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RNA e código genético

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08/06/15 
1 
O RNA e o Código 
Traduzindo o código genético em 
Proteínas 
Conteúdo 
 
•  O mundo do RNA e a transição para um mundo 
proteinocêntrico 
•  a lógica e o desenho do código genético 
 
•  entender a função adaptadora do tRNA 
 
08/06/15 
2 
31/03/11 12:41 PM 
08/06/15 
3 
Alonso Ricardo and Jack W. Szostak. Scientific American 301, 54 - 61 (2009) 
RNA e Argila 
Evolução do 
mundo de RNA 
08/06/15 
4 
A sopa pré-biótica serviu de berçário 
para as primeiras formas de vida 
http://www.chemistryviews.org/details/ezine/740799/Prebiotic_Soup.html 
Auto-replicação 
08/06/15 
5 
Transição RNA Proteína 
31/03/11 12:41 PM 
A transição 
Catálise 
Informação 
08/06/15 
6 
ü A "tradução" de um código de quatro letras 
(como nos ácidos nucléicos) para um de vinte 
letras (como nas proteínas) fascinou 
cientistas por mais de 10 anos e se confunde 
com a história da Biologia Molecular 
O código 
Bases 
Amino ácidos 
O Clube da gravata 
08/06/15 
7 
- Gamow propôs um código 
onde os aminoácidos 
interagiam diretamente 
com as bases. Esta 
complementaridade entre 
codons e aminoácidos 
ficou conhecido como 
código diamante. Na 
época a hipótese foi bem 
aceita e revisada por 
vários pesquisadores 
 
Crick de novo 
Variados códigos foram 
propostos, como o código 
com vírgulas, códons 
sobrepostos, em esquadro 
etc. Mas foi novamente 
Crick quem elegantemente 
realizou uma série de 
experimentos clássicos com 
o bacteriófago T4 e 
mostrou que o código é lido 
a partir de um ponto de 
partida definido e em 
esquadro, com códons 
consistindo de 3 bases. 
08/06/15 
8 
O acidente congelado de Crick 
- Além disso, Crick 
propôs a hipótese do 
acidente congelado, 
finalmente aceita 
com a caracterização 
do tRNA como a 
molécula adaptadora 
31/03/11 12:41 PM 
Niremberg 
•  Estabeleceu um procedimento para a síntese de 
polipeptídios usando RNA sintético 
•  Apresentou os primeiros resultados com poli-
uridina em 1961 em Moscou 
08/06/15 
9 
31/03/11 12:41 PM 
Niremberg e Khorana 
•  Nuremberg estabeleceu o uso de trincas de RNA 
•  Khorana introduziu a análise de polinucleodídeos 
complexos em extrato livre de células 
E chegaram ao código moderno 
08/06/15 
10 
Dividiram o Prêmio Nobel de 
1968 
O conceito de código genético na 
mídia é impreciso 
Folha de São Paulo 20/03/2011 
http://www.infomaroto.com/blog/quadrinhos-sobre-o-codigo-genetico/ 
http://www.laboratoriopop.com.br/temporeal/ex-drogadaco-e-alcoolatra-roqueiro-
colabora-em-pesquisa-sobre-absorcao-das-drogas-pelo-organismo/2743 
08/06/15 
11 
O RNA é lido em códons 
códon 
DNA ⇒ RNA ⇒ Proteína 
Fita codificadora 
Fita molde 
Fita molde 
Fita codificadora 
08/06/15 
12 
O código é universal 
•  O código genético é formado por conjuntos de três 
bases que formam os códons 
•  43 = 64 códons possíveis 
•  Não existe pontuação. O código é contínuo 
–  Inicia em códon de iniciação (AUG) 
–  Termina em um dos códon de terminação (UAA, UAG, UGA) 
•  O código é degenerado, isto é cada amino ácido pode 
ser codificado por mais de um códon (p. ex.: Leu, Ser, 
Arg = 6 códons) 
•  No entanto o código não é redundante, ou seja cada 
códon codifica apenas um AA 
Universal mas com excessões 
Alguns codons 
tem significado 
diferente nas 
mitocôndrias 
08/06/15 
13 
•  A distribuição de codons não acontece por acaso. Os 
organismos atuais são descendentes diretos de uma 
linhagem que adotou o atual código genético 
 
 
 
31/03/11 12:41 PM 
A proximidade 
entre códons para 
AA quimicamente 
parecidos e a 
degeneração do 
código reduz o 
efeito de 
mutações 
deletérias 
08/06/15 
14 
•  A distribuição também está relacionada 
com o surgimento de aminoácidos. 
 
•  Os 20 AA utilizados nas proteínas 
modernas surgiram gradualmente na era 
pré-biótica e foram progressivamente 
introduzidos no código genético 
 
31/03/11 12:41 PM 
Amino ácido Origem Síntese por 
descarga 
elétrica 
Presença em 
meteoritos 
Produzido 
biosinteticamente 
a partir de 
Gly (G) Precoce +++ +++ Glicólise 
Ala (A) Precoce +++ ++ Glicólise 
Ser (S) Precoce + - Glicólise 
Asp (D) Precoce + + Ciclo de Krebs 
Glu (E) Precoce + ++ Ciclo de Krebs 
Val (V) Precoce + ++ Glicólise 
Pro (P) Provável precoce + + Glu 
Thr (T) Provável precoce + - Asp 
Leu (L) Provável precoce + - Val 
Ile (I) Provável precoce + - Thr 
Phe (F) Provável tardio - - Glicólise/pentoses 
Tyr (Y) Provável tardio - - Phe 
Cys (C) Provável tardio - - Ser 
Lys (K) Tardio - - Asp 
Arg (R) Tardio - - Glu 
His (H) Tardio - - Gln 
Met (M) Tardio - - Thr/His 
Trp (W) Tardio - - Ser 
Asn (N) Tardio - - Asp 
Gln (Q) Tardio - - Glu 
08/06/15 
15 
O RNA Adaptador 
"  Com sua hipótese do 
acidente congelado, 
Crick previu a 
existência de um 
adaptador. Este 
adaptador consiste 
no tRNA. 
A flor de Trevo 
•  Os tRNA consistem 
moléculas de RNA 
citoplasmáticas 
pequenas de cerca 
de 73 a 93 bases, 
contendo um grande 
número de bases 
modificadas que se 
formam um 
estrutura típica em 
flor de trevo 
08/06/15 
16 
31/03/11 12:41 PM 
Que se dobra em L 
•  O tRNA adquire um 
estrutura globular 
compacta com domínios 
específicos 
O Anti-códon 
•  O codon interage 
com o anti-códon 
na molécula do 
tRNA 
08/06/15 
17 
A terceira base oscilante 
•  A terceira base é menos significativa e 
interage de forma frouxa 
•  Esse fenômeno é conhecido como base 
oscilante e tem conseqüências: 
–  na velocidade da síntese protéica 
–  na pressão evolutiva sobre os genes. 
Interações da terceira base 
08/06/15 
18 
31/03/11 12:41 PM 
A terceira base 
A terceira base pode ser: 
Irrelevante: p. ex. CUN 
codifica para Leu 
Dependente de ser 
purinas ou pirimidinas: 
p. ex. AAY codifica para 
Asn enquanto AAX 
codifica para Lys (Y 
pode ser C ou U, e X, A 
ou G) 
Dependente da presença 
de G ou A: p. ex. AUG 
codifica para Metionina   
 
•  Os tRNAs são abundantes e ocorrem normalmente 
acilados, ou seja carregados com um resíduo de 
amino ácido específico. 
•  Existe pelo menos um tipo de tRNA específico para 
cada um dos 20 amino ácidos. 
•  Os amino acil tRNA são consumidos durante a 
síntese protéica. O resíduo de amino ácido é 
transferido para a cadeia polipeptídica nascente e 
o tRNA volta para o citosol onde será novamente 
carregado. 
Amino acil tRNA 
tRNA livre 
08/06/15 
19 
31/03/11 12:41 PM 
tRNA sintetase 
ü  Para cada tRNA existe uma 
enzima, uma amino acil tRNA 
sintetase, que é responsável 
pela sua recarga 
ü  As amino acil tRNA sintetases 
reconhecem os tRNAs de 
forma independente do anti-
codon 
Aminoácido 
3´ CCA 
31/03/11 12:41 PM 
O segundo lado do código 
•  Elementos dispersos pela superfície da 
molécula são especificamente reconhecidos 
pela enzima 
08/06/15 
20 
Robert J. BrookerGenetics: Analysis & Principles, pag 340 
Experimento de Chapeville 
Não há verificação 
posterior a acilação 
A ativação do tRNA é feita em duas 
etapas 
Amino Acido + ATP è Aminoacil-AMP + PPi 
Aminoacil-AMP + tRNA è Aminoacil-tRNA + AMP 
08/06/15 
21 
Alguns aminoácidos são muito 
semelhantes estruturalmente e podem 
confundir as tRNA sintatetases 
Aminoácidos hidrofóbicos 
Aminoácidos aromáticos 
A edição garante a fidelidade 
ü  processo de ativação é preciso 
porque passa por dois passos 
de edição 
08/06/15 
22 
As tRNA sintetases podem 
conter dois sítios ativos 
Figure6-59a Molecular Biology of the Cell (© Garland Science 2008)

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