Como se transmite a informação contida no DNA? ç Como se traduz
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Como se transmite a informação ç contida no DNA? Como se traduz a informação que se encontra num gene? Como se passa de um gene para uma característica? ¼ A síntese í t d proteínas de t í resume-se na transformação t f ã da d linguagem li codificada do DNA (sequência de nucleótidos) para a linguagem de proteínas (sequência de aminoácidos). ¼ A informação para a ordenação dos aminoácidos está contida nos genes (segmentos de DNA). DNA e proteínas p ¼ A forma, f estrutura t t e actividade ti id d de d uma célula él l depende d d da d presença de proteínas. proteínas ¼ A função das proteínas depende da sua conformação tridimensional que por sua vez, que, vez é determinada por uma sequência de aminoácidos aminoácidos. ¼ Quem contém a informação para especificar a sequência de aminoácidos das diferentes proteínas é a sequência de nucleótidos do DNA. DNA ¼ Enquanto que o DNA se localiza principalmente no núcleo, o RNA forma se no núcleo e migra para o citoplasma. forma-se citoplasma Estrutura do RNA A molécula de RNA é composta por uma cadeia de polinucleotídica que, em certas formas e zonas, pode dobrar-se sobre si devido à formação de pontes de hidrogénio entre bases complementares. Duas moléculas de RNA e um nucleótido. O ácido diferenças: ribonucleico (RNA) tem algumas cadeia g geralmente simples p ao invés de dupla; p ; a pentose é a ribose em vez da desoxirribose; possui a base azotada uracilo (U) em vez da timina. Célula eucariótica. Invólucro nuclear com poros Nucléolo C Cromatina ti Nas células eucarióticas o material genético encontra-se, encontra se na sua quase totalidade, confinado ao núcleo. núcleo Cromatina Agregados filamentosos de DNA e proteínas, presentes nos núcleos proteínas interfásicos das células eucarióticas. Micrografia de parte de uma longa molécula de DNA associada a proteínas. Célula procariótica. Cromossoma Unidade morfológica e fisiológica de cromatina. Os cromossomas, por condensação da cromatina, tornamse visíveis aquando da divisão da célula. Principais diferenças entre RNA e DNA RNA DNA U Uma cadeia d i polinucleotídica. li l tídi D Duas cadeias d i polinucleotídicas. li l tídi A pentose é a ribose. A pentose é a desoxirribose. As bases azotadas presentes são A A, As bases azotadas presentes são A, A G, U e C. G, T e C. A razão adenina-uracilo e guanina- A razão adenina-timina e guaninacitosina it i varia. i citosina it i não ã varia. i A quantidade varia de célula para A quantidade é constante em todas célula e dentro da mesma célula de as células da mesma espécie acordo com a actividade metabólica. (excepto gâmetas e certos esporos). Quimicamente pouco estável. Quimicamente muito estável. Pode ser temporário, temporário existindo por Permanente. Permanente curtos períodos. Apresenta três mensageiro, ribossómico. formas básicas: Somente uma forma básica. transferência, Quantos nucleótidos são necessários p para codificar os cerca de vinte aminoácidos? C d Codogene – tripleto t i l t (3 nucleótidos l ótid consecutivos ti d do DNA) que codifica um aminoácido sequências q de tripletos p codificam a ordenação ç de séries de aminoácidos que caracterizam as proteínas. Como decifrar o código g genético? g Marshall Nirenberg e Heinrich Matthaei, em 1961, elaboraram uma série de experiências que levaram à decifração do código genético. Utilizaram moléculas de mRNA, sintetizadas em laboratório, e todas as substâncias químicas e estruturais necessárias à tradução foram extraídas da bactéria Escherichia coli. Depois de sintetizada a molécula de mRNA, os investigadores colocaram-na no meio de cultura onde obtiveram os polipéptidos que se encontram no quadro cultura, seguinte. Experiências Molécula Sequências mRNA UUUUUUUUUUUU UUUUUUUUUUUU… Polipéptido Fen-Fen-Fen-Fen-… mRNA AAAAAAAAAAAA… Polipéptido Lis-Lis-Lis-Lis-… mRNA CCCCCCCCCCCC… Polipéptido Pro Pro Pro Pro Pro-Pro-Pro-Pro-… Khorana sintetizou moléculas de mRNA com nucleótidos alternados (por exemplo, ACACACACA…). Esta cadeia permitia dois tipos de combinações (ACA e CAC). Neste caso, a cadeia peptídica era formada por dois tipos de aminoácidos – treonina (Tre) e histidina (His). (His) ¼ Código genético – quadro de correspondência entre os 64 codões possíveis de nucleótidos e os cerca de 20 aminoácidos existentes. Código g genético g ¼ Tem T d haver de h um sistema i t d correspondência de dê i entre t a linguagem li d do DNA (sequências de nucleótidos) e a linguagem das proteínas (sequências de aminoácidos) – um código genético. ¼ Cada aminoácido é codificado p por um conjunto j de três nucleótidos – um tripleto ou codão – originando 64 combinações possíveis. ¼ A síntese de proteínas ocorre no citoplasma, ao nível dos ribossomas. ¼ Universalidade do código genético – apesar de excepções, excepções aplica-se aplica se a todos os seres vivos. ¼ Não é ambíguo – a um codão corresponde um e só um aminoácido, aminoácido sempre o mesmo. ¼ É redundante – vários codões são sinónimos (codificam o mesmo aminoácido). Este fenómeno é conhecido por degenerescência do código genético. genético ¼ O 3º nucleótido de cada codão não é tão específico como os dois primeiros – por exemplo: o aminoácido arginina (arg) pode ser codificado pelos codões CGU, CGU CGC, CGC CGA e CGG. CGG ¼ O tripleto AUG tem dupla função – codifica o aminoácido metionina (met) que é um codão de iniciação da síntese de proteínas. (met), proteínas ¼ Os tripletos UAA, UAG e UGA são codões de finalização ou STOP – representam sinais de fim de síntese, não codificando aminoácidos. Por exemplo, o RNAt com o anticodão UAC transporta o aminoácido codificado difi d pelo l codão dã do d RNAm RNA que lhe lh é complementar l t (AUG), (AUG) neste t caso a Metionina (Met). Características do código g genético g ¼ Universalidade – cada codão tem a mesma função em quase todos os seres vivos. ¼ Redundância – codões diferentes podem codificar o mesmo aminoácido. ¼ Precisão – o mesmo codão não codifica aminoácidos diferentes. ¼ Especificidade dos nucleótidos – os dois primeiros nucleótidos de cada codão são mais específicos. ¼ Codão de iniciação – o codão AUG inicia a leitura do código e também codifica a metionina. ¼ Codão de terminação – os codões UAA, UAA UAG e UGA terminam a síntese da proteína. Mecanismo da síntese proteica Duas etapas fundamentais: Transcrição da mensagem genética – segmentos de DNA codificam a produção de RNA. Tradução da mensagem genética – o RNA codifica a produção p odução de p proteínas. ote as 1º Transcrição ç – a informação ç contida no DNA é transcrita para uma sequência de ribonucleótidos que constituem uma molécula de RNA pré-mensageiro. DNA ¼ mRNA Transcrição. Fim da transcrição. Uma visão global da transcrição. Alguns intervenientes Funções Cadeia de DNA Molde para a síntese de RNA Nucleótidos de RNA (ribonucleótidos) Unidades para a síntese de RNA RNA polimerase (enzima) Catalisador das reacções ATP Fornece energia Transcrição ç da mensagem g genética g 1º - ligação da RNA polimerase a locais específicos do DNA, no núcleo; 2º - rompimento das pontes de hidrogénio e separação das cadeias de DNA; 3º - ligação de nucleótidos livres a uma das cadeias do DNA, que funciona como molde,, no sentido 5’3’,, formando-se o mRNA;; 4º - libertação ç do mRNA sintetizado;; 5º - restabelecimento das p pontes de hidrogénio g e da estrutura do DNA. Transcrição e processamento de mRNA em eucariontes. Processamento de RNAm – a molécula de DNA contém sequências de nucleótidos que não codificam informação (intrões), intercaladas com sequências que codificam difi (exões) ( õ ) – os intrões i t õ são ã retirados ti d e os exões õ unidos, tornando-se o RNA pré-mensageiro funcional (RNAm). (RNAm) Este RNAm abandona o núcleo, transportando a mensagem, ainda em código, para os ribossomas, onde a mensagem é descodificada, ou seja, é traduzida para a linguagem proteica. Processamento do mRNA O mRNA sofre um processo de maturação em que os intrões (sequências de nucleótidos sem significado na síntese proteica) transcritos são removidos e os exões (sequências de nucleótidos que especificam aminoácidos) são ligados entre si. Migração do mRNA O mRNA funcional abandona o núcleo em direcção ao citoplasma. citoplasma 2º Tradução ç – ocorre nos ribossomas e consiste na transformação da mensagem contida no RNAm na sequência de aminoácidos que constituem a proteína. RNAm ¼ Proteínas Intervenientes Funções mRNA Contém a informação para a síntese de proteínas. A i á id Aminoácidos M lé l básicas Moléculas bá i para a construção t ã de proteínas. tRNA Transfere os aminoácidos para os ribossomas. Ribossomas Sistemas de leitura onde ocorre a tradução. ç Enzimas Catalisam as reacções. ATP Transferem energia para o sistema sistema. Constituição de um ribossoma. Codão – cada tripleto do RNAm que codifica um determinado aminoácido ou o início ou o fim da síntese proteica. tRNA ou RNA de transferência ¼ Faz a selecção e transporte do aminoácido apropriado e faz o reconhecimento do codão correspondente do mRNA. ¼ Cada molécula de tRNA possui: uma sequência de três nucleótidos, chamada anticodão anticodão, que é complementar de uma sequência de três nucleótidos do mRNA, chamada codão. O anticodão reconhece o codão, codão ligando-se a ele; uma região iã que lhe lh permite it fixar fi um aminoácido i á id específico, ífi l local l aminoacil, na extremidade 3’; locais l i para ligação li ã ao ribossoma; ribossoma ib locais p para ligação g ç às enzimas intervenientes na síntese p proteica. O RNA de transferência (RNAt) transporta os aminoácidos para os ribossomas (locais onde ocorre a síntese proteica), onde vão ser ordenados segundo o código expresso no RNAm. Cada molécula de RNA de transferência possui uma sequência de 3 nucleótidos designada de anticodão anticodão, complementar de um codão do RNAm. Na outra extremidade liga-se g o aminoácido codificado pelo codão do RNAm, complementar do anticodão que o RNAt possui. A tradução comporta 3 etapas sucessivas: iniciação, alongamento e finalização. Fase de iniciação da tradução. Iniciação – o RNAm e o RNAt iniciador (com o aminoácido metionina) ligam-se à subunidade pequena de um ribossoma, a subunidade grande liga-se g g ao conjunto j e o ribossoma fica funcional. Etapas da síntese proteica A - Iniciação Ligação do mRNA e do tRNA iniciador iniciador, que transporta o aminoácido Metionina, subunidade pequena do ribossoma. Junção da subunidade grande ao conjunto. à Ribossoma em funcionamento. Crescimento (alongamento ou elongação) do polipéptido. Alongamento – um novo RNAt, com o 2º aminoácido, liga-se ao 2º codão, formando-se a 1ª ligação peptídica entre o aminoácido agora transportado p e a metionina;; o ribossoma avança ç 3 bases, o 1º RNAt desprende-se e o processo vai-se repetindo ao longo do RNAm. B - Alongamento Ligação de um novo tRNA, tRNA com outro aminoácido, ao segundo codão do mRNA. Formação de uma ligação peptídica entre os dois aminoácidos. Avanço de três bases pelo ribossoma. Repetição do processo ao longo do mRNA. Conclusão da síntese proteica (A). Os diferentes componentes separam-se (B). Finalização – quando o ribossoma chega a um dos codões de finalização (UAA, UAG, UGA) a proteína destaca-se,, e as síntese termina – a p subunidades do ribossoma separam-se. C - Finalização Chegada do ribossoma a um dos codões de finalização. finalização Libertação da proteína proteína. Separação subunidades. do ribossoma nas suas Características da síntese de proteínas p ¼ complexidade – intervenção de vários agentes; ¼ rapidez – proteínas complexas produzidas em apenas alguns minutos; i t ¼ amplificação lifi – transcrição i repetida id da d mesma zona de d DNA e tradução repetida do mesmo mRNA. Visualização da transcrição. Moléculas de mRNA (A) cadeias (A), d i llaterais, t i são ã sintetizadas i t ti d a partir ti de d uma cadeia de DNA (B), no eixo central. Síntese simultânea de vários péptidos a partir do mesmo mRNA Polirribossomas ¼ Conjunto de ribossomas ligados por um filamento de RNA RNA. ¼ Cada ribossoma traduz a informação genética contida no mRNA e sintetiza a correspondente proteína. ¼ Num dado momento a biossíntese está em diferentes estádios.
