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O dogma central da Biologia Molecular
Replicação
Transcrição
Tradução
As proteínas são a expressão da informação genética
O DNA contém a informação genética
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?
George Gamov foi um físico nascido na Ucrânia. Gamow tornou-se cidadão estadunidense em 1940
George Gamow
Tentativas:
Código genético
O código genético é uma linguagem baseada em 4 "letras“.
As 4 bases dos nucleotídeos formam "palavras" de 3 letras = códonsOs códons, dependendo da maneira como são agrupados, formam "sentenças" = proteínas.
Um códon é uma sequência de 3 nucleotídeos 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.
Decifrando o código genético
Nirenberg e Matthaei (1961)
Hipótese: Um códon codifica Um aminoácido
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.
Experimentos de Nirenberg & Matthaei
Conclusão:
UUU – Phe
AAA – Lys
CCC - Pro
Decifrando o código genético
Nirenberg & Khorana - Prêmio Nobel em 1968
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’
O código genético (1966)
Outra apresentação
Características do código genético
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
3. Não-ambiguidade do código: cada códon corresponde a somente um aminoácido
Exceto: Metionina e Triptofano
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
Características do Código
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.
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)
• 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.
Tipos:
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.
Mutação de Ponto por substituição
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)
Mutação 1
C
Função da proteína não alterada
DNA GCT TGT TTA CGA ATT A
DNA GCC TGT TTA CGA ATT A
Original
Efeito de Mutações de Ponto na Síntese Protéica
Mutação em "missense" O códon alterado codifica um aminoácido diferente.
Mutação 2
DNA GCT TGT TTA CGA ATT A
DNA ACT TGT TTA CGA ATT A
A
Thr
Original
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)
Na anemia falciforme houve uma mutação de ponto que causou asubstituição do ácido glutâmico (polar positive) por valina (apolar).
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
Mutação em "nonsense" O códon alterado sinaliza o término da síntese protéica.
DNA GCT TGT TTA CGA ATT A
Mutação 3
A
Stop
DNA GCT TGA TTA CGA ATT A
A tradução do mRNA é interrompida.
A proteína será truncada e certamente perderá sua função.
Original
Efeito de Mutações de Ponto na Síntese Protéica
Mutação por inserção – inserção de uma base. Muda todo o passo de leitura do mRNA
CUU ACG AAU UAC.
Leu Thr Asn Tyr
DNA GCT TGT TTA CGA ATT AC
DNA GCT TGT CTT ACG AAT TAC
Polypeptide
Proteína diferente. Certamente perde sua função.
Original
Mutação 4
Efeito de Mutações de Ponto na Síntese Protéica
Exercício: Escrever a sequência do mRNA e da proteína
Mutação por deleção – perda de uma base. Muda todo o passo de leitura
DNA GCT TGT TTA CGA ATT AC
DNA GCT TGT TAC GAA TTA C
Proteína diferente. Certamente perde sua função.
Original
Mutação 5
Efeito de Mutações de Ponto na Síntese Protéica
Síntese de Proteínas(Tradução)
O dogma central da Biologia Molecular
Transcrição
Tradução
RNA - Sequência de nucleotídios – 4 Bases (A, U, C, G)
Proteína - Sequência de 20 aminoácidos
Gene - Sequência de nucleotídios – 4 Bases (A, T, C, G)
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.
SÍNTESE de PROTEÍNAS
Componentes Necessários para a Tradução
Os Aminoácidos
Os RNAs de Transferência
O RNA Mensageiro
Os Ribossomos
Fatores Protéicos
Fontes de Energia (ATP e GTP)
Braço TC
Braço aceptor do aminoácido
Extremidade 3’ - CCA
Braço do anticódon
Alça variável
C
Braço D
RNA de Transferência ou RNA Transportador
- RNA de fita simples de ~75 nucleotídios
- Estrutura em forma de Trevo
- 4 braços:Braço D – Dihidrouridina (D), Braço T C - Timina (T), Pseudouridina ()Braço do anticódonBraço aceptor do aminoácido (extr. 3’)
Pareia com o códon do mRNA
Pareamento CÓDON – ANTICÓDON
A sequência de bases do anticódon do tRNA é complementar e antiparalela ao códon do mRNA
mRNA
códon
CCG
anticódon
tRNA
GGC5’ 3’
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 – 70SEucariotos é formado por uma subunidade 60S e outra 40SO conjunto das duas subunidades forma o ribossomo – 80S
ETAPAS DA SÍNTESE PROTÉICA
1. Ativação do aminoácido (no citossol)
2. Iniciação (no ribossomo)
3. Alongamento (no ribossomo)
4. Terminação (no ribossomo)
Etapas da síntese de proteínas
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).
AA1 + tRNA1 + ATP AA1-tRNA1 + AMP + PP
PP 2PiPirofosfatase
GASTO DE DUAS LIGAÇÕES RICAS EM ENERGIA
1. Ativação dos Aminoácidos
Aminoacil-tRNA
Aminoácido
Reação com elevada especificidade!!!!!!!!!!!!!
http://www.youtube.com/watch?v=5bLEDd-PSTQ&feature=related
2. Iniciação
1 mRNA + small ribosomal subunit + methyonyl tRNA
Methionine
Gasto de 1 ATP
3. Propagação da cadeia da proteína
3. Propagação 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.
Gasto de GTP
Entra o segundo aminoácido ligado a seu tRNA.
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
Notem que a Met ligou-se à Histidina carregada pelo tRNA2.
Notem que o primeiro tRNA ficou descarregado no sítio P
O tRNA livre sai do complexo e o ribossomo move-se um códon, às custas da hidrólise do GTP. Fica posicionado o terceiro códon.
Nestas etapas participam fatores de alongamento
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.
4. Terminação da cadeia da proteína
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
Fator de terminação
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
Gasto de uma ligação rica em energia para liberação da proteína
http://www.youtube.com/watch?gl=BR&v=NJxobgkPEAo
Síntese proteica
http://www.youtube.com/watch?v=D5vH4Q_tAkY&feature=related
Animações
Do RNA à Síntese Proteica
“Substância produzida por um organismo ou obtida sinteticamente que, em soluções diluídas, destrói as bactérias e outros microrganismos ou inibe o seu desenvolvimento.”
ANTIBIÓTICOS
ANITBIÓTICOS
Antibiótico Células-alvo Efeito
Estreptomicina
Procariótica
- Inibe a iniciação - Provoca erro na leitura do
RNAm
Tetraciclina
Procariótica - Inibe a ligação do aminoacil-RNAt ao sítio A do ribossoma
Cloranfenicol
Procariótica
- Inibe a actividade da peptidil transferase
Eritromicina
Procariótica
- Liga-se à subunidade 50S do ribossoma e inibe a translocação
Puromicina
Procariótica e Eucariótica
- Provoca a terminação prematura da cadeia, actuando como um análogo do aminoacil-
RNAt
Cicloheximida Eucariótica - Inibe a actividade da peptidil
transferase
Composto
Antibióticos que atuam na síntese protéica bacteriana
Inibem a Síntese de Parede Celular
- Impedem a síntese completa da Peptideoglicana
- Atuam em bactérias em crescimento
Penicilinas
Curiosidade: