Código Genético. Bianca Zingales

Transcrição

1 Código Genético Bianca Zingales

2 Um gene - uma enzima Beadle & Tatum ( ) Experimentos de genética com o fungo Neurospora. Mutações induzidas com raios X. Mutações em um único gene afetavam uma única enzima do fungo. Beadle e Tatum propuseram a hipótese um gene uma enzima. Ganharam o prêmio Nobel em 1958.

3 O dogma central da Biologia Molecular Replicação Transcrição O DNA contém a informação genética Tradução As proteínas são a expressão da informação genética

4 Descoberta do código genético Pergunta: Como a informação genética contida no DNA (gene) dita a sequência da proteína (aminoácidos)? DNA = 4 letras (A,T, C, G) Proteínas = ~20 aminoácidos Como um código de 4 letras é traduzido numa informação de 20 letras?

5 George Gamow George Gamov foi um físico nascido na Ucrânia. Gamow tornou-se cidadão estadunidense em 1940 Tentativas:

6 Código genético O código genético é uma linguagem baseada em 4 "letras. As 4 bases dos nucleotídeos formam "palavras" de 3 letras = códons Os códons, dependendo da maneira como são agrupados, formam "sentenças" = proteínas. Um códon é uma sequência de 3 nucleotídios que corresponde a um aminoácido. Um gene inclui uma série de códons que são lidos sequencialmente a partir de um ponto de iniciação. A leitura termina num ponto específico.

7 Decifrando o código genético Nirenberg e Matthaei (1961) Hipótese: Um códon codifica Um aminoácido

8 Experimentos de Nirenberg & Matthaei Sistema de síntese protéica in vitro (ribossomos,trnas, enzimas, 20 aminoácidos) RNAs sintéticos (poli U; poli A; poli C) Análise da sequência de aminoácidos nos peptídios sintetizados in vitro. Conclusão: UUU Phe AAA Lys CCC - Pro

9 Decifrando o código genético RNAs sintetizados com diferentes proporções de nucleotídios. Ex: 76% de U e 24% G. Trincas possíveis UUU; UUG; UGU; GUU; UGG; GUG; GGU; GGG 44% 14% 4% 1% Proteína Phe; Leu; Cys; Val; Trp; Gly

10 Decifrando o código genético Nirenberg & Khorana - Prêmio Nobel em 1968 Incubação: Trincas específicas de RNA (códons), trnas ligados a aminoácidos e ribossomos. Um dos aminoácidos marcados com C 14 Apenas o complexo Trinca-tRNA-AAribossomos ligava-se ao filtro.

11 O código genético (1966) CÓDIGO GENÉTICO códons do mrna UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys UUC Phe UCC Ser UAC Tyr UGC Cys UUA Leu UCA Ser UAA STOP UGA STOP UUG Leu UCG Ser UAG STOP UGG Trp CUU Leu CCU Pro CAU His CGU Arg CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg CUA Leu CCA Pro CAA Gln CGA Arg CUG Leu CCG Pro CAG Gln CGG Arg AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser AUC Ile ACC Thr AAC Asn AGC Ser AUA Ile ACA Thr AAA Lys AGA Arg AUG Met ACG Thr AAG Lys AGG Arg GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly GUC Val GCC Ala GAC Asp GGC Gly GUA Val GCA Ala GAA Glu GGA Gly GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG Gly Os códons são lidos no sentido 5-3

12 O código genético (1966) Outra apresentação

13 Características do código genético

14 Características do Código 1. O código é universal: Todos os organismos utilizam o mesmo código (exceção: mitocôndrias) 2. O código é degenerado: O mesmo aminoácido é codificado por mais de um códon Exceto: Metionina e Triptofano 3. Não-ambiguidade do código: cada códon corresponde a somente um aminoácido

15 Características do Código 4. O Código genético tem 64 códons: 61 códons para aminoácidos 3 códons de parada ou terminação: UAA, UGA, UAG 5. As trincas são lidas sem pontuação

16 Características do Código 6. Códon de iniciação: AUG = metionina. Em grande parte das proteínas a cadeia polipeptídica inicia com a metionina que é o aminoácido N-terminal.

17 Mutações de Ponto Mutações de ponto: alteração de uma das bases de um códon. (Nota: a mutação ocorre no gene e se reflete na sequência do RNA) Tipos: Substituições: troca de um único nucleotídeo. Inserções: adição de um ou mais nucleotídeos na sequência do DNA. Deleções: remoção de um ou mais nucleotídeos da sequência do DNA.

18 Mutação de Ponto por substituição Mutação silenciosa O códon alterado codifica o mesmo aminoácido. Mutação em "missense" O códon alterado codifica um aminoácido diferente. Mutação em "nonsense" O códon alterado sinaliza o término da síntese protéica.

19 Efeito de Mutações de Ponto na Síntese Protéica Mutações de ponto: alteração de uma das bases de um códon NO GENE. Mutação silenciosa O códon alterado codifica o mesmo aminoácido. (lembrar que o código é degenerado) Original DNA GCT TGT TTA CGA ATT A Mutação 1 DNA GCC TGT TTA CGA ATT A C Função da proteína não alterada

20 Efeito de Mutações de Ponto na Síntese Protéica Mutação em "missense" O códon alterado codifica um aminoácido diferente. Original DNA GCT TGT TTA CGA ATT A Mutação 2 DNA ACT TGT TTA CGA ATT A A Thr A proteína pode perder sua função, dependendo da função do aminoácido trocado. (Ex. troca de um aa com carga +, por outro também com carga +; troca de um aa polar sem carga, por outro apolar)

21 Na anemia falciforme houve uma mutação de ponto que causou a substituição do ácido glutâmico por valina. A hemoglobina destes indivíduos tem propriedades diferentes da Hb normal. As hemácias ficam em formato de foice, são mais frágeis e se quebram facilmente - Anemia falciforme

22 Efeito de Mutações de Ponto na Síntese Protéica Mutação em "nonsense" O códon alterado sinaliza o término da síntese protéica. Original DNA GCT TGT TTA CGA ATT A Mutação 3 DNA GCT TGA TTA CGA ATT A A Stop A tradução do mrna é interrompida. A proteína será truncada e certamente perderá sua função.

23 Efeito de Mutações de Ponto na Síntese Protéica Mutação por inserção inserção de uma base. Muda todo o passo de leitura do mrna Original DNA GCT TGT TTA CGA ATT AC Mutação 4 DNA GCT TGT CTT ACG AAT TAC CUU ACG AAU UAC. Leu Thr Asn Tyr Polypeptide Proteína diferente. Certamente perde sua função.

24 Efeito de Mutações de Ponto na Síntese Protéica Mutação por deleção perda de uma base. Muda todo o passo de leitura Original DNA GCT TGT TTA CGA ATT AC Mutação 5 DNA GCT TGT TAC GAA TTA C Exercício: Escrever a sequência do mrna e da proteína Proteína diferente. Certamente perde sua função.

25 Síntese de Proteínas (Tradução)

26 O dogma central da Biologia Molecular Gene - Sequência de nucleotídios 4 Bases (A, T, C, G) Transcrição Tradução RNA - Sequência de nucleotídios 4 Bases (A, U, C, G) Proteína - Sequência de 20 aminoácidos

27 SÍNTESE de PROTEÍNAS É o resultado do processo de tradução da informação contida no material genético da célula. As proteínas são, portanto, a expressão da informação genética. É um dos processos bioquímicos mais complexos. Cerca de 300 macromoléculas atuam de forma coordenada. É o processo que mais gasta energia na célula.

28 Componentes Necessários para a Tradução Os Aminoácidos Os RNAs de Transferência O RNA Mensageiro Os Ribossomos Fatores Protéicos Fontes de Energia (ATP e GTP)

29 RNA de Transferência ou RNA Transportador - RNA de fita simples de ~75 nucleotídios Braço aceptor- Extremidade 3 - CCA Braço T C - Estrutura em forma de Trevo - 4 braços: Braço D Dihidrouridina (D), Braço T C - Timina (T), Pseudouridina ( ) Braço do anticódon Braço aceptor do aminoácido Braço D Alça variável - Aminoácido liga-se à extremidade 3 (sempre terminada em CCA) C Braço do anticódon

30 Pareamento CÓDON ANTICÓDON trna mrna GGC CCG anticódon 5 3 códon A sequência de bases do anticódon do trna é complementar e antiparalela ao códon do mrna

31 Os Ribossomos São estruturas formadas por uma associação entre proteínas (35%) e RNA (65%) (RNA Ribossômico - rrna). Nos eucariotos, estão localizados no citossol na forma livre ou associados ao retículo endoplasmático. São formados por 2 subunidades, O ribossomo de: Procariotos é formado por uma subunidade 50S e outra 30S; O conjunto das duas subunidades forma o ribossomo 70S Eucariotos é formado por uma subunidade 60S e outra 40S O conjunto das duas subunidades forma o ribossomo 80S

32 ETAPAS DA SÍNTESE PROTÉICA

33 Etapas da síntese de proteínas 1. Ativação do aminoácido (no citossol) 2. Iniciação (no ribossomo) 3. Alongamento (no ribossomo) 4. Terminação (no ribossomo)

34 1. Ativação dos Aminoácidos Ligação do aminoácido a seu(s) trna(s) específico(s). Ocorre no Citossol. A ligação é catalisada pelas aminoacil-trna sintetases, enzimas que reconhecem os aminoácidos e seus trnas A reação é dependente de energia (ATP). AA 1 + trna 1 + ATP PP Pirofosfatase AA 1 -trna 1 + AMP + PP 2Pi GASTO DE DUAS LIGAÇÕES RICAS EM ENERGIA

35 Aminoacil-tRNA Aminoácido Reação com elevada especificidade!!!!!!!!!!!!!

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37 2. Iniciação

38 2. Iniciação Complexo de iniciação Codon iniciador: AUG; Aminoácido: Metionina 50S 30S Complexo de iniciação 70S Na etapa de iniciação gasta-se mais uma ligação rica em energia

39 No ribossomo observam-se duas regiões, denominadas sítios P e A mrna 50S 30S sítio P sítio A AUG CAU GGG Os sítio P" e A" cobrem dois códons vizinhos Na tradução, o sítio "A" - de aminoacil - é ocupado pelo aminoacil-trna O sítio "P" - de peptidil - é ocupado pelo peptidil-trna, ligado à cadeia peptídica que está sendo sintetizada Na etapa de iniciação o met-trna ligase ao sítio P.

40 3. Alongamento da cadeia da proteína

41 3. Alongamento da cadeia da proteína Depende dos "fatores de alongamento" e do complexo de iniciação. A cadeia protéica cresce da extremidade N-terminal (Met) para a C- terminal. O mrna é lido no sentido 5 para 3. A ligação peptídica é catalisada pela Peptidil transferase Há gasto de energia sob forma de hidrólise do GTP. Um GTP para cada Aminoácido incorporado na proteína.

42 Entra o segundo aminoácido ligado a seu trna. Vai ocupar o sítio A sítio P sítio A

43 sítio P sítio A

44 FORMAÇÃO DA PRIMEIRA LIGAÇÃO PEPTÍDICA A ligação peptídica é catalisada por uma molécula de RNA, componente da subunidade 50S, que tem atividade de peptidil transferase sítio P sítio A Notem que a Met ligou-se à Histidina carregada pelo trna2. Notem que o primeiro trna ficou descarregado no sítio P

45 O trna livre sai do complexo e o ribossomo move-se um códon, às custas da hidrólise do GTP. Fica posicionado o terceiro códon no sítio A. sítio P sítio A Nestas etapas participam fatores de alongamento

46 Repete-se o processo de formação da ligação peptídica, o desligamento do trna livre e movimento do ribossomo N-terminal Gasto de uma ligação rica em energia para cada aminoácido incorporado na proteína.

47 4. Terminação da cadeia da proteína O surgimento de um códon de terminação - UAG, UGA ou UAA - determina a ligação de um "Fator de terminação", associado a GTP. Este fator determina o rompimento da ligação entre o último AA e seu trna e a hidrólise do GTP sítio P sítio A Fator de terminação

48 A ligação do fator de terminação no códon específico faz com que a proteína recém-sintetizada se desligue do ribossomo. Em seguida o ribossomo se desliga do mrna e as subunidades se separam sítio P sítio A Gasto de uma ligação rica em energia para liberação da proteína

49 Animações Do RNA à Síntese Proteica Ao Síntese proteica ure=related

50 Em Eucariotos o processo é análogo, mas bem mais complicado...

51 ANITBIÓTICOS Substância produzida por um organismo ou obtida sinteticamente que, em soluções diluídas, destrói as bactérias e outros microrganismos ou inibe o seu desenvolvimento. ANTIBIÓTICOS

52 Antibióticos que atuam na síntese protéica bacteriana Composto Antibiótico Células-alvo Efeito Estreptomicina Tetraciclina Cloranfenicol Eritromicina Puromicina Cicloheximida Procariótica Procariótica Procariótica Procariótica Procariótica e Eucariótica Eucariótica - Inibe a iniciação - Provoca erro na leitura do RNAm - Inibe a ligação do aminoacil- RNAt ao sítio A do ribossoma - Inibe a actividade da peptidil transferase - Liga-se à subunidade 50S do ribossoma e inibe a translocação - Provoca a terminação prematura da cadeia, actuando como um análogo do aminoacil- RNAt - Inibe a actividade da peptidil transferase

53 Curiosidade: Penicilinas Inibem a Síntese de Parede Celular - Impedem a síntese completa da Peptideoglicana - Atuam em bactérias em crescimento