AA a um trna, a enzima checa a identidade do AA em outro sítio ativo sítio de Edição - Alça 3 OH do trna é Flexível permite trocar de sítio - Se ocorre o encaixe AA errado hidrólise do AA-tRNA formado Em geral: Seleção por tamanho - AA maiores do que o sítio de acilaçãosão rejeitados por este - AA menores do que o sítio de acilaçãointeragem com o sítio de Edição

32 trnas Sítio de Edição das Aminoacil trna-sintetases A averiguação da acilação ocorre sem a dissociação da Aminoacil trna-sintetase do trna