Tradução do Código Genético

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Genética Básica – Bio 240 
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Traduzindo o Código Genético 
Das instruções à construção das proteínas, a mensagem carregada pelo DNA segue uma rota bem 
previsível: primeiro, o DNA fornece o molde para a transcrição da mensagem no RNA. Depois, o RNA 
(mRNA) sai do núcleo e vai para o citoplasma para fornecer os planos de construção (a planta da 
proteína, se pensarmos numa obra de engenharia). Toda forma de vida na Terra é composta de 
proteínas, que são longas cadeias de aminoácidos, chamadas de polipeptídeos, que são dobradas em 
formas complexas e se agrupam de diversas maneiras diferentes. 
Todas as características físicas (fenótipo) de nosso corpo são moldadas por milhares de proteínas 
diferentes. Obviamente nosso corpo é também composto de outras coisas como água, minerais e 
gorduras. No entanto são as proteínas as responsáveis por todas as funções do organismo (ou seja, pelo 
gasto efetivo de energia). 
Neste texto, espera-se que você relembre como o RNA fornece a planta para a construção das 
proteínas, o passo final da transformação do genótipo no fenótipo. Antes de entrar no processo de 
tradução propriamente dito, é necessário relembrar alguns detalhes do código genético – a informação 
carregada pelo mRNA - e de como este código é lido. 
Ser degenerado pode ter um aspecto positivo? 
Quando Watson e Crick (junto com Rosalind Franklin) descobriram que o DNA é composto por uma 
dupla fita que contém 4 bases, a grande pergunta que restava era: Como pode ser que apenas 4 bases 
contenham informação suficiente para codificar fenótipos complexos? 
Os fenótipos complexos são o resultado da combinação de milhares de proteínas. O código genético 
(DNA transcrito em RNA) fornece as instruções para construir estas proteínas (via tradução). Proteínas 
são feitas de longas cadeias de aminoácidos. Um total de 20 aminoácidos é encontrado nas proteínas. 
Estes aminoácidos se combinam de diversas maneiras para criar as cadeias polipeptídicas. Cadeias 
polipeptídicas podem ter de poucas dezenas a milhares de aminoácidos. Como há 20 aminoácidos 
diferentes e porque as cadeias em geral contêm mais de 100 aminoácidos, a variedade de combinações 
é imensa. Por exemplo, uma cadeia de apenas 5 aminoácidos pode ter 3.200.000 combinações 
diferentes (205). 
Depois dos experimentos que mostraram que o DNA é de fato o material genético, os céticos (pessoas 
que custam a acreditar em qualquer coisa) continuaram argumentando que uma molécula composta 
por apenas 4 bases era simples demais, e que não poderia codificar polipeptídios complexos. Se lermos 
o código genético com apenas uma base de cada vez, U, C, A e G, não há bases suficientes para construir 
20 aminoácidos. Então, é óbvio que o código não poderia ser tão direto. Lendo o código a cada 2 bases, 
teremos apenas 16 combinações (42), o que também é insuficiente, uma vez que temos 20 aminoácidos. 
Um código de 3 bases fornece 64 combinações possíveis (43), talvez um excesso de redundância 
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segundo os céticos da época. Por fim, provou-se que o código genético era mesmo composto por 
conjuntos de 3 bases, o que hoje chamamos de trincas. 
Sim, o código genético contém muita redundância (mais de uma trinca de bases codifica o mesmo 
aminoácido, por isso o código é conhecido como degenerado. Normalmente degenerado significa algo 
negativo, mas a degeneração no código em trincas significa que o código é altamente flexível e tolera 
alguns erros - o que pode ser muito positivo. 
Algumas características do código genético são muito importantes. 
� O código é lido de 3 em 3 bases – trincas 
� O código é degenerado – significa que 18 dos 20 aminoácidos são especificados por mais de um 
códon 
� O código é ordenado – o significado de cada códon só faz sentido em uma direção (5’- 3’) 
� O código é quase universal – quase todos os organismos da Terra interpretam o código 
exatamente da mesma maneira (há exceções). 
Considerando as Combinações 
Apenas 61 dos 64 códons são utilizados para especificar 20 aminoácidos. Os 3 códons que não codificam 
nenhum aminoácido simplesmente significam “PARE”, e dizem ao ribossomo que termine o processo de 
tradução. Por outro lado, apenas um códon indica que o ribossomo deve iniciar a tradução, que é o 
códon que codifica a metionina (aminoácido de início de todas as proteínas). A figura abaixo mostra o 
código genético completo, com todas as alternativas para os 20 aminoácidos (o número de alternativas 
varia de um aminoácido para o outro. 
 
Para muitos dos aminoácidos, os códons alternativos diferem em apenas uma base, normalmente a 
terceira (as quatro alternativas para alanina, por exemplo, começam com GU). Isto significa que a 
terceira base do códon pode variar sem alterar o significado do códon. As duas primeiras bases do 
códon devem ser complementares ao tRNA (que carrega o aminoácido), enquanto a terceira base pode 
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quebrar algumas regras de pareamento, permitindo ligações tRNA-mRNA diferentes da 
complementaridade usual. Esta violação de regras permite que mais de um códon codifique o mesmo 
aminoácido. No entanto, o triptofano e a metionina são codificados por apenas um códon cada. 
Matriz de Leitura: lendo o código 
Além das combinações possíveis, outro importante aspecto do código genético é a maneira como é lido. 
Cada códon é separado do outro, sem sobreposições. O código também não contém pausas. 
Os códons do código genético estão posicionados sequencialmente, como você pode ver na figura 
abaixo. Cada códon é lido apenas uma vez, de maneira sequencial e não sobreposta. A posição na matriz 
é definida pelo código inicial, AUG, que codifica a metionina. Depois do código inicial, as bases são lidas 
de 3 em 3 sem interrupções até que o códon final seja atingido. 
 
 
Nem tão universal assim... 
O significado do código genético é quase universal. Isso significa que quase todos os organismos na 
Terra utilizam o mesmo código. No entanto, o DNA mitocondrial apresenta algumas modificações, o que 
demonstra, ou pelo menos indica , que as mitocôndrias tenham uma origem diferente dos eucariotos. 
Plantas, bactérias e alguns microorganismos também apresentam pequenas modificações do código 
universal. 
Equipe de tradução 
A tradução é o processo de conversão da informação de uma língua para outra. Neste caso, a linguagem 
genética dos ácidos nucléicos é traduzida para a linguagem das proteínas. A tradução acontece no 
citoplasma das células eucariontes. Depois que o RNA mensageiro foi criado via transcrição e enviado ao 
citoplasma, a produção de proteínas começa. A equipe envolvida neste processo inclui: 
� Ribossomos: a grande fábrica de proteínas, que lê o mRNA e executa as instruções. Os 
ribossomos são formados por RNA ribossomal (rRNA) e proteínas. São capazes de construir 
qualquer tipo de proteína. 
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� Código genético: a mensagem trazida pelo mRNA 
 
 
 
 
� Amino ácidos: componentes químicos complexos que contém nitrogênio e carbono; 20 
aminoácidos se combinam em milhares de combinações únicas usadas para construir as 
proteínas 
� RNA transportador (tRNA): fazem o serviço de entrega de aa para o ribossomo. Cada tRNA 
captado pelo ribossomo traz o aminoácido especificado pelo códon. 
 
 
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A tradução propriamente dita 
A tradução ocorre em vários passos: 
1. O ribossomo reconhece o mRNA pela sua extremidade 5’ (cap 5’). O ribossomo se une ao mRNA 
e procura pelos códons que formam as palavras do código genético, começandopelo códon de 
início (AUG). 
2. Os tRNAs fornecem os aminoácidos ditados por cada códon quando o ribossomo lê a instrução. 
A cadeia polipeptídica é formada pelo ribissomo com o auxílio de várias enzimas e proteínas. 
3. O ribossomo continua a fazer a cadeia polipeptídica até atingir o códon de parada. A cadeia 
polipeptídica é liberada. 
Iniciação 
A preparação para a tradução consiste de dois principais eventos 
� As moléculas de tRNA são unidas com o aminoácido correto num processo chamado de 
“carregamento” 
� As unidades ribossomais se unem ao mRNA. 
Carregamento – o tRNA se une ao aminoácido correto 
tRNAs são moléculas pequenas e especializadas, produzidas unicamente para a tradução. 
Diferentemente dos mRNAs, os tRNAs jamais são traduzidos em proteínas: sua única função é levar os 
aminoácidos até os ribossomos para fazer a cadeia polipeptídica. A estrutura tridimensional dos tRNAs 
se forma pela complementaridade das bases, formando grampos e alças, que são a chave para o bom 
funcionamento destas moléculas. 
Os dois elementos chave de um tRNA são: 
� O anticódon: uma trinca de bases em uma das alças do tRNA; o anticódon é complementar ao 
códon do mRNA. 
� Braço aceptor: A cauda fita-simples do tRNA, onde o aminoácido correspondente ao códon 
específico é adicionado ao tRNA. 
O códon do mRNA especifica o aminoácido usado durante a tradução. O anticódon do tRNA é 
complementar ao códon do mRNA e especifica qual aminoácido cada tRNA carregará. 
Cada célula tem entre 30 e 50 tRNAs diferentes. Cada aminoácido tem seu próprio tRNA, mas alguns 
aminoácidos podem ser carregados por mais de um tRNA (ou seja, o mesmo aminoácido pode ser 
codificado por mais de um códon - lembra que o código é degenerado?). 
Como uma bateria, os tRNAs precisam ser carregados para funcionar. O carregamento é feito por 
enzimas específicas, as aminoacil-tRNA-sintetases. Existem 20 destas enzimas, uma para cada 
aminoácido especificado pelos códos do mRNA. 
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Cada tRNA tem uma sequencia específica de anti-códon (complementar ao códon) e uma estrutura 
tridimensional particular. A aminoacil tRNA sintetase reconhece as estruturas tridimensionais tanto do 
tRNA quanto do aminoácido específico, fazendo com que todo o sistema seja muito específico. 
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Repare na figura acima a região do anticódon, os dobramentos no tRNA e a cauda-OH, onde é ligado o 
aminoácido. 
 
Montando os Ribossomos 
Os ribossomos dividem-se em duas partes chamadas de subunidades. Estas subunidades têm tamanhos 
diferentes: o pequeno e o grande. As duas subunidades permanecem separadas até que a tradução 
comece. Os ribossomos podem lidar com qualquer molécula de mRNA que estiver no citoplasma. 
Antes que a tradução comece, a subunidade menor do ribossomo reconhece o cap 5’ do mRNA com o 
auxílio de proteínas chamadas de fatores de iniciação. A subunidade menor do ribossomo se move ao 
longo do mRNA (no sentido 5’-3’) até encontrar o códon de iniciação (AUG), que se posiciona no sítio P 
do ribossomo (ver figura abaixo). Neste ponto, o tRNA-met (carregado com a f-Met – N-
formilmetionina) é agregado ao sistema através da complementaridade códon-anticódon (AUG-UAC). O 
f-Met é o único aminoácido que pode iniciar uma cadeia polipeptídica. A subunidade maior se junta ao 
complexo mRNA-subunidade menor para iniciar o processo de construção do polipeptídeo. 
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Alongamento 
Depois que o processo de iniciação se completa, a tradução continua em vários passos: 
1. O ribossomo lê o próximo códon, que está no sítio A (ver figura acima). O tRNA carregado com o 
aminoácido apropriado se insere no sítio A (isso só acontece porque o anticódon do tRNA 
apropriado é complementar ao códon que está no sítio A). 
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2. Enzimas ligam os dois aminoácidos (retiram a f-Met que estava ligada ao tRNA do sítio P e o 
ligam ao segundo aminoácido, que está ligado ao tRNA do sítio A). 
3. Assim que os dois aminoácidos se ligam, o ribossomo se move ao longo do mRNA de modo a 
deixar o próximo códon livre no sítio A. O sítio P é agora ocupado pelo tRNA que antes estava no 
sítio A e tem 2 aminoácidos anexados. O tRNA com anticódon complementar ao códon que se 
encontra agora no sítio A é anexado, e enzimas ligam os dois aminoácidos que estão no tRNA do 
sítio P ao aminoácido ligado ao tRNA do sítio A. 
 
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O processo se repete no sentido 5’-3’. O polipeptídeo crescente fica sempre ligado ao tRNA presente no 
sito P, e o sítio A fica aberto para receber o próximo tRNA carregado. O processo só termina quando o 
ribossomo encontra um dos três códons que especificam o fim “PARE”. 
Terminação 
Nenhum tRNA é capaz de se ligar ao códon “Pare”, então, quando o ribossomo lê “pare”, nenhum outro 
tRNA entra no sítio A. Neste ponto, há um tRNA no sítio P com uma recém construída cadeia 
polipeptídica atrelada ao último tRNA. Proteínas especiais, chamadas de fatores de terminação se ligam 
ao ribossomo. Uma delas reconhece o códon “pare” e retiram a cadeia polipeptídica do último tRNA. 
Depois que o polipeptídeo é retirado, o Ribossomo se divide em suas duas subunidades, e o último tRNA 
também é retirado do sítio P. As subunidades ribossomais estão agora livres para encontrar outro mRNA 
para reiniciar o processo de tradução. Os tRNAs são recarregados com novos aminoácidos e podem ser 
reutilizados várias vezes. Uma vez livres, as cadeias polipeptídicas assumem suas formas únicas e às 
vezes se associam com outras cadeias polipeptídicas para cumprir suas tarefas como proteínas 
funcionais. 
Os mRNAs são traduzidos mais de uma vez, e, na verdade, podem ser traduzidos por mais de um 
ribossomo de cada vez. Assim que o códon de início é liberado por um ribossomo, outro pode 
reconhecer o cap5’ e iniciar outra tradução. Assim, várias cadeias polipeptídicas podem ser construídas 
em um curto intervalo de tempo. 
 
Proteínas são polipeptídeos preciosos 
Depois da água, as substâncias mais abundantes em nossas células são as proteínas. São elas que nos 
fazem vivos. A chave para o funcionamento das proteínas é a forma; proteínas são formadas por uma ou 
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mais cadeias polipeptídicas que são dobradas e unidas. O modo como as proteínas se dobram e se unem 
depende, em última instância, de quais aminoácidos estão presentes na cadeia polipeptídica. 
Reconhecendo os radicais: 
Os aminoácidos compartilham algumas características em comum que são o grupo amino (NH2) e um 
grupo carboxila (COOH) ligados a um átomo de carbono. As diferenças entre os aminoácidos estão no 
grupo R (ou radical), que se une a este mesmo átomo. 
 
Os aminoácidos se dividem em 5 grupos: Os aromáticos(A), os hidrofílicos (bolinha cinza), os 
hidrofóbicos (bolinha preta), os carregados negativamente (-) e os carregados positivamente(+). Quando 
os aminoácidos estão unidos em uma cadeia polipeptídica, os grupos radicais de aminoácidos 
adjacentes alternam os lados da cadeia. Por causa das diferentes afinidades (os cinco grupos), os 
radicais repelem ou atraem os radicais vizinhos. Esta reação leva às dobras e alças das proteínas. 
A A A 
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Dando forma às proteínas 
Em última análise, a função de cada proteína depende basicamente de sua forma. Com isso, a predição 
da estrutura tridimensional de uma proteína é crucial para o avanço da medicina e da indústria 
farmacêutica.Em teoria, a estrutura tridimensional das proteínas pode ser prevista diretamente a partir da estrutura 
primária (sequência de aminoácidos). Com isso, seria necessário apenas conhecer como ocorrem as 
interações entre os aminoácidos (hidrofílicos, hidrofóbicos, carregados positiva ou negativamente) para 
prever como seriam os dobramentos. Computadores suficientemente poderosos e softwares 
apropriados seriam então úteis para prever todas as interações presentes em uma proteína. 
No entanto, a tarefa não é tão simples. Talvez a estrutura secundária (estruturas do tipo α-hélice e 
folha-β) seja facilmente previsível partindo da estrutura primária. No entanto, a obtenção da estrutura 
terciária é em geral mediada por chaperonas, que esticam e puxam a cadeia polipeptídica de modo a 
aproximar determinados aminoácidos que acabam interagindo e formando a estrutura da proteína. 
Com isso, além da estrutura primária, é necessário conhecer a estrutura terciária das proteínas, o que é 
feito com complicados métodos de cristalografia. As proteínas são sintetizadas em laboratório e depois 
cristalizadas. Depois disso, é feita uma difração de raiosX que servem para determinar sua forma. Este 
processo é lento, caro e demanda profissionais altamente treinados. 
Uma vez que existem numerosas proteínas cuja estrutura já foi descrita, é possível comparar a estrutura 
primária de uma proteína cuja estrutura terciária já foi descrita com a estrutura primária de uma 
proteína desconhecida. Vários estudos sugerem que se as estruturas primárias forem similares, as 
estruturas terciárias também o serão. Estes métodos se valem da teoria da evolução, e partem do 
princípio que proteínas parecidas são homólogas (um ancestral comum aos dois organismos em estudo 
tinham a proteína X, que no organismo 1 é X1 e no organismo 2 é X2. É razoável supor que X1 e X2 
tenham funções, e portanto, estruturas similares).Assim, se tivermos a estrutura terciária de X1, 
podemos supor que a estrutura terciária de X2 é muito similar a X1, poupando o trabalho em cristalizar 
e inferir a estrutura de X2. 
 
 
Este texto é uma tradução livre do cap. 10 do livro Genetics for Dummies, 2005 – Tara Robinson.