COMPOSICAO QUIMICA

O texto a seguir relata a maior descoberta dos últimos 50 anos e os diferentes autores receberam vários prêmios Nobel:

Para que cada célula funcione, é necessária, a realização de uma enorme quantidade de reações químicas que se processam no interior das células, reguladas por enzimas, proteínas especiais, que catalisam estas reações químicas. Lembramos que as proteínas são constituídas por aminoácidos (20 diferentes). As proteínas são formadas por aminoácidos unidos em seqüência determinada por informações genéticas herdadas dos ancestrais. A síntese das proteínas, quer para uma função plástica, constituinte de tecidos, ou para uma função de biocatalizador, enzimática, é fundamental para o crescimento, o desenvolvimento, e a manutenção celular.Para a formação de uma proteína, seja ou não enzima, é preciso uma informação que irá ditar a seqüência em que os aminoácidos devem ser unidos. As informações estão inscritas nas moléculas do DNA.

Mas como se dá o mecanismo que a célula usa, a partir da informação contida no DNA, para produzir sem erro uma seqüência de aminoácidos que irá formar uma proteína?

As células possuem uma espécie de código que indica qual a seqüência a ser seguida durante a conversão de uma seqüência de nucleotídeos em uma seqüência de aminoácidos. A compreensão deste código, denominado código genético, é muito importante para esclarecer como se da a síntese das proteínas. Este código apresenta um alfabeto de 4 “letras” no DNA (A,T,G,C) e 4 letras no RNA (A,U,G,C): AS LETRAS INICIAIS DOS NUCLEOTÍDEOS QUE OS CONSTITUEM. Estas “letras” formam “palavras”, lidas verticalmente, sempre com três letras (ACG,CCC,GGG,AUC, por exemplo).

Transcrição do DNA

Em uma primeira etapa da síntese de proteína ocorre a transcrição da informação depositada no DNA para uma cópia feita a partir de ribonucleotídeos. A partir disso, obtém-se uma molécula alongada de RNA com a mesma seqüência de nucleotídeos observada no DNA, com exceção da base timina substituída pela uracila.

Esta cópia de DNA recebe o nome de RNA mensageiro, que carrega a informação para síntese de proteínas, com a participação das moléculas de RNA transportador, RNA ribossomal, e de outras moléculas de RNA que têm funções estruturais e catalíticas.

Síntese da Molécula do RNAm

As moléculas de RNA são sintetizadas por enzimas denominadas RNA polimerases, que fazem uma “cópia” (complementar) de RNA a partir de uma seqüência de DNA. Se no DNA tínhamos ATC, a cópia será UAG, porque, já sabemos, o U complementa A (no RNA não temos timina), o A complementa o T e o G complementa o C. Quando a RNA polimerase entra em contato com uma seqüência de DNA especifica, denominada sítio promotor (região que contém o sítio de iniciação para síntese de RNA) a síntese do RNA é iniciada. A enzima RNA polimerase abre uma região na dupla hélice do DNA, expondo um curto seguimento de uma das fitas do DNA aos nucleotídeos livres. Somente uma fita de DNA atuará como molde para o pareamento das bases complementares. Esta cópia da molécula de DNA continua até a enzima encontrar uma segunda seqüência especial de nucleotídeos, o sinal de terminação. Nesta região, a polimerase pára e libera as fitas de DNA molde, que enrola-se novamente e a recém formada cadeia de RNA, que é uma cópia de fita simples de uma das duas fitas de DNA.

Tradução

Após terminada a transcrição do DNA, o RNAm sai do núcleo para o citoplasma, levando a seqüência de nucleotídeos que permitirá a formação das proteínas. Para que isso ocorra é necessário a tradução da seqüência de nucleotídeos do RNAm em seqüência de aminoácidos. Os aminoácidos são transferidos ligados a trincas de RNAt, as quais denominaremos de anticódon, complementares às trincas de RNAm. As trincas do RNAm (AUU, AGC,UAU, ...) chamaremos de códons.

O arranjo da tabela do código não é aleatório, porque baseia-se em propriedades do código.

O código é altamente degenerado, pois três aminoácidos, Arg, Leu e Ser podem ser especificados por 6 códons cada e os outros são especificados por 4 ou 2 códons. Somente metionina e triptofano são especificados por um único códon e, devido a isto, são os aminoácidos menos abundantes nas proteínas. São três os códons de terminação. Códons que especificam o mesmo aminoácido são denominados sinônimos.

*Agrupando os 4 tipos de nucleotídeos de 3 em 3 nucleotídeos, temos 64 seqüências de aminoácidos. Somente 61 códons podem especificar 20 aminoácidos diferentes, pois 3 destes 64 códons, não codificam aminoácidos, mas especificam a terminação da cadeia polipeptídica, são os códons de terminação.

A maioria dos sinônimos difere apenas na 3ª posição e, assim, estão agrupados na mesma caixa da Tabela, exceto os que possuem 6 códons e, portanto, ocupam mais de uma caixa. Assim, mutações na 3ª posição, em geral, não provocam mudanças de aminoácidos sendo fenotipicamente silenciosas.

Códons com pirimidinas na 2ª posição codificam, em geral, aminoácidos hidrofóbicos . Códons com purinas na 2ª posição codificam, em geral, aminoácidos polares. Observando estes códons verifica-se que se os códons, que codificam os aminoácidos hidrofóbicos F, L, I e V, sofrerem mudanças na 1ª ou 3ª posição continuarão codificando aminoácidos com características similares de sorte a preservar o funcionamento da proteína resultante.

Os RNA transportadores, através da ligação de uma de suas extremidades a um códon (uma trinca de nucleotídeo na molécula de RNAm), permite o alinhamento dos aminoácidos de acordo com a seqüência de nucleotídeos do RNAm.Cada RNAt (anticódon) é responsável pelo transporte de um dos vinte aminoácidos utilizados na síntese de proteínas. Cada um dos aminoácidos tem pelo menos um tipo de RNAt a ele designado, e outros têm vários RNAt.Para que os aminoácidos sejam incorporados a uma cadeia de proteína, antes eles são ligados, através de seu terminal carboxila à extremidade 3' da molécula de RNAt, pela ação de uma classe de enzimas conhecida como de ativação de aminoácido ou aminoacil-RNAt-sintetase.Cada enzima é altamente específica para um aminoácido e para seu RNAt correspondente, existindo enzima de ativação para os vinte diferentes aminoácidos. Assim, as aminoacil-RNAt-sintetases têm de possuir dois sítios de ligação muito específicos, um para o substrato aminoácido e outro para o RNAt correspondente e, também existe, um terceiro sítio para ligar ATP.As aminoacil-RNAt-sintetases são tão específicas na discriminação entre os aminoácidos que existe menos de uma chance em 10 mil que ocorra um erro, sob condições intracelulares. O aminoácido é ligado ao RNAt através de um anticódon correto (seqüência de três nucleotídeos que é complementar aos três nucleotídeos do códon que especifica o aminoácido na molécula de RNAm), gerando uma molécula de aminoacil-RNAt.Através do pareamento códon-anticódon, o aminoácido é inserido em uma cadeia crescente de proteína, de acordo com o que está determinado na seqüência de nucleotídeo do RNAm.Com uma extremidade ligada a um aminoácido e a outra pareada a um códon, o RNAt converte a seqüência de nucleotídeos na seqüência de aminoácidos. Apenas a molécula de

RNAt, e não os aminoácidos a ela ligados, determina onde o aminoácido é adicionado durante a síntese de proteína.

O Papel dos Ribossomos

Para assegurar que a síntese de proteínas ocorra de forma precisa, é necessário um complexo aparato catalítico. Os ribossomos são as estruturas responsáveis para que a extremidade crescente de uma cadeia polipeptídica seja mantida em sincronia com a molécula de RNAt, e que cada códon do RNAm se encaixe precisamente com o anticódon de uma molécula de RNAt.

Durante a fase de iniciação da síntese de proteína, as duas subunidades do ribossomo se deslocam até o ponto exato de RNAm onde a cadeia polipeptídica será iniciada.São necessários sinais específicos para iniciar a cadeia polipeptídica no ponto exato, de forma que a conexão correta da leitura seja estabelecida. Na E. coli e em todos os outros procariontes, a síntese de todas as proteínas começa com o aminoácido N-formilmetionina, codificado pelo códon de iniciação (AUG). Já nos eucariontes, o códon de iniciação (AUG) codifica o aminoácido metionina. O códon GUG é um códon de iniciação alternativo para a metionina, em procariontes.A subunidade menor, carregando proteínas que são os fatores de iniciação, liga-se ao RNAm e o RNAt e ao encontrar o códon de iniciação (AUG) é que ocorre a ligação da subunidade maior que irá catalisar a formação das ligações peptídicas.O ribossomo contém três locais de ligação para moléculas de RNA: um para o RNAm e dois para RNAt.O local que prende a molécula de RNAt, que está ligada à extremidade crescente da cadeia polipeptídica, chama-se sítio de ligação peptidil-RNAt ou sítio P.O local que prende a molécula de RNAt carregada com um aminoácido que está entrando, chama-se sítio de ligação aminoacil-RNAt ou sitio A. A enzima aminoacil-RNAt sintetase catalisa a reação que une os aminoácidos ao RNAt. Existe um tipo desta enzima para cada aminoácido que será ligado.A molécula de RNAt só permanece firmemente ligada a qualquer um dos sítios, se anticódon parear com um códon complementar na molécula do RNAm, que está ligada ao ribossomo.É importante lembrar que os ribossomos deslocam-se ao longo de uma molécula de RNAm na direção 5'-3', que é também a direção da síntese de RNA. O primeiro aminoácido que entra fica com sua extremidade amino livre, e o último aminoácido que entra fica com sua extremidade carboxila livre. Logo, a tradução se inicia e cresce da extremidade -H3N à -COOH.

O processo de alongamento de uma cadeia polipeptídica em um ribossomo, podem ser resumido em três etapas: na primeira etapa, uma molécula aminoacil-RNAt se liga no ribossomo a um sítio A desocupado (ao lado do sítio P ocupado), pareando com aos três nucleotídeos (códon) expostos no sítio A. Na segunda etapa, a extremidade carboxil da cadeia polipeptídica se separa da molécula de RNAt no sítio P e se liga, por uma ligação peptídica, ao aminoácido ligado a uma molécula de RNAt do sítio A. Esta reação da síntese de proteínas é catalisada pela enzima

peptidil transferase. Na terceira etapa, o novo peptidil-RNAt localizado no sítio A é translocado para o sítio P, enquanto o ribossomo desliza exatamente sobre três nucleotídeos ao longo do RNAm. Esta etapa requer energia através da hidrólise de uma molécula de GTP. A molécula de RNAt livre gerada no sítio P, durante a segunda etapa, é liberada do ribossomo para voltar a fazer parte do conjunto de RNAt citoplasmático. Completando a terceira etapa, o sítio A desocupado está livre para aceitar uma nova molécula de RNAt ligada ao próximo aminoácido, que reinicia o ciclo.

Liberação da Cadeia de Proteína

Depois que o processo de tradução termina, a proteína tem que ser liberada do ribossomo.A cadeia de proteína é liberada do ribossomo quando qualquer um dos 3 códons de terminação (UAA,UAG,UGA) do RNAm é alcançado. Além desses códons de terminação, algumas proteínas citoplasmáticas chamadas fatores de liberação também participam deste processo.Os fatores de liberação ligam-se diretamente a qualquer códon de terminação que alcance o sítio A no ribossomo. Esta ligação altera a atividade da peptidil transferase, fazendo com que uma molécula de água, ao invés de um aminoácido, ligue-se ao peptidil-RNAt.Esta reação libera a extremidade carboxila da cadeia polipeptídica crescente, que está ligada a uma molécula de RNAt. Como somente esta ligação prende a cadeia polipeptídica crescente ao ribossomo, a cadeia protéica é, então, liberada para o citoplasma.Uma vez liberado o polipeptídeo, o ribossomo se separa do RNAt e RNAm e se dissocia nas suas subunidades 60S e 40S, podendo montar-se em outra molécula de RNAm para começar uma nova síntese de proteína.Nas células eucarióticas, a membrana nuclear mantém os processos de transcrição e de síntese de proteína separados. Entretanto, em células procarióticas, pela falta de membrana nuclear, o RNA fica acessível aos ribossomos assim que são sintetizados. Desta forma, os ribossomos iniciam a síntese de proteínas na extremidade 5' de uma molécula crescente de RNAm, enquanto a RNA polimerase completa a cadeia de RNAm.

Atualmente, o código genético é considerado biologicamente universal, ou seja, todos os seres vivos têm o mesmo códon determinando a mesma função ou o mesmo aminoácido.

2. Relembrando e Resumindo:

2.1. Os cromossomos são quimicamente formados por DNA que é um polinucleotídeo formado por moléculas menores chamadas de nucleotídeos; cada nucleotídeo é formado por um radical fosfato, uma pentose (a desoxirribose) e uma base nitrogenada; as bases nitrogenadas do DNA são 4: a adenina, a timina, a guanina e a citosina, o que determina que tenhamos 4 tipos de nucleotídeos. Os nucleotídeos estão ligados verticalmente pelo radical fosfato e horizontalmente por pontes de hidrogênio, duplas entre a adenina e a timina e triplas entre a guanina e a citosina. 2.2. Os nucleotídeos seriam as letras do código genético, formando palavras sempre com 3 letras e sempre lidas verticalmente. Cada palavra colocará em ordem um aminoácido e

vários aminoácidos formarão uma proteína. A frase necessária é o gene. O gen(e) é um trecho de DNA que codifica uma proteína. O DNA será copiado pelo RNA mensageiro (códon) que se deslocará para a superfície dos ribossomos, uma trinca de nucleotídeos por ribossomo. O mensageiro será complementado pelo RNA transportador (anticódon), de aminoácidos, que colocados em ordem formarão uma proteína responsável por um caráter, detalhe capaz de identificar um indivíduo.

2.3. O DNA é a mais longa molécula do corpo humano. Completamente desenrolada, alcança quase 1m80cm.(1)2.4. O organismo do homem é formado por aproximadamente 100 trilhões de células. Aninhado no núcleo da célula, o DNA ocupa o espaço de seis milionésimos de metro. Cada núcleo têm 23 pares de cromossomos.(2)2.5. Os cromossomos armazenam todos os genes onde o DNA estão agrupado.(3) 2.6. Genes são seqüências de pares com as informações básicas para o organismo produzir todas as proteínas necessárias ao homem.(4) 2.7. Esses pares estão organizados no formato conhecido por "dupla hélice do DNA".(5) 2.8. O genoma humano pode ser decifrado em quatro letras: A - adenina, T - timina, C - citosina e G - guanina. A adenina está sempre pareada com a timina e a citosina com a guanina. O código genético apresenta cerca de 3,2 milhões de pares desse tipo.(6)

3. Resolva: 1. (UNESP 2006) Algumas células de cultura de tecido foram deixadas em um meio contendo um precursor radioativo de RNA. Posteriormente, essas células foram transferidas para um meio sem essa substância. Após 3 minutos, algumas células foram fixadas e radioatografadas. Esse procedimento se repetiu após 15 e após 90 minutos. Os esquemas representam as células radioautografadas nos três momentos, revelando a distribuição do precursor radioativo nas mesmas.

Esses resultados ocorrem porque(A) o RNA transportador leva o isótopo até o nucléolo e posteriormente ao núcleo e citoplasma celular.(B) a substância, ao ser deixada em situação de desequilíbrio osmótico em relação à cultura sem isótopo, dirige-se gradativamente para o citoplasma celular, buscando a situação de equilíbrio.(C) a síntese de RNA, que se intensifica aos 90 minutos, esgota toda a substância presente no núcleo, restando apenas no citoplasma.(D) a produção de RNA, que ocorre inicialmente no núcleo celular, prossegue posteriormente no citoplasma da célula.(E) a síntese de RNA ocorre no núcleo, sendo que posteriormente o RNA aí produzido migra para o citoplasma celular.

2. (FUVEST 2006) Assinale a alternativa que, no quadro abaixo, indica os compartimentos celulares em que ocorrem a síntese de RNA e a síntese de proteínas, em animais e em bactérias.

 3. (FURG 2006) Um dos mecanismos que origina a variação genética é a mutação que pode ocorrer de!eção ou por inserção de bases nitrogenadas. Esses tipos de mutações podem ser especialmente nocivos quando causam uma mudança no módulo ou matriz de leitura do ribossomo durante a tradução do RNA mensageiro. Essa mudança de leitura ocorre quandoI. 3 pares de bases são inseridos.II. 1 par de bases é deletado.III. 6 pares de bases são deletados.IV. 2 pares de bases são inseridos ou deletados.V. 1 par de bases é inserido.Quais afirmativas estão corretas?A) I, III e V.B) I, II e III.C) III e IV.D) I e II.E) II, IV e V. 4. (2ª Fase da Fuvest 2005) Abaixo está representada a seqüência dos 13 primeiros pares de nucleotídios da região codificadora de um gene.

--- A T G A G T T G G C C T G ------ T A C T C A A C C G G A C ---

A primeira trinca de pares de bases nitrogenadas à esquerda, destacada em negrito, corresponde ao aminoácido metionina. A tabela a seguir mostra alguns códons do RNA mensageiro e os aminoácidos codificados por cada um deles.

a) Escreva a seqüência de bases nitrogenadas do RNA mensageiro, transcrito a partir desse segmento de DNA.b) Utilizando a tabela de código genético fornecida, indique a seqüência dos três aminoácidos seguintes à metionina, no polipeptídio codificado por esse gene.c) Qual seria a seqüência dos três primeiros aminoácidos de um polipeptídio codificado por um alelo mutante desse gene, originado pela perda do sexto par de nucleotídios (ou seja, a deleção do par de bases T=A)?

5. (UERJ 2005_1) A mutação em um gene, por conseqüência da substituição de uma única base na estrutura do DNA, pode acarretar modificações importantes na atividade biológica da proteína codificada por esse gene. Considere que a estrutura normal de um RNA mensageiro de um peptídio e sua estrutura alterada em virtude da troca de uma única base no gene correspondente são:

5’ AUGUGGUUUGCACACAAAUGAUAA 3’ (normal)5’ AUGUGGUUUGAACACAAAUGAUAA 3’ (alterada)

A tabela abaixo identifica alguns codons.

Observe que:- o codon da metionina é também o do início da tradução;- os codons de término da tradução são UAA, UAG e UGA.O aminoácido encontrado no peptídio normal e aquele que o substituiu no peptídio mutante são, respectivamente:(A) lisina e cisteína(B) treonina e triptofano(C) alanina e ácido glutâmico(D) fenil alanina e ácido aspártico

6. (UEL 2005) A teoria “Um Gene uma Enzima” propunha que cada gene era responsável pela síntese de uma enzima, que expressava uma determinada característica biológica. Hoje, sabe-se que a partir de um gene é produzida uma cadeia polipeptídica. Assinale a alternativa cuja seqüência de eventos resulta na produção de cadeias polipeptídicas.a) Descondensação dos cromossomos, tradução do RNAm e transcrição da cadeia polipeptídica no citoplasma.b) Leitura da seqüência de DNA no citoplasma, transcrição no núcleo, tradução no núcleo e síntese polipeptídica no citoplasma.c) Leitura da seqüência de DNA específica, transcrição no citoplasma, tradução do RNAm imaturo no núcleo e síntese polipeptídica no citoplasma.d) Leitura da seqüência de DNA específica, transcrição do DNA no citoplasma, processamento do RNAm no núcleo, síntese polipeptídica no núcleo e maturação da proteína no citoplasma.e) Leitura da seqüência de DNA específica, produção de RNAm heterogêneo no núcleo, saída do RNAm do núcleo e síntese da cadeia polipeptídica no citoplasma.

7. (ULBRA 2005/1) Considere as afirmações abaixo:I) Conjugação é um processo pelo qual bactérias podem trocar material genético.II) Durante a síntese protéica as moléculas de RNA transportador carregam os aminoácidos até os ribossomos.

III) Durante a replicação, uma molécula de DNA, sob a ação da enzima RNA polimerase, origina uma cadeia polipeptídica.Com relação às afirmativas acima, assinale a alternativa correta:(A) apenas I e II estão corretas(B) apenas II e III estão corretas(C) apenas III está correta(D) I, II e III estão incorretas(E) I, II e III estão corretas

8. (ULBRA 2005/1) Considere que um segmento de DNA apresenta a seqüência TGA. Assinale no quadro abaixo, a alternativa que identifica corretamente o códon e o anticódon correspondente:

9. (UECE 2005_CG) Um oligopeptídeo que possui a molécula Metionina, que é codificada pelo códon AUG, pode ter sido codificado por um segmento de DNA que NÃO possui:A. AdeninaB. Citosina C. Guanina D. Timina

10. (UF Viçosa 2005) A seqüência dos cinco primeiros aminoácidos (aa), de um peptídeo em início de síntese, está representada abaixo. Na tabela, aparecem também representados alguns RNAs transportadores (tRNA) e seus respectivos aminoácidos.

Assinale a alternativa que contém o mRNA que traduziu a seqüência de aminoácidos para formar o peptídeo:a) 5’ -AUG-CUC-CCC-CAA-GCA- 3’b) 5’ -CCC-CAA-GCA-CUC-AUG- 3’c) 5’ -CAA-GCA-GAG-UAC-CCC- 3’d) 5’ -GCA-CUC-GUU-AUG-CAA- 3’e) 5’ -UAC-GAG-GGG-GUU-CGU-3’