11_Codigo+Genetico_Traducao

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12/04/2015
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Código genético e Tradução
QBQ 317 – Aula 11
1.Como a informação para a síntese 
de proteínas está codificada no DNA?
2.Como são montadas as proteínas?
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Síntese de 
DNA 
(Replicação)
Síntese de RNA 
(Transcrição)
Síntese de proteína 
(Tradução)
PROTEÍNA
Relação entre a sequência de bases no DNA 
(mRNA) e a sequência de aminoácidos na proteína
Código GenéticoCódigo Genético
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O quebra-cabeças:
Como passar de um alfabeto de 4 letras para
um de 20 letras ?
Combinações de 4 bases definem 20 aminoácidos:
42=16 falta !
43=64 sobra !
Código GenéticoCódigo Genético
2a. Posição do códon
1ª
. 
po
si
çã
o 
do
 c
ód
on
3
a.Posição do códon
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Código Genético: “Dicionário” da traduçãoCódigo Genético: “Dicionário” da tradução
• Todos os 64 códons são usados
• 61 códons para aminoácidos (1 de iniciação – AUG)
• 3 códons de terminação (STOP, ou nonsense) -
UAA, UAG, UGA
• Código quase universal
• Um mesmo aminoácido pode ser codificado por 
mais de um códon – código é degenerado
O código é degenerado: quase todos os aminoácidos 
são codificados por 2 ou mais códons
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Por que o código genético é degenerado?
OU
Como seria o código se ele não fosse 
degenerado?
código genético não degenerado
44 das 64 combinações seriam STOP!
Mutações teriam consequências catastróficas
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• Degeneração faz com que a maioria das mutações 
não resultem em códons de parada
• Mudanças na 3ª posição frequentemente não alteram 
o aminoácido codificado
Código NÃO É aleatório!
Evoluiu, sofreu seleção para ser estabelecido
O código genético é um “tampão” contra
mutações
2a. Posição do códon
1ª
. 
po
si
çã
o 
do
 c
ód
on
3
a.Posição do códon
Variação na 3ª posição frequentemente gera “sinônimos”
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2a. Posição do códon
1ª
. 
po
si
çã
o 
do
 c
ód
on
3
a.Posição do códon
G e C na 1ª e 2ª posição especificam o 
mesmo aminoácido 
2a. Posição do códon
1ª
. 
po
si
çã
o 
do
 c
ód
on
3
a.Posição do códon
Variações na 1ª posição  substituições conservativas
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Como o código foi decifrado?
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Crick sugeriu a existência de moléculas adaptadoras para 
interagir com os aminoácidos e o mRNA. Sugeriu ainda que o 
código seria lido em trincas.
Crick sugeriu a existência de moléculas adaptadoras para 
interagir com os aminoácidos e o mRNA. Sugeriu ainda que o 
código seria lido em trincas.
Francis Crick: Físico e bioquímico inglês, 1916-2004
Prêmio Nobel em Fisiologia e Medicina, 1962 (Francis Crick , James Watson & Maurice Wilkins por
elucidar a estrutura do DNA)
Crick e Brenner – genética do fago T4 – definiram
que a estrutura era mesmo em tripletes
Ochoa
Nirenberg
Khorana
síntese proteica in vitro* dirigida por
RNAs sintéticos – definiram a
identidade dos códons
Decifrando o Código Genético
* Em extratos de células de E. coli contendo  [Mg2+]
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Decifrando o Código Genético
Experimentos de Niremberg
Homopolímeros sintéticos, sintetizados por Ochoa, 
com sua “RNA polimerase” (na verdade, 
polinucleotídeo fosforilase):
Poli-U  polifenilalanina
UUU codifica fenilalanina
Poli-A  polilisina
AAA codifica lisina
Poli-C  poliprolina
CCC codifica prolina Etc....
Decifrando o Código Genético
Experimentos de Niremberg
Co-polímeros sintéticos comoEx:
CUCUCUCUCUCUCUCUCU
copolímero de leucina e serina em posições 
alternadas 
CUC e UCU codificam para leucina e serina
Não necessariamente nesta ordem...
Khorana usou métodos químicos para fazer
sequências bem específicas e resolver as últimas
ambiguidades
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Código Genético
Dicionário para 
decifrar como a 
informação para a 
síntese de proteínas 
está codificada no 
DNA (mRNA)
Regras para leitura do Código Genético
O código não é superposto
ABCDCD
aa1 aa2
aa1
aa2
aa3
aa4
Análise da sequência de aminoácidos de mutantes da proteína da capa 
do vírus mosaico do tabaco mostraram que o código não era superposto. 
A mutação em um nucleotídeo leva a mudança de um aminoácido e não 
de três aminoácidos
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O código não tem pausas
O código é lido sequencialmente sem pausas a partir do início 
determinado (3 fases de leitura são possíveis).
ABCDCDABCDCDAB
aa1 aa2 aa3 aa4
aa1 aa2 aa3 aa4
aa1 aa2 aa3 aa4
Regras para leitura do Código Genético
O código não tem pausas e é lido no 
sentido 5’  3’ do mRNA
O código é lido sequencialmente sem pausas a partir do início 
determinado (3 fases de leitura são “teoricamente” possíveis).
Fase de leitura 1
Fase de leitura 2
Fase de leitura 3
Regras para leitura do Código Genético
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Fase aberta de leitura ou Quadro aberto de leitura
(ORF, Open Reading Frame)
Leitura do mRNA de 5’ para 3’ 
1. Mutações “missense”: mutações nas quais
a substituição de uma base causa a transformação de um códon 
em outro, com consequente troca do aminoácido naquela posição
2. Mutações “nonsense”: mutações nas quais
a substituição de uma base causa a transformação de um códon 
em um sinal de parada
3. Mutações de alteração de fase (“frameshift”): mutações nas 
quais a inserção ou deleção de uma base altera a fase ou “janela” 
de leitura do mRNA.
Os 3 tipos de mutações que alteram 
o código genético
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1.Como a informação para a síntese 
de proteínas está codificada no DNA?
2.Como são montadas as proteínas?
O processo de síntese proteica
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Os protagonistas do processo de
síntese proteica (tradução)
1. tRNA
2. Aminoacil-tRNA sintetases
3. Ribossomo
RNAs transportadores (tRNA) são as moléculas adaptadoras que 
traduzem o código dos nucleotídeos em aminoácidos!
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tRNA: RNA transportador
Extremidade 5´
fosforilada~73-93 nucleotídeos
Estrutura secundária com 
grampos e alças 
formando um trevo
Bases modificadas depois 
da sua transcrição 
(pseudouridina
inosina
metil-A,C,G)
CCA na extremidade 3’ é 
conservada)
Sítio de 
ligação do 
aminoácido
Alça do 
anticódon
Alguns dos nucleotídeos incomuns presentes em tRNAs
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Estrutura tridimensional do tRNA
Quantos tRNAs são necessários para decifrar o 
código?
61? 
32? 
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Pareamento oscilante (“bambo”) da terceira base do códon
(wobble base-pairing)
Implica na necessidade de um 
menor número de tRNAs do que os 
61 que seriam necessários, de 
acordo com a tabela do código 
genético
wobble faz com que interação códon-
anticódon não seja excessivamente 
estável. Acelera tradução.
Pareamento oscilante da terceira base do códon
(wobble base-pairing)
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Os protagonistas do processo de
síntese proteica (tradução)
1. tRNA
2. Aminoacil-tRNA sintetases
3. Ribossomo
ATP + aa aminoacil-AMP + PPi
aminoacil-AMP + tRNA aminoacil-tRNA + 
AMP
Aminoacil tRNA sintetase
Aminoacil tRNA sintetase
Aminoácidos são ligados aos tRNAs por
aminoacil-tRNA sintetases
A maioria dos organismos tem 20 
aminoacil tRNA sintetases
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20
aminoacil-AMP
Aminoacil tRNA sintetase
Aminoácidos são ligados aos tRNAs por
aminoacil-tRNA sintetases
aminoacil-AMP
aminoacil-tRNA
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Aminoacil- tRNA
ligação de alta energia:
aminoácido “ativado”, pronto para 
formar ligação peptídica
ligação éster entre carboxila do AA e 
3´OH do último A (CCA) do tRNA
Especificidade da interação 
entre tRNA, AA e sintetase
Fundamental para fidelidade da síntese 
proteica: ribossomo não verifica a identidade 
do AA ligado ao tRNA
Exibem atividadecorretora: removem AAs
errados
20 Aminoacil tRNA sintetases (uma para 
cada aminoácido)
Reconhecem o AA com alta especificidade
Depende de contatos com bases do tRNA
(braço CCA, alça anti-códon)
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A interação códon-anticódon determina qual 
aminoácido será adicionado. O aminoácido esterificado 
ao seu tRNA não contribui para a especificidade do 
aminoacil-tRNA....
A etapa de ativação do aminoácido é determinante na 
fidelidade da tradução
O ribossomo não 
discrimina tRNAs
carregados 
incorretamente
Qual códon este 
tRNA reconhece?
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Os protagonistas do processo de
síntese proteica (tradução)
1. tRNA
2. Aminoacil-tRNA sintetases
3. Ribossomo
Ribossomo bacteriano
70S (2,7 x 106)
Ribossomo Eucariótico
80S (4,6 x 106)
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As proteínas ribossômicas associam-se as moléculas de rRNA 
para montagem de cada uma das subunidades do ribossomo
Ribossomo bacteriano Ribossomo eucariótico
Estrutura resolvida por 
cristalografia de raio X
Nobel de Química de 2009 
para Ada Yonath, Tom 
Steitz e V. Ramakrishnan
RNA é o principal responsável pela forma e
função dos ribossomos
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A síntese proteica pode ser dividida em etapas
Elongação
Terminação
Iniciação
A – aceptor ou aminoacil
P – peptidil
E – exit, ou saída
Ribossomo possui 3 sítios para tRNAs
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Iniciação 
(bactéria)
Iniciação 
(bactéria)
Iniciação 
(bactéria)
Iniciação 
(bactéria)
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Iniciação 
(bactéria)
Iniciação 
(bactéria)
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fMet-tRNAf tem características 
que o distinguem como tRNA
iniciador
Nas bactérias, o 
primeiro aminoácido 
é formil-metionina
Como o códon iniciador (AUG) no 
mRNA é reconhecido?
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Sequência de Shine-Dalgarno ou 
Ribosomal Binding Site (RBS) em bactérias
Bactérias: RBS
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Eucariotos: scanning 5´cap  3´ até AUG iniciador
Kozak Sequence
Iniciação (eucariotos)Iniciação (eucariotos)
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Modelo de circularização do mRNA eucariótico
Fatores da iniciação da 
tradução em eucariotos
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Elongação (bactérias)Elongação (bactérias)
EF-Tu:
• Acompanha o aminoacil-tRNA
• Se o pareamento códon-
anticódon for perfeito 
hidrólise de GTP
Mais uma verificação da acurácia do 
processo:
• Após saída do EF-Tu-GDP, tRNA deve 
rotacionar para acessar o centro de 
peptidil transferase. Se o pareamento for 
incorreto, o aa-tRNA irá dissociar
Elongação (bactérias)Elongação (bactérias)
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Formação da ligação peptídica: 
Atividade de peptidil transferase do ribossomo
Ligação peptídica
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A atividade de peptidil transferase é executada 
pelo rRNA 23S
Roxo – proteína
Cinza – RNA
Verde e vermelho – tRNAs
nos sítios A e P
Não há nenhuma proteína
perto do sítio catalítico
O RNA 23S é responsável 
pela aproximação do 3’ dos
tRNAs que tem que reagir
A 2´OH da adenina do 
peptidil-tRNA tem papel na 
catálise
Translocação
O ribossomo se move um códon em direção 
a extremidade 3´ do mRNA (para expor o 
próximo códon), utilizando a energia 
proveniente da hidrólise do GTP ligado ao 
fator EF‐G.
A estrutura do fator EF‐G se 
assemelha ao fator EF‐Tu 
complexado ao tRNA
• tRNA descarregado  sitio E
• rotação da subunidade menor
• Movimento de translocação é 
iniciado na subunidade maior
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TerminaçãoTerminação
RFs: Fatores de liberação 
(proteína) reconhecem o 
códon de parada e ativam 
hidrólise do peptidil-tRNA
RRFs: Fatores de 
reciclagem (mimetizam 
tRNAs) promovem a 
liberação dos tRNAs
Polissomo ou Poli-ribossomo
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http://www.courses.fas.harvard.edu/~bi
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