Código Genético e Síntese de Proteínas

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Código Genético e Síntese de Proteínas
precisão é importante, pois os genomas evoluíram em sua organização gênica estabelecendo para cada gene a codificação de um produto altamente específico.
Na tradução as interações entre os códons (uma sequência de três nucleotídeos correspondente a um determinado aminoácido) das moléculas de RNA mensageiro (mRNA) com os anticódons (uma sequência de três nucleotídeos presente no tRNA complementar e que interage com o códon por pareamento de bases) dos RNAs transportadores (tRNA) governa a formação da sequência de aminoácidos da proteína nascente.
a presença dos ribossomos é decisiva para a precisão e a interpretação do código genético
tRNA carregam os aminoácidos específicos, sendo denominados aminoacil-tRNAs e interagem com o ribossomo e códon
Os ribossomos compreende todas as atividades necessárias para a síntese de proteínas.
Os ribossomos são formados por duas subunidades de tamanho muito maior que as moléculas de aa-tRNAs
Código genético
informação genética está armazenada no DNA na forma de trincas (trinucleotídeos)
código genético tem três principais aspectos: 
(1) as quatro bases nitrogenadas 
(2) cada códon é representado por uma trinca de bases e, portanto, existem 64 possíveis códons 
(3) são codificados, pelo código genético, os 20 aminoácidos presentes nas proteínas
códons de terminação. (UAA, UAG e UGA)
códons sinônimos = dif combinação de base p mesmo aminoácido
por apresentar códons sinônimos e que a alteração na 3 base não muda o aminoácido, o código genético e chamado degenerado
parcialmente degenerado é quando a variação da base na terceira posição ocorre apenas dentro dos grupos das purinas ou pirimidinas.
Apesar de degenerativo, mostra-se eficaz contra mutação, pois a variação em algumas bases não resulta em mudança do códon.
A organização do código genético reflete também as similaridades na estrutura físico-química dos aminoácidos, como, por exemplo, todos os códons contendo a base U na segunda posição codificam aminoácidos hidrofóbicos
Código genético constante em todas espécies, c algumas exceções.
cada sequência de mRNA existem três possíveis modos de síntese da proteína, denominadas fases de leitura
isso ta relacionado a quando a leitura começa, seja no 1, 2 ou 3 codon resultando 3 sequencias de aminoácidos diferentes.
qualquer alteração na sequência do mRNA terá consequência
Uma inserção ou deleção de bases pode alterar a sequência de aminoácidos na proteína
Uma fase de leitura que contenha somente trincas que codificam aminoácidos é denominada sequência aberta de leitura (ORF, de open reading frame). 
uma ORF tem a primeira trinca um códon AUG (metionina) seguido de várias outras trincas e finalizando com um dos códons de terminação.
3 Teorias da evolução do código genético:
A primeira considera que a definição dos códons para seus aminoácidos está relacionada à afinidade fisico-química entre o aminoácido e o anticódon. 
A segunda teoria, sugere que a estrutura do códon coevoluiu com as rotas de biossíntese dos aminoácidos
A última teoria, denominada “minimizar o erro”, indica que o fator principal na evolução está relacionado com a seleção de códons que diminuem o erro das mutações durante a tradução.
RNAs transportadores
a síntese proteica é determinada por dois fatores: a disponibilidade do aminoacil-tRNA contendo o aminoácido correspondente ao códon sendo lido pelo ribossomo e a seleção precisa desse aminoacil-tRNA no ribossomo.
Estrutura dos tRNAs
Essa estrutura secundaria, denominada folha de trevo, apresenta pareamento entre sequências complementares na molécula de tRNA
Nessa estrutura existe a presença de pareamento formando hastes e fitas sem pareamentos formando as alças resultando em 5 braços:
Aceptor: possui uma sequencia de fita simples (CCA) q possui 3’oh da A livre para ligar ao aminoácido
D: possui bases nitrogenadas modificadas diidrouridina por isso D
Anticódon: possui no ápice da alça uma trinca anticódon 
TΨC: possui uma pseudouridina
Variável: possui diferentes tamanhos
Bases não usuais (psi e D), resultados de modificações das 4 b.N., a presença é característica de tRNA
modificações ocorrem nas bases já existentes na molécula pelas alterações ou adições realizadas por enzimas específicas que modificam tRNAs
conferem aos tRNAs uma maior versatilidade em estrutura, podem estar relacionadas a diferentes funções
essas modificações não são necessárias, mas sempre acontece.
Os tRNAs são denominados em função do aminoácido que representam, existindo pelo menos um tRNA para cada aminoácido.
tRNA contendo o anticódon da metionina é denominado met-tRNA
estrutura terciária de L conservada contendo pequenas variações individuais por espécies
região do anticódon estão posicionadas nas duas extremidades do L
Os tRNAs apresentam propriedades importantes: 
capacidade de representar apenas um aminoácido ligando-se covalentemente a ele; 
e capacidade de conter anticódon, complementar ao códon
alguns tRNA possuem a base inosina (I) ocupando a primeira posição (que pareia com a terceira posição do códon), essencial para diferenciação
pareamento com a terceira base do códon é menos rígido, AUG pode ser lido como AUA, mas com a presença de inosina isso impede de acontecer.
tRNA1 e tRNA2	 diferentes para o mesmo aminoácidos = isoaceptores
Ativação dos tRNAs e as aminoacil-tRNA-sintetases
O processo de ligação do aminoácido com o tRNA é realizado por um grupo de enzimas denominadas aminoacil- -tRNA sintetases (aaRSs).
O aminoácido e os tRNAs reconhecidos por uma aaRSs recebem a denominação de cognato.
A aaRSs que reconhece o aminoácido prolina é denominada prolil-tRNAPro-sintetase, tendo a prolina como o aminoácido cognato, e os tRNA1 Pro e tRNA2 Pro seriam seus tRNAs cognatos.
Primeiro: ativação do aminoácido (aa) por meio da ligação ao ATP, formando aminoaciladenilato (aa-AMP). 
Segundo: o aminoácido é transferido para a extremidade 3' do tRNA 
Existe correção de erro na ligação de aa similar.
tRNAs supressores
tRNA supressores tem um anticódon alterado que realiza a leitura do códon introduzindo modificações no peptídeo, ex:
leitura de um códon de terminação como um códon para um aminoácido, alterando a sequência da proteína.
. Ribossomos
duas subunidades contendo moléculas de RNA associadas com proteínas responsáveis pela decodificação da informação genética em aa.
Composição e estrutura
A subunidade menor é responsável pela decodificação do mRNA e a maior contém a atividade de peptidil-transferase essencial para a formação da cadeia peptídica
as duas subunidades gera os sítios ativos de ligação às três moléculas de tRNA e um túnel para a saída da cadeia da proteína nascente.
proporção de 1:2 de r-proteínas e rRNA
ribossomos eucarióticos são estruturalmente maiores que os de procarióticos, no tamanho das subunidades, no tamanho dos rRNAs, e na quantidade de r-proteínas
polissomos = vários ribossomos atuam simultaneamente realizando a síntese proteica
Estrutura e dinâmica dos sítios ativos do ribossomo
O sítio A liga preferencialmente aminoacil-tRNA que será incorporado na cadeia polipeptídica; o sítio P liga tanto Met-tRNA (tRNA iniciador) como posiciona o peptidil-tRNA; e o sítio E é ocupado com os tRNAs desacetilados antes da sua dissociação do ribossomo
todos os aminoacil-tRNAs se associam ao ribossomo, inicialmente pelo sítio A, depois ocupam o sítio P e realizam sua dissociação pelo sítio E.
a subunidade menor tem funções de apresentar o caminho que deve ser realizado (mRNA), conter a região decodificadora e o mecanismo para controlar a fidelidade da tradução. 
Na subunidade maior, o centro catalítico (ligação peptídica), a atividade de polimerização dos aminoácidos e o túnel de saída da proteína.
região do mRNA que liga ao ribossomo apresenta duas características principais: 
(1) deve conter o códon de iniciação AUG (formil-metionina); 
(2) deve possuir a sequência de nucleotídeos, denominada sítio de ligação dos ribossomos (RBS) ou sequências S/D (Shine-Dalgarno),
modelo proposto para o início da síntese de proteínas,em eucariotos, baseia-se no reconhecimento de CAP em 5' pela subunidade 40S
existe um tRNAi(iniciador) especifico para a met AUG responsável pelo inicio da tradução q nunca faz parte da tradução da met interna, sendo este outr tRNA responsável.
tRNAi: capacidade de ligação ao sítio P parcial, único capaz de se ligar ao fator de iniciação IF2 ou eIF2
Síntese de proteínas
três etapas: início, alongamento da cadeia peptídica e término
fatores (proteínas) do início da síntese proteica são identificados como IF, do alongamento como EF e do término como RF. Em eucariotos : eIF, eEF e eRF
Início
tRNAi + subunidade menor do ribossomo + IF ou eIF
IF3, ou eIF3, associa e impede a subunidade menor do ribossomo ligar com a subunidade maior.
o IF2 ou eIF2, apresenta a função de se ligar ao tRNA iniciador com a subunidade menor do ribossomo
Em Procariotos
Subunidade menor dissociado da subunidade maior pela interação com o fator IF3
IF1 e IF2 se ligam a este complexo para favorecer o posicionamento do tRNA iniciador e do mRNA
alteração conformacional do complexo, permitindo o pareamento do códon AUG com o anticódon do tRNA no sítio P
formação complexo de início da tradução 70S onde ocorre a ligação da subunidade maior com ativação do mecanismo de hidrólise de GTP associado a IF2. Com a ligação da subunidade 50S, os fatores se dissociam do complexo
 Eucariotos
início da síntese de proteínas contem três principais complexos intermediários
Etapa 1: Formação do complexo de pré-iniciação 43S
formação do complexo terciário eIF2- -GTP-Met-tRNAi
fatores de iniciação eIF1, eIF3 se ligam juntos à subunidade 40S, promovendo ou facilitando a ligação do complexo terciário eIF2-GTP-Met-tRNAi.
If6 liga a subunidade maior p q essa não se una tbm.
Etapa 2: Ligação do complexo 43S ao mRNA
Sub. Menor liga ao mRNA pelo reconhecimento da região 5'-CAP
eIF4F reconhece o CAP
Etapa 3: Formação do complexo 48S
A sub.menor procura no mrna o códon AUG, em mamíferos este códon se encontra numa região especifica chamada kozak por apresentar uma sequencia já conhecida
Assim que encontra o AUG o GTP é hidrolisado do eIF2 e o GDP-eIF2 dissocia
Etapa 4: Formação do complexo iniciador 80S
Assim q o GDP-eIF2 sai, a sub.maior se liga a sub.menor liberando os outros eIFs
Como o tRNAi já contem a formil-met já posicionada a síntese pode começar.
Alongamento da cadeia polipeptídica
Temos decodificação, transferência do peptídeo e translocação.
Decodificação e atividade de peptidil-transferase
2 metodos de fidelidade, sendo o 1º: interação códon-anticódon, controlada pelo ribossomo (pro e eucaria). Existe eEFs (fatores de alongamento).
procarióticos, o fator EF-Tu-GTP é responsável pela sua ligação a todos os aa-tRNAs e a apresentação no sítio A do ribossomo, e se estiver correto ativa o centro catalítico que mantem o aa e retira o tRNA e os EFs permitindo a ligação peptídica pela subunidade maior do ribossomo plea peptidil-transferase
envolve o ataque nucleofílico do grupamento amínico do aminoácido localizado no sítio A ao grupamento carboxílico do peptídeo posicionado na sítio P, formando ligação peptidica
Segundo, é o mecanismo de correção de erro: pareamento incorreto códon-anticódon, após a liberação do EF, o ribossomo ainda pode eliminar o aa-tRNA não cognato.
Translocação
alongamento da cadeia peptídica é denominada translocação
após o término da reação de peptidil-transferase ocorre espontaneamente um movimento dos tRNAs.
tRNA do P vai pro E, e o do A vai pro P. (ordem de sítios: E P A)
só que eles so locomovem a parte superior ligada a sub.amior ficando inclinado E\P\A, necessitando EFs
1. quando o peptidil-tRNA está ocupando o sítio P, ocorre a apresentação do aa-tRNA ligado ao fator EF-Tu/GTP no sítio A do ribossomo;
2. a formação do pareamento códon-anticódon e a hidrólise de GTP com liberação de EF-Tu/GDP; 
3. a formação da ligação peptídica pela atividade de peptidil-transferase; 
4. o movimento parcial dos tRNAs no ribossomo (somente a região posicionada na subunidade maior), gerando os híbridos A/P e P/E; 
5. finalmente ocorre o movimento de translocação total dos tRNAs, estimulado por EF-G/GTP, gerando ribossomos que contêm o peptidil-tRNA no sítio P e o aparecimento no sítio A do próximo códon.
Término da síntese de proteínas
O término da síntese de proteínas ocorre no momento em que um dos três códons de terminação é exposto no sítio A.
O reconhecimento desses códons não é realizado por um tRNA, como nos processos de início e alongamento da cadeia polipeptídica, mas por uma molécula de proteína
procarióticos, foram identificados três fatores de término principais, sendo denominados RF1, RF2 e RF3
RF1 e RF2 são responsáveis pelo reconhecimento dos três códons de terminação
eucarióticos, foi identificado somente um fator de terminação (eRF1) capaz de reconhecer os três códons.
Procariotos, RF3 relacionado c eventos finais de tradução, liberando os fatores RF1 ou RF2 do sítio do ribossomo. 
Em eucariotos, eRF3 forma um heterodímero com eRF1 para realizar a liberação da cadeia peptídica dos três códons de terminação.
RF apresentam uma estrutura similar às moléculas de tRNA
Saída da cadeia peptídica do ribossomo
etapa final da síntese de proteínas está relacionada com a liberação da cadeia peptídica
a cadeia polipeptídica nascente se encontra localizada no túnel de saída do ribossomo
RESUMO DO LIVRO
Neste capítulo, são apresentados os mecanismos gerais utilizados pelas células para sintetizar as suas proteínas. Na tabela do código genético, estão organizadas as trincas de nucleotídeos presentes nas moléculas de RNA mensageiro correspondentes aos diferentes aminoácidos. Entre as 64 possíveis combinações de três nucleotídeos, 61 delas correspondem aos diferentes aminoácidos, sendo as restantes responsáveis pela finalização da síntese da proteína. Os códons que representam o mesmo aminoácido podem variar na terceira posição, sendo possível uma variação total (qualquer das quatro bases corresponde ao mesmo aminoácido) ou parcial, ocorrendo a substituição dentro do grupo das purinas ou pirimidinas. As moléculas de tRNAs apresentam uma estrutura conservada, sendo, no entanto, reconhecidas por aminoacil-tRNA-sintetases específicas que realizam a ligação ao aminoácido correspondente. O tRNA ligado aos seus respectivos aminoácidos (aa-tRNA) contém a sequência do anticódon que reconhece os códons no mRNA, realizando o pareamento entre as bases (códon-anticódon). Um tRNA iniciador contendo metionina (tRNAi-Met) é utilizado no início da síntese de proteínas, pois apresenta a característica de ligação ao fator iniciador IF2 (procariotos) ou eIF2 (eucariotos) e também de se ligar ao sítio P parcial do ribossomo. Este tRNAi-Met apresenta uma sequência de bases no anticódon complementar ao códon AUG presente no mRNA. Os ribossomos são formados por moléculas de RNA (rRNA) e diversas proteínas, apresentando uma estrutura conservada entre os diferentes organismos. A estrutura funcional é formada pela associação das duas subunidades (menor e maior). Cada subunidade apresenta diferentes centros ativos, todos relacionados com o processo de síntese de proteínas. Os principais centros ativos são os sítios P (peptidil), A (aminoacil), E (saída do tRNA desacetilado), peptidil-transferase e o sítio de ligação do mRNA. Os três primeiros centros ativos (P, A e E) são formados pela associação das duas subunidades, estando parcialmente representados em cada subunidade. Entretanto, o sítio de atividade de peptidil-transferase está localizado na subunidade maior, e o sítio de ligação do mRNA está presente na subunidade menor do ribossomo. Durante a síntese de proteínas, os ribossomos carregam dois tRNAs ao mesmo tempo, sendo um posicionado no sítio P (ligado ao peptídeo nascente) e outro no sítio A (aa-tRNA). Portanto, o movimento dos tRNAs durante a síntese do peptídeo ocorre através da entrada no sítio A, onde, após a ligação peptídica, se movimenta para o sítio P e finalmente é eliminado do ribossomo através do sítio E. Além destas moléculas de RNA (mRNA, tRNA erRNA-ribossomo), fatores proteicos associados são necessários durante todas as etapas da síntese de proteínas. A síntese de proteínas pode ser dividida em três etapas principais: início, alongamento e término. Para o início da tradução, são necessários a subunidade menor do ribossomo, o tRNA iniciador e os fatores iniciadores IF e eIF. Durante a etapa de alongamento da cadeia peptídica, a subunidade maior deve se associar originando o ribossomo completo. Nesta etapa, ocorre também, a participação de fatores proteicos denominados EF ou eEF. Um dos fatores EF é responsável pela ligação aos aa-tRNAs e sua apresentação ao sítio A do ribossomo. Após a reação de peptidil-transferase, outro fator EF se liga ao sítio A induzindo o movimento total do ribossomo (translocação) e o posicionamento no sítio A do próximo códon do mRNA. O término da síntese proteica ocorre quando no sítio A é exposto a um dos códons de terminação. Esses códons são reconhecidos por fatores de terminação (RF) que são moléculas de proteína, e não de tRNA, indicando o final da síntese do peptídeo.