Tradução - Código genético e síntese de proteínas

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Código Genético e Síntese de Proteínas
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Replicação
Transcrição
Tradução
Proteína
	 Processo para síntese das proteínas da célula
- Processo que ocorre nos ribossomos
Transcrição Reversa
Replicação de RNA
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Descrição preliminar da Tradução
20 aa diferentes e apenas 4 bases diferentes de RNA 
Em qualquer posição existem 4 possibilidades (A, T, C, G)				
4n = combinações possíveis			
42 = 16 aa diferentes				
43 = 64 combinações
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Tradução
	É o mais complexo dos mecanismos biossintéticos da célula. É uma linha de montagem onde participam: os ribossomos, o mRNA, os tRNA, os aa’s, energia e fatores protéicos que auxiliam as reações.
	Em E. coli, a síntese de uma proteína de 100 aa’s pode levar 5 segundos.
Ribossome image produced by Harry Noller at the University of California Santa Cruz, Venki Ramakrishnan at the University of Cambridge, England, and Thomas Steitz at Yale University 
www.pbs.org/wgbh/nova/photo51/pict-06.html 
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Processo de síntese de proteínas
	RNAm contém o código do gene
	RNAt é o adaptor que liga o mundo do ácido nucléico ao mundo das proteínas
	RNAr faz parte do ribossomo e contém a enzima que catalisa a ligação entre aminoácidos adjacentes
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Estrutura dos tRNAs
	tRNA – contém a sequência de bases (anticodon) complementar ao codon do mRNA e carrega o aminoácido específico;
	Transfere a informação contida no genoma para uma sequência de aminoácidos;
	Deve existir, pelo menos, um tRNA para cada aminoácido presente na célula;
	Os tRNAs de eucariotos e procariotos apresentam uma estrutura secundária de folha de trevo, mantida por sequências complementares na própria molécula;
	Em sua estrutura, apresentam 4 braços principais, contendo regiões pareadas (hastes) e regiões de fita simples (alças), e um braço variável.
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Estrutura dos tRNAs
	Braço aceptor: região pareada entre as extremidades 3’e 5’. região conservada – CCA. A ligação com o aminoácido ocorre com o OH do C2’ou C3’da ribose da última base (adenina);
	Braço TC: Apresenta na alça uma base não usual, denominada pseudouridina, Essa região também pode ser chamada de braço T;
	Braço D: Uma haste que termina em uma alça. Presença de bases modificadas (diidouridina – D);
	Braço do anticódon: Uma haste terminando em um laço que contém o triplet do anticódon no centro da sequência, formando a alça;
	Braço variável: pode ser pequeno (75% das células) ou longo. Apresenta maiores variações entre os tRNAs.
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Aminoacil-tRNA
	Os tRNAs são denominados de acordo com o aminoácido que representam;
	Quando estão ligados ao aminoácido, são chamados de aminoacil-tRNA;
	O tRNA contendo o anticodon da metionina é denominado de tRNAMet;
	Um tRNA pode ligar-se a somente um aminoácido, ligando-se covalentemente a ele;
	 O tRNA contém um aminoácido complementar ao códon do mRNA que representa o aminoácido.
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Aminoacil-tRNA sintetase
	Enzima que sintetiza a ligação do tRNA com o aminoácido (existem, pelo menos, 20 sintetases);
	Ativação do aminoácido: reage com ATP ;
	O aminoácido ativado é transferido, então, para o tRNA, formando a aminoacil-tRNA;
	A enzima aminoacil-tRNA sintetase tem um mecanismo de correção de erro, para evitar a incorporação de um aminoácido incorreto no tRNA.
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2a. Letra do códon
1a. Letra do códon
Degeneração do código genético
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Pareamento oscilante da terceira base do códon
(wobble base-pairing)
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Bases oscilantes (wooble)
	A base 3’ do códon
é oscilante
	O contato químico
não é perfeito (3D)
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Pareamento oscilante da terceira base do códon
(wobble base-pairing)
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Estrutura dos Ribossomos
	Estrutura compacta de ribonucleoproteínas com 2 subunidades. Cada subunidade é formada por proteínas associadas a moléculas de rRNAs;
	Ribossomos são organelas assimétricas, compostas por uma região de base e outra contendo uma cabeça, ou protuberância.
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Subunidades Ribossomais
	Procariotos:
	Subunidade 50S: maior
	Subunidade 30S: menor
	Eucariotos:
	Subunidade 60S: maior
	Subunidade 40S: menor
70S
80S
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Sítios Ativos dos Ribossomos
	Sítio A: liga-se com o aminoacil-tRNA a ser incorporado;
	Sítio P: liga o tRNA iniciador (Met-tRNA) e posiciona o peptidil-tRNA;
	Sítio E: é ocupado pelos tRNA desacetilados antes da sua dissociação com o ribossomo. 
	Interface entre subunidade maior e menor é composta pelas moléculas de rRNA, incluindo a região de sítio ativo (considerado uma ribozima).
Subunidade menor – decodificação do mRNA.
Maior – atividade de peptidil-transferase essencial para a formação da cadeia peptídica.
União das duas – sítio ativo de ligação as 3 mol. De tRNA necessárias para a síntese de proteínas
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Pareamento entre mRNA e Ribossomo
	Para o início da síntese proteica precisa ocorrer a ligação entre o mRNA e o ribossomo:
	Procarioto
	Sítio de ligação do ribossomo (RBS): 
	Sequência de mRNA (30 a 40nucleotídeos) que é recoberta pelo ribossomo;
	O códon de iniciação AUG está contida na sequência;
	mRNA possui uma sequência parcialmente complementar à uma região do rRNA, denominada Shine-Dalgarno ou sítio de ligação dos ribossomos (RBS). É uma sequência localizada a 7 nucleotídeos do códon AUG, em direção à extremidade 5’.
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Pareamento entre mRNA e Ribossomo
	Eucarioto
	Reconhecimento do Cap 5’: 
	A subunidade 40S do ribossomo reconhece o Cap 5’ e desloca-se pelo mRNA até encontrar o códon de iniciação AUG.
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Códon de iniciação e tRNA iniciador
	Em procariotos, o início da síntese proteica é definida pela RBS e pelo códon iniciador AUG (metionina);
	Em bactéria pode ser utilizado o GUG;
	No caso do códon iniciador AUG, o tRNA iniciador está ligado a uma metionina que contém um grupo formil ligado ao radical amino, formando tRNAfMet;
	Esse tRNA é utilizado somente como iniciador;
	Já o tRNAMet reconhece metioninas internas, nunca apresentando uma metionina formilada. 
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tRNA iniciador
	Somente o tRNAfMet liga-se ao sítio P do ribossomo, o qual é formado pelo mRNA e a subunidade 30S (procariotos);
	Único que liga-se ao fator de iniciação IF2;
	A ligação do tRNAfMet adicionado ao mRNA e à subunidade 30S forma o complexo de iniciação da tradução.
Diferença entre o início da síntese proteica em Eu e Procariotos
Em bactérias, o complexo de iniciação forma-se em um local específico (RBS), próximo ao códon AUG;
Em eucariotos, o Cap 5’ é reconhecido e a subunidade 40S desliza até o AUG.
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Etapas da síntese de proteínas
1. Ativação do aminoácido
2. Iniciação
3. Elongação
4. Terminação
5. Dobramento/processamento pós-tradução
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1. Ativação do aminoácido
Aminoacil-tRNA-sintetases
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Aminoacil- tRNA
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O ribossomo acomoda dois tRNAs carregados
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Sequencia de Shine-Dalgarno ou 
Ribossomal Binding site (RBS)
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2. Iniciação (bactéria)
Fatores de iniciação da tradução
IF-2 e IF-1 – favorecem o posicionamento do mRNA e do tRNA iniciador com a subunidade menor do ribossomo e IF-3 – interage com a subunidade menor impedindo a sua ligação com a subunidade maior.
tRNA carregado
formil-metionina
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2. Iniciação (eucariotos)
Etapa 1: formação do complexo de pré-iniciação 43S
Seleção do tRNA iniciador pelo eIF2. eIF1, eIF1A e eIF3 promovem e facilitam a ligação do complexo terciário.
Etapa 2: ligação do complexo 43S ao mRNA
Ligação do complexo 43S ao mRNA pelo reconhecimento da região 5’-cap. Ligação estimulada pela proteína PABP (polyA-binding protein. Varredura para reconhecimento de AUG.
Etapa 3: Formação do complexo 48S
43S encontra o codon iniciador – etapa irreverssível conduzindo a iniciacão da tradução
 Etapa 4: Formação do complexo iniciador 80S
Hidrólise de GTP-eIF2 libera eIF1 e eIF1A ocorrendo ligação da subunidade 60S. MettRNAi se encontra posicionado no sítio peptidil, liberando o sítio A permitindo a etapa do alongamento.
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2. Iniciação (eucariotos)
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Iniciação da tradução
	Procariotos: Shine-delgarno (Ribosome Binding Site)
	Consenso de Kosak
		hipótese do “scanning” pelo ribossomonecessidade do 5’ CAP
GCCRCCAUGG
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3. Alongamento
O 2° tRNA carregado se liga ao sítio A com a ajuda de um fator de alongamento, EF-Tu. 
EF-Tu primeiro se liga ao GTP. 
Este complexo ativado EF-Tu-GTP liga-se ao tRNA. 
Em seguida, a hidrólise de GTP do complexo ativa a ligação do aminoacil-tRNA ao sítio A, onde o EF-Tu é liberado, deixando o novo tRNA no sítio A.
A enzima peptidil transferase (ou sintetase), que faz parte da unidade 50S, promove a ligação peptídica entre os 2 aa’s (radical carboxila com grupo amino).
O dipeptídeo solta-se do 1° tRNA (o tRNAfMet ) e fica preso somente ao 2° tRNA, no sítio A.
O 1° tRNAfMet é ejetado.
Decodificação e atividade de peptidil-transferase
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Translocação
Conjunto ‘mRNA + tRNA + dipeptídeo’ se move de A para P, dando a impressão de que é o ribossomo que se desloca de 3 em 3 bases ao longo do mRNA. 
Esta etapa é mediada por fatores de alongamento EF-G e energia.
Um 3° tRNA carregado, correspondendo ao 3° códon do mRNA, se liga ao códon que ocupa agora o sítio A, desocupado pelo conjunto.
O processo se repete. 
Novos ribossomos se acoplam no início da fita de mRNA (extremidade 5’) e se movem na direção 5’-3’, sintetizando novas cadeias de aa.
Obs: Nos procariotos, o tRNA inicializador também pode reconhecer como códons inicializadores também GUG e raramente UUG. Em eucariotos, além do AUG, CUG também pode ser reconhecido como códon inicializador. Em eucariotos, a primeira metionina não é formilada, mas possui dois tipos de tRNA, um para a metionina inicializadora e outro para a interna do polipeptideo.
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Alongamento ainda...
	O alongamento continua até o aparecimento de um códon de parada (stop codon)
	UAA
	UAG
 UGA
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4. Terminação
Quando o sítio A chega ao códon de término (UAA, UAG, UGA) a proteína é ejetada e as duas subunidades se separam para repetir o processo.
 Quem reconhece o códon de término são os fatores de liberação - proteínas (RF1, RF2 e RF3), que se ligam ao sítio A e promovem a hidrólise da ligação tRNA-polipeptídeo. 
A energia é fornecida por GDP.
Polipeptídeo e tRNA são liberados.
OBS: Procariotos – identificados 3 fatores de término: RF1, RF2 e RF3.
RF1 – reconhece codons UAG e UAA
RF2 – reconhece UAA e UGA
Eucariotos – identificado somente 1 fator de termino eRF1 – que reconhece os 3 codons
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Terminação da Tradução
	Fator de terminação liga-se ao stop codon
	UAA, UGA, UAG
	Proteína é liberada
	Complexo é desfeito
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	Tempo de execução do
processo
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Possíveis erros no processo
	Erro na tradução
	Proteína 
incorretamente
produzida
	Dano metabólico
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Modificações pós-traducionais
	Formação de ligações dissulfeto/dobramento 
	Clivagem da cadeia
	Fosforilação
	Glicosilação
	Metilação/Acetilação
	Adição de âncoras lipídicas
Regulação da função protéica
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Síntese de proteínas acoplada ao ER
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Nuclear localization sequence (NLS) direciona proteínas para o núcleo
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Síntese e Processamento de Proteínas
Transcrito primário
mRNA maduro
Proteína (inativa)
Tradução
Transcrição
Processamento pós-transcricional
Dobramento
Modificações covalentes nos aminoácidos
Processamento
pós-tradução
Proteína ativa
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