Decifrando o código genético: importância para o processo de tradução Bioquímica II Prof. Dr. Júlio Borges Ana Carolina Donatelli Juliana Burato Lucas Mario Detille Thaís Souza
Sumário 1. Introdução: 1.1. Ácidos Nucléicos. 1.2. Código genético. 2. Importância do código genético. 3.Síntese protéica: 3.1. Tipos de RNA. 3.2. Primeira etapa: Tradução. 3.3. Segunda etapa: Transcrição. 4.1. Johann Friedrich Miescher, 1869. 4.2. Albrecht Kossel, 1880. 4.3. Richard Altmann, 1889. 4.4. Phoebus Levine, 1912. 4.5. Rosalind Franklin, 1948. 4.6. Chargaff Erwin Chargaff, 1950. 4.7. James D. Watson e Francis Crick, 1953. 4.8. Paul Zamecnik, 1953. 4.9. Hoagland, Zamecnik e Mary Stephensen, 1955. 4.10. Gobind Khorana e Marshall Nirenberg. 4.11. Phil Leder ajudou Nirenberg. 4.12. Zamecnick. 5. Referências. 6. Agradecimento.
1. Introdução: 1.1. Ácidos Nucléicos. Figura 1. Moléculas de DNA e RNA (fonte: education-portal.com).
1. Introdução: 1.1. Ácidos Nucleicos. Ácido desoxirribonucleico (DNA) Ácido Ribonucleico (RNA) Contém a informação genética. Participa síntese de proteínas. Fita Dupla. Fita simples. Bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina e timina. Bases nitrogenadas: adenina, guanina, citosina e uracila. Pentose: desoxirribose. Pentose: ribose.
1. Introdução: 1.2. Código genético. É a relação entre a sequência de bases no DNA e a sequência correspondente de aminoácidos que formam a proteína. O código genético se encontra na forma de tripletes, denominados códons. Um códon, corresponde a um aminoácido. 4 nucleotídeos 22 aminoácidos 64 códons. Figura 2. Código genético (fonte:biox21.blogspot.com.br).
1. Introdução: 1.2. Código genético. Degenerado: diferentes códons podem codificar um mesmo aminoácido. Não ambíguo: cada códon corresponde a somente um aminoácido, mas um aminoácido pode corresponder a mais de um códon. Universal: Com raras exceções, o código genético é o mesmo nos mais diversos organismos (da bactéria ao homem).
2. Importância do código genético: No código genético se encontra todas as informações para o desenvolvimento e funcionamento dos organismos. Já que: Possui a capacidade de passar informações genéticas. Através: Proteínas são substâncias essenciais para o funcionamento do corpo. Porque: Pois: Participa não só da estrutura dos órgãos e células, como também auxilia o seu funcionamento. Síntese protéica!
3. Síntese proteica: 3.1. Tipos de RNA. RNA mensageiro (mrna): - Codifica a síntese de proteínas. - Formado no núcleo. - Conjunto de três nucleotídeos: Códon. Figura 3. mrna (fonte:slideplayer.com.br).
3. Síntese proteica: 3.1. Tipos de RNA. RNA de transferência (trna): - Transporta aminoácido para o ribossomo. - Presente no citoplasma. - Conjunto de três nucleotídeos: anti-códon. Figura 4. trna (fonte:slideplayer.com.br).
3. Síntese proteica: 3.1. Tipos de RNA. RNA ribossômico (rrna): - Faz parte da estrutura dos ribossomos. - Participa do processo de tradução dos códons. Figura 5. rrna (fonte:slideplayer.com.br).
3. Síntese proteica: 3.2. Primeira etapa: Transcrição. INTERVENIENTES FUNÇÃO Cadeia de DNA Molde para a síntese de RNA Nucleótidos de RNA Unidades para a síntese de RNA RNA polimerase Catalisador das reações ATP Fornece energia Figura 6. Ilustração da etapa de transcrição (fonte:www.sobiologia.com.br).
3. Síntese proteica: 3.3. Segunda etapa: Tradução. INTERVENIENTES FUNÇÃO mrna Informação genética para a síntese de proteínas Aminoácidos Moléculas básicas das proteínas trna Transferência de aminoácidos para os ribossomos Ribossomos Leitura do mrna e ligação entre aminoácidos Enzimas Catalisadores de processo Figura 7. Ilustração da etapa de tradução (fonte:www.todamateria.com.br). ATP Fornecimento de energia
3. Síntese proteica: Figura 8. Síntese proteica visão geral (fonte:www.news-medical.net). Figura 9. Síntese proteica visão celular (fonte:www.todamateria.com.br).
4.1. Johann Friedrich Miescher, 1869. Buscava determinar os componentes químicos do núcleo celular. Usava os glóbulos brancos contidos no pus para suas pesquisas (células que apresentam núcleos grandes e fáceis de serem isoladas do citoplasma). Descobriu a presença de um composto de natureza ácida desconhecido até o momento (rico em fósforo e em nitrogênio, desprovido de enxofre e resistente à ação da pepsina) Nucleína. Figura 10. Johann Friedrich Miescher (fonte:www.historyofinformation.com).
Figura 11. Experimento de Miescher (fonte:mobile.twitter.com/jfmiescher).
4.2. Albrecht Kossel, 1880. Demonstrou que a nucleína continha bases nitrogenadas em sua estrutura. Purinas e Pirimidinas. Em 1910 foi contemplado com o Prêmio Nobel. Figura 12. Albrecht Kossel (fonte:www.historyofinformation.com).
Figura 13. Bases Nitrogenadas (fonte:acidosnucleicos-bioquimica.blogspot.com.br).
4.3. Richard Altmann, 1889. Obteve nucleína com alto grau de pureza, comprovando sua natureza ácida e dando o nome ácido nucléico. Demonstrou que a degradação de ácido timonucleico liberava quatro tipos de bases nitrogenadas, glicídio com 5 átomos (pentose) e um derivado de ácido fosfórico, o fosfato. Descobriu na levedura outro tipo de ácido nucleico que apresentava na composição ribose ao invés de desoxirribose e uracila ao invés de timina. Determinou dois tipos de de ácido nucleico: DNA e RNA. Figura 14. Richard Altmann (fontebiografiaecuriosidade.blogspot.com.br).
Figura 15. Pentoses (Fonte: http://www.vivabiologia.com.br/index.php/carboidratos)
4.4. Phoebus Levene, 1912. Concluiu que o componente básico dos ácidos nucléicos era uma estrutura composta por uma unidade que se constituía numa base nitrogenada ligada a uma pentose, e esta por sua vez, ligada a um fosfato. Esta unidade foi denominada de nucleotídeo. Um ácido nucléico seria então uma molécula composta por vários nucleotídeos unidos entre si, ou seja, um polinucleotídeo. Figura 16. Phoebus Levene (Fonte:www.sciencephoto.com).
Figura 17. Nucleotídeos RNA e DNA (Fonte:www.resumov.com.br).
4.5. Rosalind Franklin, 1948. Obteve uma imagem da difração dos raios x de DNA cristalizado através dos estudos de Maurice Wilkins. O radiograma mostraram uma configuração em cruz o que significava a forma em hélice. Estes estudos permitiram a Maurice, James D. Watson e Francis Crick confirmar a estrutura em hélice do DNA. Figura 18. Rosalind Franklin (Fonte:www.buzzfeed.com).
Figura 19 A fotografia 51, de autoria de Franklin, que foi o melhor registro fotográfico do DNA feito até então (Fonte:mundoamazonia.com.br).
4.6. Chargaff Erwin Chargaff, 1950. Duas regras fundamentais: Quantidades equivalentes para: Adenina - Timina Guanina - Citosina Quantidades diferentes de A, G, C e T para indivíduos diferentes Figura 20. Chargaff Erwin Chargaff. Fonte: Macroevolution.net
Figura 21. Chargaff rules. Fonte: SlidePlayer
4.7. James D. Watson e Francis Crick, 1953. Prêmio Nobel de Fisiologia e Medicina Crick propôs o Dogma Central Figura 22. James D. Watson e Francis Crick. Fonte: Sandwalk
Figura 23. Dogma central da biologia molecular. Fonte: SlidePlayer.com.br
4.8. Paul Zamecnik, 1953. Dogma Central do ponto de vista bioquímico; Experimento utilizando células de fígado de rato; Aminoácidos marcados radioativamente foram adicionados ao extrato Esperava-se que os polipeptídeos recentemente feitos, sendo mais pesados devido aos aminoácidos radioativos, ficassem no fundo do tubo. Os aminoácidos não radioativos, sendo mais leves, permanecem flutuando na solução Identificação de ribossomo como organela citoplasmática envolvida na montagem de proteínas Figura 24. Paul Zamecik. Fonte: Dartmouth Medicine - Dartmouth College
Figura 25: Experimento Paul Zeminick, Fonte: http://graduacao.iqsc.usp.br/files/decifrando-o-c%c3%b3digo-gen%c3%a9tico
4.9. Hoagland, Zamecnik e Mary Stephensen, 1955. Identificação das enzimas aminoacil trna sintetases; RNA carreador = RNA solúvel; O RNA solúvel foi transportador (RNAt). depois renomeado RNA
As informações começavam a se acumular mas as peças do quebra-cabeça ainda não se encaixavam direito Como o código genético instruiu o RNA transportador no citoplasma para a síntese das proteínas? Qual era o papel exato dos ribossomos? Qual era o RNA informativo?
4.10. Gobind Khorana e Marshall Nirenberg; Marianne Grunberg e Severo Ochoa Descoberta de como a linguagem dos nucleotídeos são traduzidas na linguagem de aminoácidos e proteínas. O códon possui 3 nucleotídeos. Determinou-se com o extrato de uma célula E.coli, um RNAm (somente com uracila) e aminoácidos marcados o primeiro códon triplo. Figura 28: Marianne Grunberg e Severo Ochoa fonte: slideplayer Figura 26. Marshall Nirenberg fonte: slideplayer Figura 27. obind Khorana fonte: Chemistry Explained
Figura 29: Bases e códons SlidePlayer
4.11. Phil Leder e Robert Holley, 1962. Problema: Um códon com dois G e um C poderia apresentar 3 combinações. Nirenberg e Leder ajudaram com a estrutura do RNAt em forma de trevo de quatro folhas e descoberta do anticódon. Figura 30. Phil Leder fonte: Chemistry Explained Figura 31. Robert Holley fonte: Chemistry Explained
Figura 32: códon e anticódon fonte: Wikiciências
4.12. Zamecnik Utilizando sistema in vitro Zamecnik descobriu que o RNAt é ativado quando os aminoácidos ligam-se na base do RNAt. Descoberta do códon de iniciação (AUG) e códon de finalização (UAA, UGA e UAG). Figura 33. Zamecnik fonte: slideplayer
6. Referências. http://www.news-medical.net/life-sciences/rna-discovery-(portuguese).aspx http://educacao.umcomo.com.br/artigo/qual-a-diferenca-entre-dna-e-rna-10879.html http://slideplayer.com.br/slide/334162/ - Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Santa Catarina. http://pt.slideshare.net/edu_fis_2015/aula-6-replicao-do-dna-transcrio-do-rna-e-sntese-proteica - Centro Universitário Estácio LEHNINGER, A. L; NELSON, D. L; COX, M. M; Princípios de Bioquímica. 3ª ed. Nova York: Worth Publishers, 2000.
Agradecemos a atenção!