Código genético: características e exceções do código genético
Leia este artigo para aprender sobre o Código Genético: Características e Exceções do Código Genético
Embora o DNA seja composto de apenas quatro tipos de nucleotídeos, o último pode ser posicionado de inúmeras maneiras. Assim, uma cadeia de ADN com apenas dez comprimentos de nucleótidos pode ter 4 10 ou 1048 576 tipos de cadeias. Como uma única molécula de DNA tem vários milhares de nucleotídeos, uma especificidade ilimitada pode ser incorporada no DNA.
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Existe uma conexão íntima entre os genes e a síntese de polipeptídeos ou enzimas. Na terminologia moderna, um gene se refere a um cistron de DNA. Um cistron é feito de um grande número de nucleotídeos. O arranjo de nucleotides ou as suas bases de nitrogênio une-se com a síntese de proteína por influenciar a incorporação de ácidos amino neles. A relação entre a sequência de aminoácidos num polipéptido e a sequência nucleotídica de ADN ou ARNm é denominada código genético.
Existe um problema. O DNA contém apenas quatro tipos de bases nitrogenadas ou nucleotídeos, enquanto o número de aminoácidos é 20. Foi, portanto, hipotetizado por George Gamow, um físico, que o código tripleto (consistindo de três bases adjacentes para um aminoácido) é operativo. Várias pesquisas contribuíram para decifrar o código genético na década de 1960, por exemplo, Francis HC Crick, Severo Ochoa, o marechal W. Nirenberg, Hargobind Khorana e JH Matthaei.
Severo Ochoa descobriu a fosforilase polinucleotídica que poderia polimerizar os ribonucleotídeos para produzir RNA sem qualquer molde. Hargobind Khorana desenvolveu a técnica de sintetizar moléculas de RNA com uma combinação bem definida de bases (homopolímeros e copolímeros).
Marshall Nirenberg descobriu o método de síntese de proteínas em sistemas livres de células. Em 1968, o Prêmio Nobel foi concedido a Holley, Nirenberg e Khorana por seu trabalho sobre o código genético e seu funcionamento. As diferentes pesquisas que ajudaram a decifrar o código genético do trio são as seguintes:
1. Crick et al. (1961) observaram que a deleção ou adição de um ou dois pares de bases no DNA do bacteriófago T 4 alterava o funcionamento normal do DNA. No entanto, quando três pares de bases foram adicionados ou excluídos, o distúrbio foi mínimo.
2. Nirenberg e Matthaei (1961) argumentaram que um único código (um aminoácido especificado por uma base de nitrogênio) pode especificar apenas 4 ácidos (4 1 ), um código de dupleto apenas 16 (4 2 ) enquanto um código tripleto pode especificar até 64 aminoácidos (4 3 ). Como existem 20 aminoácidos, um código tripleto (três bases nitrogenadas para um aminoácido) pode ser operativo.
3. Nirenberg (1961) preparou polímeros dos quatro nucleotídeos - UUUUUU .. (ácido poliuridílico), etc… (ácido policitidílico), AAAAAA ... (ácido poliadenílico) e GGGGGG ... (ácido poliganílico). Ele observou que o poli-U estimulou a formação de polifenilanalina, poli-C de poliprolina, enquanto o poli-A ajudou a formar polilisina. No entanto, o poli-G não funcionou (formou uma estrutura de cadeia tripla que não funciona na tradução). Mais tarde, GGG foi encontrado para codificar aminoácidos glicina.
4. Khorana (1964) sintetizou copolímeros de nucleotídeos como UGUGUGUG… e observou que eles estimulavam a formação de polipeptídeos tendo aminoácidos alternadamente similares como cisteína-valina-cisteína. Isso é possível somente se três nucleotídeos adjacentes especificarem um aminoácido (por exemplo, UGU) e outros três o segundo aminoácido (por exemplo, GUG).
5. Os códons tripletos foram confirmados por códon in vivo através de:
i) estudos de substituição de aminoácidos
(ii) mutações de deslocamento de quadro.
6. Lentamente todos os códons foram trabalhados (Tabela 6.4). Alguns aminoácidos são especificados por mais de um códon. As linguagens de código do DNA e mRNA são complementares. Assim, os dois códons para fenilalanina são UUU e UUC no caso de mRNA, enquanto são AAA e AAG para DNA. Normalmente, o código genético representa a linguagem mRNA. Isso ocorre porque os constituintes citoplasmáticos podem ler o código do mRNA e não o DNA presente dentro do núcleo.
Características:
1. Código Tripleto:
Três bases azotadas adjacentes constituem um codão que especifica a colocação de um aminoácido num polipéptido.
2. Sinal de Partida:
A síntese de polipéptidos é sinalizada por dois codões de iniciação - normalmente codão AUG ou metionina e codão GUG ou valina rafdly. Eles têm funções duplas.
3. Sinal de Paragem:
A terminação da cadeia polipeptídica é sinalizada por três codões de terminação - UAA (ocre), UAG (âmbar) e UGA (opala). Eles não especificam nenhum aminoácido e são, portanto, também chamados de códons sem sentido.
4. Código Universal:
O código genético é aplicável universalmente, isto é, um códon especifica o mesmo aminoácido de um vírus para uma árvore ou um ser humano. Assim, o ARNm do oviduto de pintainho introduzido em Escherichia coli produz ovalbumeno na bactéria exatamente semelhante a um formado em pintinho.
5. Códons não ambíguos:
Um códon especifica apenas um aminoácido e não outro qualquer.
6. Códons Relacionados:
Os aminoácidos com propriedades semelhantes têm codões relacionados, por exemplo, aminoácidos triptofano aromáticos (UGG), fenilalanina (UUC, UUU), tirosina (UAC, UAU).
7. Commaless:
O código genético é contínuo e não possui pausas após os trigêmeos. Se um nucleotídeo for deletado ou adicionado, todo o código genético será lido de maneira diferente. Assim, um polipéptido com 50 aminoácidos deve ser especificado por uma sequência linear de 150 nucleótidos. Se um nucleótido é adicionado ou eliminado no meio desta sequência, os primeiros 25 aminoácidos do polipéptido serão os mesmos, mas os próximos 25 aminoácidos serão bastante diferentes.
8. Polaridade:
O código genético tem uma polaridade. O código de mRNA é lido de 5 ′ -> 3 ′ direção.
9. Código não sobreposto:
Uma base de nitrogênio é especificada por apenas um códon.
10. Degenerescência do Código:
Como existem 64 códons tripletos e apenas 20 aminoácidos, a incorporação de alguns aminoácidos deve ser influenciada por mais de um códon. Apenas triptofano (UGG) e metionina (AUG) são especificados por códons simples. Todos os outros aminoácidos são especificados por dois (por exemplo, fenilalanina - UUU, UUC) a seis (por exemplo, arginina - CGU, CGC, CGA, CGG AGA, AGG).
Os últimos são chamados codões degenerados ou redundantes. Nos códons degenerados, geralmente as duas primeiras bases de nitrogênio são similares, enquanto a terceira é diferente. Como a terceira base de nitrogênio não tem nenhum efeito na codificação, o mesmo é chamado de posição de oscilação (Hipótese da oscilação; Crick, 1966).
11. Colinearidade:
Tanto o polipéptido como o ADN ou o ARNm têm uma disposição linear dos seus componentes. Além disso, a sequência de bases de nucleótidos tripletos no ADN ou ARNm corresponde à sequência de aminoácidos no polipéptido fabricado sob a orientação do primeiro. A alteração na sequência do codão também produz uma alteração semelhante na sequência de aminoácidos do polipéptido.
12. Paridade Cistron-Polipeptídica:
Porção de DNA chamada cistron (= gene) especifica a formação de um polipeptídeo em particular. Isso significa que o sistema genético deve ter tantos cistrons (= genes) quanto os tipos de polipeptídeos encontrados no organismo.
Exceções:
1. Codons Diferentes:
Em Paramecium e alguns outros codones de terminação de ciliados UAA e UGA codificam glutamina.
2. Genes sobrepostos:
ф x 174 tem 5375 nucleotídeos que codificam 10 proteínas que requerem mais de 6000 bases. Três de seus genes E, Â e Ê sobrepõem outros genes. A sequência nucleotídica no início do gene E está contida no gene D. Do mesmo modo, o gene К sobrepõe-se aos genes A e C. Uma condição similar é encontrada em SV-40.
3. Genes Mitocondriais:
AGG e AGA codificam a arginina, mas funcionam como sinais de parada na mitocôndria humana. UGA, um códon de terminação, corresponde ao triptofano enquanto AUA (códon para isoleucina) denota metionina na mitocôndria humana.
