Funções Material Genético parte2

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18/08/2019
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Funções do material 
genético
Profa Elizângela Emídio Cunha
2019
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Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Centro de Biociências
Departamento de Biologia Celular e Genética
DBG0051 – Genética para Ecologia
O Código Genético
• 1ª Hipótese: a proteína é um arranjo linear de
aminoácidos, assim como um ácido nucléico é um
arranjo linear de nucleotídeos.
– Estudos de sequenciamento dos aminoácidos nas
proteínas foram correlacionados com a sequência exata de
nucleotídeos no DNA.
– Logo, a informação genética codificada no DNA é
repassada fielmente ao RNAm que, no citoplasma, é
traduzida em uma cadeia polipeptídica (proteína).
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O Código Genético
• 2ª Hipótese: existência de um código genético.
– Problema básico: de que modo um código escrito com
quatro nucleotídeos (A, T, G e C) corresponderia a um
outro código com 20 aminoácidos diferentes que podem
ser encontrados numa cadeia polipeptídica?
?
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Fonte: Pierce (2012).
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Fonte: Pierce (2012).
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Fonte: Pierce (2012).
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Fonte: Pierce (2012).
Decifração do código genético
• Duas etapas:
• 1ª etapa (idéias e especulações): seria necessária, no mínimo,
uma combinação de três nucleotídeos do RNAm para codificar
cada aminoácido.
• CÓDON: conjunto de nucleotídeos que codificam um único aminoácido.
– Se um códon consistisse de UM ÚNICO NUCLEOTÍDEO, existiriam apenas
QUATRO CÓDONS (A, G, C e U) diferentes, os quais codificariam apenas quatro
aas diferentes. Mas, existem 20 aas diferentes para codificar!
– Se um códon consistisse de DOIS NUCLEOTÍDEOS (tipo GU, AC, AA etc.), haveria
4 × 4 = 16 CÓDONS possíveis, o que seria insuficiente para codificar os 20 aas!
– Com TRÊS NUCLEOTÍDEOS (tipo AGA, AUC, AAA etc.) haveria 4 × 4 × 4 = 64
CÓDONS POSSÍVEIS, sendo mais que suficiente para codificar os 20 aas!
• De fato, um códon consiste da combinação de três nucleotídeos!
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Decifração do código genético
• 2ª etapa: a decifração definitiva teve início em 1960.
– Descoberta da síntese de cadeias polipeptídicas in vitro por
meio do uso de RNAm sintético de composição de bases
conhecida.
– Síntese de RNAm pela enzima polinucleotídeo fosforilase, que
não usa nenhuma fita de DNA como molde, e assim a sequência
de nucleotídeos no RNAm depende exclusivamente da
composição de bases no meio.
• Ex: Se o único nucleotídeo presente for o UDP – difosfato de
uridina – o RNAm sintético será um homopolímero contendo
apenas uracila (U).
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Decifração do código genético
• CÓDON: sequência de três nucleotídeos que
codificam um determinado aminoácido.
– 1º códon descoberto: correspondente ao aminoácido
fenilalanina.
• Quando um RNAm sintético contendo apenas uracila (poli-
U) era usado para dirigir a síntese protéica in vitro, a
proteína formada continha apenas fenilalanina. Logo, o
códon 5’ UUU 3’ codifica o aminoácido fenilalanina.
• Depois: RNAm contendo apenas adenina (poli-A) produzia a
lisina, cujo códon é 5’ AAA 3’; e RNAm contendo apenas
citosina (poli-C) produzia a prolina, cujo códon é 5’ CCC 3’.
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Decifração do código genético
• Os códons contendo mais de um tipo de nucleotídeo foram
identificados usando-se RNAm sintéticos com dois tipos de
base.
– Ex: numa reação com os nucleotídeos adenina (ADP:
difosfato de adenina) e citosina (CDP: difosfato de citosina)
na proporção de 70% e 30%, respectivamente, o RNAm
sintético conterá 70% de A e 30% de C.
• OBS: Embora seja possível determinar a composição percentual do
RNAm como um todo, a sua sequência de bases será
desconhecida.
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Decifração do código genético
• Ex: no caso acima, a sequência 5’ AAA 3’ tem probabilidade
de 0,7 X 0,7 X 0,7 = 0,343. Isto significa que 34,3% dos códons
são presumivelmente deste tipo (5’ AAA 3’) .
• As probabilidades dos demais códons são:
• 5’ AAC 3’ = 5’ ACA 3’ = 5’ CAA 3’ = 0,7 X 0,7 X 0,3 =
0,147
• 5’ ACC 3’ = 5’ CAC 3’ = 5’ CCA 3’ = 0,7 X 0,3 X 0,3 =
0,063
• 5’ CCC 3’ = 0,3 X 0,3 X 0,3 = 0,027
• A probabilidade total será de 100%: 34,3% + 3x(14,7%)
+3x(6,3%) + 2,7% = 100%. 12
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Decifração do código genético
• A identificação dos códons e dos seus respectivos aminoácidos
pode ser feita correlacionando-se a frequência esperada de um
tipo de códon com as frequência de cada aminoácido
encontrado na cadeia polipeptídica.
– Ex: para o RNAm anterior (70% A : 30% C), a determinação de
que o aminoácido asparagina se encontra na frequência de
aproximadamente 14,7% indica que ele é codificado por um
códon contendo 2A e 1C.
• OBS: esse método não identifica a sequência correta dos nucleotídeos
nos códons com a mesma composição de bases. Assim, não se sabe
qual códon é o da asparagina: ou 5’ AAC 3’ ou 5’ ACA 3’ ou 5’ CAA 3’.
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Decifração do código genético
• Niremberg & Leder (1964): desenvolveram um método mais
eficiente para determinar os 64 códons.
– Descobriram que moléculas de RNAt carregadas com seu aminoácido
específico se ligam ao complexo ribossomo – RNAm.
• Ex: quando um RNAm poli-U (homopolímero) é misturado aos ribossomos,
somente RNAt da fenilalanina se prende àquele complexo.
– A ligação específica do RNAt não requer longas moléculas de RNAm,
sendo suficiente apenas um trinucleotídeo para a ligação. Ex: o
trinucleotídeo 5’ UUU 3’ resulta na ligação RNAt – fenilalanina; e o
trinucleotídeo 5’ AAC 3’ promove a ligação RNAt – asparagina.
– Assim, eles decifraram os 61 códons que codificam todos os 20
aminoácidos.
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Fonte: Pierce (2012).
Decifração do código genético
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Propriedades do código genético
• Na síntese de proteínas a partir da informação genética
do DNA, o código genético obedece a algumas
propriedades:
1ª) O códon ou unidade do código genético é constituído
de três nucleotídeos;
– Crick et al. (1961): induziram mutações não-funcionais no fago T4
pela retirada ou inserção de 1 a 2 nucleotídeos. Quando retiravam
ou inseriam três, a funcionalidade do gene era restabelecida.
– Khorana (1966): RNAm de sequência 5’ UGU GUG UGU 3’
produzia uma cadeia polipeptídica com dois tipos de
aminoácidos: cisteína – valina – cisteína, indicando que o códon 5’
UGU 3’ era o da cisteína e o códon 5’ GUG 3’ o da valina.
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Propriedades do código genético
• 2ª) O código tem ponto inicial: 5’ AUG 3’ no RNAm , que se
liga ao aminoácido formil-metionina (procariontes) e
metionina (eucariontes).
• OBSERVAÇÕES:
 Nem todas as proteínas se iniciam com este aminoácido, pois existem
enzimas que o removem. Assim, a sequência peptídica funcional pode se
iniciar no 2º aminoácido.
 Além disso, proteínas que serão exportadas para organelas ou para o
exterior da célula podem se iniciar a partir do 16º até o 31º aminoácido
(após a eliminação de uma sequência de 15 a 30 aminoácidos na sua
sequência guia - extremidade amino-terminal) .
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Propriedades do código genético
• 3ª) O código não é sobreposto:
– Cada grupo de três nucleotídeos especifica somente um
aminoácido, enquanto num código sobreposto codificaria vários
aminoácidos.
– Ex: a sequência 5’ ACUGCA 3’ codifica sem sobreposição apenas
dois aminoácidos: 5’ ACU 3’ = treonina e 5’ GCA 3’ = alanina.
Ex: Se o código fosse sobreposto em dois nucleotídeos, esta mesma
sequência codificaria quatro aminoácidos: 5’ ACU 3’ = treonina; 5’
CUG 3’ = leucina; 5’ UGC 3’ = cisteína; e 5’ GCA 3’ = alanina. Se
fosse sobreposto em um nucleotídeo, seriam codificados dois
aminoácidos: 5’ ACU 3’ = treonina e 5’ UGC 3’ = cisteína; e
sobrariam os nucleotídeos 5’ CA 3’ que não encaixam aa.
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Propriedades do código genético
• 3ª) O código não é sobreposto:
– A conclusão sobre a não sobreposição foi obtida mediante
estudos da sequência de aminoácidos em mutantes para a capa
protéica do vírus do mosaico do tabaco – TMV. A mutação
alterava apenas um aminoácido.
– Veja no caso anterior (5’ ACUGCA 3’): se G for trocada por
C e se não existe sobreposição, então a alanina (5’ GCA 3’)
será trocada por prolina (5’ CCA 3’).
• Se houvesse sobreposiçãoem dois nucleotídeos, seriam alterados
vários códons e, consequentemente, mais de um aminoácido,
assim: 5’ ACU 3’ = treonina; 5’ CUC 3’ = leucina; 5’ UCC 3’ =
serina; e 5’ CCA 3’ = prolina. Note que 5’ CUG 3’ = 5’ CUC 3’ =
leucina.
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Propriedades do código genético
• 4ª) O código não tem vírgulas:
– Na leitura correta dos códons não há nenhum nucleotídeo
no RNAm diferente dos quatro (A, G, C e U) normais que
funcione como vírgula, separando os códons um do outro,
ou seja, “v” em 5’ vACUvGCAv 3’ funcionaria como vírgula.
– Isto não existe! Pois todos os polinucleotídeos sintéticos
formados a partir de um único nucleotídeo (poli-A, poli-G,
poli-C e poli-U) são traduzidos.
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Propriedades do código genético
• 5ª) O código é degenerado:
– Pela tabela do código genético notamos que a maioria dos
aminoácidos é codificada por mais de um códon diferente.
• 61 códons para 20 aminoácidos (média de 3,05 códons/aa).
– A degenerescência é variada entre os 20 aminoácidos. Ex: serina,
arginina e leucina são codificadas por 06 códons diferentes;
valina é codificada por 04 códons diferentes; isoleucina por 03
códons etc.
– Apenas metionina e triptofano são codificados por um único
códon cada: 5’ AUG 3’ e 5’ UGG 3’, respectivamente.
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Propriedades do código genético
• 5ª) O código é degenerado:
– Sobretudo para a 3ª base, na posição 3’. Pela tabela, todos os aas para
os quais o código é degenerado têm as duas primeiras bases em
comum, exceto leucina, serina e arginina (com seis códons cada).
– O pareamento do códon do RNAm com o anticódon do RNAt ocorre
de forma antiparalela entre a 3ª base do códon na posição 3’ e a 1ª
base do anticódon na posição 5’.
– Existem pareamentos fortes (entre A e U; e G e C) e fracos ou
oscilantes (os demais). Os pareamentos oscilantes aumentam a
degenerescência do código na 3ª base do códon.
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Fonte: Pierce (2012).
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Propriedades do código genético
• 5ª) O código é degenerado:
– Se as duas primeiras bases que codificam um aa são diferentes,
então há necessidade de RNAts diferentes, e o pareamento com
o RNAm será forte.
• Ex: serina (os códons 5’ UCU 3’ e 5’ AGU 3’ do RNAm requerem RNAts
com os anticódons 5’ AGA 3’ e 5’ ACU 3’, respectivamente).
– Vantagem evolutiva da degenerescência: tornar o código mais
estável e protegido contra os efeitos da mutação.
 Ex: no códon 5’ GCU 3’ a troca de U por C ou A ou G não faria
diferença, uma vez que 5’ GCC 3’ ; 5’ GCA 3’ e 5’ GCG 3’ codificam o
mesmo aminoácido: alanina.
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Propriedades do código genético
• 6ª ) O código não é ambíguo:
– Em condições naturais, um códon não codifica
dois ou mais aminoácidos diferentes.
Exceção: em certas condições artificiais (alterações no pH,
temperatura ou presença de estreptomicina no meio de cultura) o
códon 5’ UUU 3’ da E. coli codifica tanto fenilalanina como leucina,
treonina e isoleucina.
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Propriedades do código genético
• 7ª) O código é universal:
– Os códons especificam sempre os mesmos aminoácidos
em todos os organismos vivos.
– Ele é UNIVERSAL, porque é DEGENERADO.
Demonstração: RNAm e ribossomos de reticulócitos de coelhos
foram corretamente reconhecidos por RNAts de E. coli, com síntese
da hemoglobina.
Exceções: alguns códons assumem significados diferentes em
mitocôndrias de algumas espécies.
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28Fonte: Pierce (2012).
protozoários
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Propriedades do código genético
• 7ª) O código é universal:
– Consequências:
• Evolutiva: a origem da vida na terra deve ter sido única,
sendo o conjunto de proteínas e enzimas necessárias
para a sobrevivência similar em todos os seres vivos.
No entanto, os seres vivos exibem uma diversidade
extremamente grande tanto de aspectos e comportamentos
quanto das proporções A/T e G/C.
• Obtenção dos organismos transgênicos.
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Propriedades do código genético
• 8ª) O código tem ponto final:
– O término da leitura da fita de RNAm é determinado por
três códons de terminação: 5’ UAA 3’; 5’ UAG 3’ e 5’ UGA
3’, que não são lidos por RNAts.
– Em vez disso, estes códons possuem afinidade para se ligar
a proteínas específicas conhecidas como fatores de
ligação.
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