O Código Genético

Aula de Bioquímica II

Tema:

O Código Genético

Prof. Dr. Júlio César BorgesDepto. de Química e Física Molecular – DQFM

Instituto de Química de São Carlos – IQSC

Universidade de São Paulo – USP

E-mail: [email protected]

O Código Genético�� Decifrado na década de 1960

- 61 códons �� 20 Aminoácidos

- 3 códons �� terminação da cadeia polipeptídica

�� É variável em espécies diferentes

Alfabeto de 4 Letras no DNA �� Alfabeto de 20 Letras nas Proteínas

�� O código é Redundante ou Degenerado

41 = 4 combinações possíveis



�� 3 bases no DNA ��

�� 3 bases no mRNA ��

�� 1 CÓDON

�� 1 aminoácido na proteína

O Código GenéticoRelação de orientação das cadeias de DNA �� de mRNA �� de Proteína

O Código Genético�� Fases de leitura do mRNA

- A fase de leitura correta é informada na sequência do mRNA

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

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

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

Códon(mRNA)

Anticódon(tRNA)

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.

AnticódonRepresenta a sequência localizada no tRNA que

faz o pareamento complementar com o

Códon

O Código Genético


� A primeira base do anti-códon - 3º base do códon - permite pareamentos variáveis.

� O código genético é degenerado porque a 1o base do anti-códon permite

complementaridade menos restritiva

� Apresentam especificidade para 1º e 2º base e toleram oscilações na 3º base no códon

O Código Genético


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

>gi|34783338|gb|BC024242.2| Homo sapiens GrpE-like 1, mitochondrial (E. coli), mRNA (cDNA clone MGC:33210 IMAGE:4823476), complete cds

GCTGGGTGCGTGCGCGGCGACTGCGACGGGCAGTGGCAGTCATGGCGGCTCAGTGCGTGAGGTTGGCGCG GCGCAGTCTTCCTGCTTTGGCGTTGTCTCTCAGGCCATCTCCCCGGTTGTTGTGCACAGCCACGAAACAA AAGAACAGTGGCCAGAACCTGGAAGAGGACATGGGTCAGAGTGAACAGAAGGCAGATCCTCCTGCTACAG AGAAGACCCTCCTGGAAGAGAAGGTCAAGTTGGAGGAACAGCTGAAGGAGACTGTGGAAAAATATAAACG AGCTTTGGCAGACACTGAGAACTTACGGCAGAGGAGCCAGAAATTGGTGGAGGAGGCAAAATTATACGGC ATTCAAGCCTTCTGCAAGGACTTGTTGGAGGTGGCAGACGTTCTGGAGAAGGCAACACAGTGTGTTCCAA AAGAAGAAATTAAAGACGATAACCCTCACCTGAAGAACCTCTATGAGGGGCTGGTCATGACTGAAGTCCA GATCCAGAAGGTGTTCACAAAGCATGGCTTGCTCAAGTTGAACCCTGTCGGAGCCAAGTTCGACCCTTAT GAACATGAGGCCTTGTTCCACACACCGGTTGAGGGGAAGGAGCCAGGCACAGTGGCCCTAGTTAGCAAAG TGGGGTACAAGCTGCATGGGCGCACTCTGAGACCCGCCCTGGTGGGGGTGGTGAAGGAAGCTTAGCTGCT GTTGATGGGGTGGGTGTTTTTAAACTCACTTGATGTAACTCTCAAGGCTGGTTCATTGTTTCTCATCTAT GAGTACGTGTGACCTTTTCCCAAACCTTATTGGAAACCTTAAGTAACCAGTGGCTAAACAGAAAAGCCGG TTGCCCAACTGCATTAATGAACTCTAATTCGGGAGTCTGTTCCCTTTTAGTGCCACGCGTTGAATAGTTC CACATACTTTCAGAAGAGCTCAGCAGGGCCCTGCCTGGTCTCCCGAGCATCATGAGTAACGTGTCTGCTC AGACTCTGCTGACACCAAAGTATTTTAAACAAATAAAAGGTCTTGGGGAATTCTGTTTGGCTACCTGGGC ACGCCAGTCTGCACCATGTGTCCCTGCGGCGCATGAGTGACTGGCGTATTTAGCCCGTCACATTTCATTC GCTGAAGGAAAGGCAAGAGAGTTGAAACATTTTTCTTACTTAAAAAAAATGATCTTTGTGAAGAACATAG TGAGTTCGTTTGTCTTCAGTCAACAGCGGCTGAAACTGACCACTGAGAAATGGGTGTGGGCACTGACAGT TCTCCCCCATTATTTGGCCAGGAATTGAGCTTGGCTTGGCAAAGTTCCTTTTACCCTGTTCTGTTCATCT AAATGCAGACATATTTAAATCATATTCAACTAGTTACTAATGACCTCAAGTTGTATTCCCTGGCAAAATG GACTTTCTCAAAATAGGACTGCACGCTTGGTGTACTTTAAATGTTAATGTTTAATTTAAAATTTTTATTT

AAGAGGATTAAAGCCCTAATGTTTATTTTCCTACAAAAAAAAAAAAAAA

>gi|34783338|gb|BC024242.2| Homo sapiens GrpE-like 1, mitochondrial (E. coli), mRNA (cDNA clone MGC:33210 IMAGE:4823476), complete cds

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

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

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

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 moleculartRNA-TFu EF-G

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

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

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

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

tRNAsReconhecimento 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

tRNAsReconhecimento do tRNA pelas Aminoacil-tRNA sintetases

- Envolve muitos outros contatos entre a enzima e o tRNA

- Participação de ribonucleotídeos modificados

Implicações evolutivas

tRNAsAminoacil-tRNA sintetases

Duas Classes de enzimas

tRNAsAminoacil-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 3’ Dímeros

Hidroxilas 2’Monômeros

tRNAsReconhecimento do AA pelas Aminoacil-tRNA sintetases

Classe 1 (Monômero) Classe 2 (Dímero)


A reação ocorre em duas etapas

1o �� 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


A reação ocorre em duas etapas

2o �� Transacetilação


2o �� Transacetilação (Continuação)


As enzimas exploram as propriedades dos aminoácidos

Treonil-tRNA sintetase


�� A Edição assegura a exatidão da reação �� 1 erro a cada 104-105 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 acilação são rejeitados por este

- AA menores do que o sítio de acilação interagem com o sítio de Edição

tRNAsSítio de Edição das Aminoacil tRNA-Sintetases

A averiguação da acilação ocorre sem a dissociação da Aminoacil tRNA-sintetase do tRNA

O Código Genético

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