Em formação

Dois códons de tRNA compatíveis se ligam?


Dois tRNA com anticódons complementares podem se ligar? Por exemplo UUU com AAA. Se não, porque não?


Sim, o tRNA pode formar dímeros. Por exemplo, foi mostrado que E. Coli tRNA GCC forma homodímeros, isto é, duas moléculas idênticas interagem uma com a outra. Nesse caso, a dimerização ocorre entre os loops de anticódon (o que provavelmente significava UUU e AAA).

Referências:

  • A sequência e a estrutura de transcritos de tRNA de ocorrência natural e variantes dirigidas ao local são barreiras significativas para a formação de oligômeros além dos dímeros.(Harold S. Bernhardt, Warren P. Tate, Advances in Bioscience and Biotechnology, 2013, 4, 1-16 ABB)

  • A interação anticódon-anticódon induz mudanças conformacionais em tRNA: tRNAAsp de levedura, um modelo para reconhecimento de tRNA-mRNA.(D Moras, A C Dock, P Dumas, E Westhof, P Romby, J P Ebel e R Giegé, Proc Natl Acad Sci U S A. 1986, fevereiro; 83 (4): 932-6)

Uma mutação de ocorrência natural, A3243G em tRNA humano (Leu (UUR)), causa dimerização por meio de um motivo que não está na alça anti-códon.

Referência:

  • Wittenhagen LM1, Kelley SO., Nat Struct Biol. Agosto de 2002; 9 (8): 586-90., Dimerização de um tRNA mitocondrial humano patogênico.

Um programa de translação de células baseado em códons raro

A velocidade de alongamento da tradução é determinada principalmente pela abundância de tRNAs. Assim, o uso do códon influencia a taxa com a qual os mRNAs individuais são traduzidos. Como a natureza dos pools e modificações de tRNA pode variar entre as condições biológicas, as taxas de alongamento do códon também podem variar, levando a flutuações na produção de proteína a partir de mRNAs individuais. Embora tenha sido observado que mRNAs funcionalmente relacionados exibem uso de códon semelhante, presumivelmente para fornecer uma maneira eficaz de coordenar a expressão de várias proteínas, a evidência experimental para a modulação da eficiência da tradução mediada por códons de mRNAs funcionalmente relacionados em condições específicas é escassa e os mecanismos associados são ainda debatido.

Resultados

Aqui, nós revelamos que os mRNAs cuja expressão aumenta durante a proliferação celular são enriquecidos em códons raros, mal adaptados a pools de tRNAs. O perfil de ocupação do ribossomo e as medições proteômicas mostram que após o aumento da proliferação celular, os transcritos enriquecidos em códons raros sofrem um aumento de tradução maior do que os transcritos com códons comuns. A recodificação de um repórter fluorescente com códons raros aumentou a produção de proteína por

30% em relação a um repórter recodificado com códons comuns. Embora a capacidade de tradução das células em proliferação tenha sido maior em comparação com as células em repouso, não encontramos evidências para a regulação de tRNAs individuais. Entre os modelos que foram propostos até agora para levar em conta a regulação translacional mediada por códons em condições de mudança, aquele que parece mais consistente com nossos dados envolve uma regulação positiva global de tRNAs prontos para traduzir, que mostramos pode levar a um aumento maior na velocidade de alongamento em códons raros em comparação com códons comuns.

Conclusões

Propomos que o alívio dos gargalos de tradução em células que se dividem rapidamente permite a suprarregulação preferencial de proteínas pró-proliferação, codificadas por mRNAs que são enriquecidos em códons raros.


O que é Codon?

Um códon é uma montagem de nucleotídeos, uma sequência de três bases de bases nitrogenadas em uma fileira, que atua no momento da tradução, um grupo de três nucleotídeos forma um código específico que determina qual saída viria.

O mRNA que é uma molécula de polinucleotídeo de fita simples que consiste em adenina, guanina, citosina, uracila como nucleotídeos formam um conjunto de três em ordens diferentes para formar códons subsequentes.

Em palavras simples, o códon é uma linguagem com a capacidade de se comunicar e expressar usando nucleotídeos como palavras e polipeptídeo como uma frase, onde as palavras formam frases e criam uma linguagem para executar uma função corporal.

Compreender como o aminoácido é codificado ajuda nas características humanas e como uma mudança na sequência de nucleotídeos pode alterar isso.

Iniciar Codon: É um códon universal e o primeiro nucleotídeo do RNA mensageiro que inicia qualquer processo de formação de genes. AUG (adenina, uracila e guanina) codifica a metionina, que é um códon inicial.

Parar Codon: Os códons são 64 no total, mas apenas 61 códigos para um aminoácido. Os três restantes não codificam para nada, daí o termo códon de parada. Eles ajudam no término do processo, uma vez que a proteína necessária é formada.


O que é ativação do tRNA?

Ativação de tRNA. A ligação de um aminoácido ao tRNA a haste aceitadora ocorre como resultado de um processo de duas etapas: O aminoácido é então acoplado a tRNA e o AMP é lançou & ndash o molécula de tRNA é agora & ldquocharged & rdquo e pronto para uso.

Além disso, como os aminoácidos são ativados para ligação ao tRNA? Uma enzima chamada aminoacil-tRNA sintetase adiciona o correto aminoácido para o seu tRNA. O correto aminoácido é adicionado ao seu tRNA por uma enzima específica chamada aminoacil-tRNA sintetase. O processo é chamado de aminoacilação ou carregamento. Uma vez que são 20 aminoácidos, existem 20 aminoacil-tRNA sintetases.

Além disso, quais enzimas são necessárias para a ativação do tRNA?

Carregando um tRNA com um aminoácido Enzimas chamado aminoacil-tRNA as sintetases têm essa função muito importante. Existe uma sintetase diferente enzima para cada aminoácido, aquele que reconhece apenas aquele aminoácido e seu tRNAs (e nenhum outro).

Como o tRNA reconhece o aminoácido?

Durante a tradução, tRNA moléculas primeiro combinam com o aminoácidos que se encaixam em seus locais de anexo. Então o tRNAs carregue o seu aminoácidos em direção à fita de mRNA. Eles se emparelham com o mRNA por meio de um anticódon no lado oposto da molécula. Cada anticódon em tRNA corresponde a um códon no mRNA.


Código Genético: Decifrando, Propriedades e Efeitos | Biologia molecular

Vamos fazer um estudo aprofundado do código genético. Depois de ler este artigo, você aprenderá sobre: ​​1. Decifrar ou quebrar o código genético 2. Técnica Khorana 3. O códon genético do DNA é o tripleto 4. Propriedades dos códons genéticos e 5. Efeitos da mutação no código genético.

O DNA do ácido desoxirribonucléico é o material genético da célula, transportando informações em uma forma codificada de célula para célula e dos pais para a progênie. Quando um gene está ativo ou expresso, ele é primeiro copiado (transcrito) em outro ácido nucléico, o RNA, que, por sua vez, dirige a síntese do produto final do gene, a proteína (tradução).

O dogma central sugere a transferência de informações da sequência linear do alfabeto de quatro letras da cadeia polinucleotídica para a linguagem de vinte aminoácidos da cadeia polipeptídica (proteína).

O processo de síntese de proteínas é chamado de tradução. A tradução do RNA em proteína é unidirecional e irreversível. As proteínas são cadeias polipeptídicas de 20 aminoácidos. O processo real de síntese de proteínas envolve a ligação de aminoácidos em uma sequência específica da cadeia polipeptídica.

A informação genética existe na forma codificada chamada código genético. Decifrar ou quebrar o código genético foi um marco na descoberta da biologia.

Decifrar ou quebrar o código genético:

A característica mais importante do código genético é que ele é um códon tripleto. Três nucleotídeos consecutivos de uma única fita de DNA contêm as informações para a codificação de um aminoácido específico. É conhecido como códon tripleto. A tradução ocorre de tal forma que esses tripletos de nucleotídeos são lidos de uma maneira sucessiva e não sobreposta. A informação é primeiro transcrita em RNA mensageiro, que possui uma sequência de bases complementares ao DNA do qual é copiada.

O DNA tem quatro tipos de bases C, T, G, A, enquanto o RNA tem quatro bases complementares G, A, C, U. A linguagem de quatro bases do DNA é traduzida para uma linguagem de 20 aminoácidos. Decifrar ou quebrar o código genético é o resultado da pesquisa de vários cientistas como o marechal Nirenberg, Steve Ochoa, Hargobind Khorana, Francis Crick, Mattaei e muitos outros.

Eles descobriram que a ordem em que os nucleotídeos estão arranjados & # 8211 mRNA determinaria a sequência de aminoácidos nos polipeptídeos. Nirenberg e Mattaei deram a primeira prova experimental para o códon tripleto. Eles usaram o ataque artificial de mRNA de apenas nucleotídeos de uracila (Poly U) em um sistema livre de células. Resultou na síntese de uma cadeia polipeptídica composta por apenas um tipo de aminoácido, a fenilalanina. Concluiu-se que o códon para a fenilalanina era a base de ácido uridílico (uracil), UUU.

De modo semelhante, o codão poli C (CCC) representa o aminoácido prolina e o codão poli A (AAA) representa am: nenhuma cadeia ácida de lisina.

Posteriormente, Hargobind Khorana confirmou que o código genético era um códon tripleto. Usando mRNA sintético, temos polinucleotídeos alternados em um sistema livre de células, descobrimos a cadeia de aminoácidos alternados usando tripletos alternados de uracila (U) e guanina (G) que apresentaram os seguintes resultados.

Da mesma forma, os tripletos ACA e CAC alternados produziram uma cadeia dos seguintes aminoácidos.

Isso também confirmou que cada códon é um tripleto. O sistema de síntese de proteínas livre de células foi um extrato de E. coli sem paredes. Continha ribossomos, tRNA, enzimas tRNA sintetase, ATP e aminoácidos radioativos. O uso de modelos de trinucleotídeos artificiais resultou na determinação da composição de base de todos os códons genéticos.

Técnica Khorana:

H. G. Khorana e associados sintetizaram DNA de sequências conhecidas em condições in vitro. A partir desse DNA, o mRNA é transcrito. Essas moléculas de mRNA, que possuem sequências conhecidas de nucleotídeos, são então direcionadas para sintetizar polipeptídeos.

Esses polipeptídeos são então sequencialmente degradados para conhecer suas sequências de aminoácidos. A sequência de nucleotídeos é então comparada com a sequência de aminoácidos. Esta sequência de nucleotídeos especifica códons de aminoácidos. Essa técnica levou à determinação de códons para todos os aminoácidos.

DNA Genetic Codon é Triplet:

Se um códon genético consistisse em duas bases consecutivas, o número de códons seria 4 2 = 16. Como o número de aminoácidos é 20, isso é insuficiente. Portanto, três é o número mínimo de bases necessárias para codificar para 20 aminoácidos 4 3 = 64. George Gamow em 1964 apontou que o código conteria pelo menos três bases consecutivas.

O comprimento da porção de codificação de um gene chamado quadro de leitura depende do comprimento da mensagem a ser traduzida. Por exemplo, uma sequência de 600 nucleotídeos codificará para um polipeptídeo possuindo uma cadeia de 200 aminoácidos. Portanto, o comprimento do mRNA depende do comprimento do polipeptídeo para o qual ele codifica.

Os códons fornecem a chave para a tradução da informação genética que dita a síntese de proteínas específicas. A maquinaria de síntese de proteínas lê códons tripletos sequencialmente de um códon tripleto para o próximo. As sequências de código genético explicam como as informações da sequência de proteínas são armazenadas no ácido nucleico e como as informações são traduzidas em proteínas.

Código Genético Universal:

Propriedades dos códons genéticos:

Como o códon genético é lido no mRNA, ele é descrito em termos de quatro tipos de bases A, G, C, U. A sequência da fita modelo de DNA é lida na direção de 5 & # 8242 → 3 & # 8242.

1. O códon genético é um códon tripleto:

Os três nucleotídeos consecutivos da fita codificadora do DNA codificam um aminoácido.

2. Redundância do código:

Dos 64 códons, 61 códons representam aminoácidos, os três restantes são códons de parada. Como existem apenas 20 aminoácidos, codificados por 61 códons, vários códons especificam os mesmos aminoácidos. Dessa forma, os códons são sinônimos.

Este fenômeno é denominado redundância do código ou código degenerado. Exceto para metionina e triptofano, todos os outros códons são códons múltiplos. Cada um dos três aminoácidos - leucina, serina e arginina é representado por seis códons diferentes.

Número de códons que codificam para diferentes aminoácidos:

Hipótese Wobble:

Isso foi apresentado por Francis Crick em 1965. De acordo com isso, a ligação de hidrogênio entre o códon do mRNA e o anticódon do tRNA, existe uma regra de emparelhamento de base estrita apenas para as duas primeiras bases do códon, enquanto o emparelhamento de bases envolve a terceira base do códon parece ser menos importante. Isso é conhecido como hipótese de oscilação.

As duas primeiras bases de cada códon são determinantes primários de especificidade. O terceiro par de bases não é muito estável e oscila. Por exemplo, os códons CUU, CUG, CUC, CUA, que diferem apenas na terceira base, representam o mesmo aminoácido leucina. As duas primeiras bases do códon formam pares de bases fortes com as bases correspondentes do anticódon, mas a terceira base forma ligações de hidrogênio fracas.

Na terceira posição, mesmo o emparelhamento de base incomum que não está em conformidade com a regra de emparelhamento de base de Watson e Crick pode ocorrer. Como adenina, citosina e urálico de A-I. Pares de bases C-I e U-I respectivamente na terceira posição, onde I é a base de inosina.

Vários códons destinados aos mesmos aminoácidos são reconhecidos pelo mesmo tRNA. Desta forma, um mínimo de 32 tRNAs são necessários para traduzir 61 codões.

3. Os códons não se sobrepõem:

A mesma base não pode fazer parte dos dois códons consecutivos. Eles ficam adjacentes um ao outro.

4. Os códons têm menos vírgulas:

As três bases do DNA codificam para um aminoácido e as três bases seguintes codificam para o próximo aminoácido e assim por diante. Não há intervalo ou pausa entre os trigêmeos consecutivos.

Os códons que iniciam a síntese de proteínas são chamados de códons iniciais. O primeiro aminoácido da cadeia polipeptídica é sempre metionina codificada pelo códon AUG. Portanto, AUG é o códon inicial. Raramente o primeiro aminoácido é a valina codificada por GUG. Em procariotos, o códon AUG codifica um aminoácido modificado, formilmetionina (f-Met).

A síntese de proteínas pára antes do códon UAA, códon UAG e códon UGA. Isso indica que esses três códons são códons de parada. Eles encerram a síntese de proteínas. A cadeia polipeptídica completa é liberada. Os fatores de liberação (RF) entram no local & # 8216A & # 8217 do ribossomo e desencadeiam a hidrólise do peptidil-tRNA que ocupa o local & # 8216P & # 8217, resultando na liberação da proteína recém-sintetizada.

Os códons de parada também são chamados de códons sem sentido. Nenhum tRNA pode se ligar a esses códons. UAG é denominado códon âmbar, UAA é denominado códon ocre e UGA é denominado códon opala.

7. O código genético é universal:

Um códon específico codifica o mesmo aminoácido em todos os organismos, desde procariotos a plantas e animais, incluindo vírus.

A universalidade do código genético fornece fortes evidências de que a vida na Terra começou a partir de um ancestral comum. Quando as formas vivas apareceram na Terra, o código genético foi estabelecido. Não mudou desde então, ao longo da evolução das formas vivas e foi preservado ao longo da evolução biológica.

A sequência de códons no mRNA e a sequência dos aminoácidos correspondentes na cadeia polipeptídica são colineares.

9. A tradução de mRNA ocorre na direção 5 & # 8242 → 3 & # 8242.

Códons no mRNA e anticódons n tRNA são escritos da seguinte forma:

A primeira base do códon é pareada com a terceira base do anticódon. Os códons são escritos em 5 & # 8242 3 & # 8242, mas a sequência do anticódon é escrita com uma seta para trás.

Efeitos da mutação no código genético:

Uma mutação causa mudanças na sequência do DNA e essa mudança se reflete na sequência do RNA e na proteína correspondente.

Os dois principais tipos de mutação são:

1. Ponto de mutações:

Estes envolvem um único nucleotídeo.

2. Mutações envolvendo segmentos mais longos do gene:

Isso inclui exclusões de genes inteiros, translocações, elementos transponíveis, etc.

Existem quatro tipos de mutação pontual a seguir:

Aqui, há mudança de nucleotídeos, mas não de aminoácidos, porque eles afetam a terceira base do códon, que geralmente é menos importante na codificação. Por exemplo, se CCA for alterado para CCU, o aminoácido codificado permanecerá o mesmo, isto é, prolina.

Essas mutações mudam o significado do códon, substituindo um aminoácido por outro aminoácido. Por exemplo, na doença genética humana anemia falciforme, o ácido glutâmico na subunidade p-globina da hemoglobina é substituído por valina. Isso muda a forma do RBC.

Estes surgem quando um códon para um códon é mutado no códon de terminação que são UAG, UAA ou UGA resultando na terminação da cadeia polipeptídica. Isso leva à produção de proteína mais curta (truncada). Por exemplo, se U for substituído por G na posição número 12, isso dará

4. Mutação frame-shift:

Estes surgem das inserções ou exclusões de nucleotídeos individuais e fazem com que o resto da mensagem a jusante da mutação seja lido de forma diferente, produzindo uma proteína incorreta daquele ponto em diante.

Envolve a substituição de uma purina por outra purina e a substituição de uma pirmidina por outra pirimidina, por exemplo, alterações da citosina em uracila por desaminação oxidativa.

Neste caso, a pirimidina é substituída por uma purina ou uma purina é substituída por uma pirimidina. Aqui, o par A-T torna-se par T-A ou C-G.


TRNAs em eucariotos

As moléculas de tRNA são transcritas pela RNA polimerase III. Dependendo da espécie, 40 a 60 tipos de tRNAs existem no citoplasma. Os tRNAs específicos ligam-se aos códons no molde do mRNA e adicionam o aminoácido correspondente à cadeia polipeptídica. (Mais precisamente, a cadeia polipeptídica em crescimento é adicionada a cada novo aminoácido ligado por um tRNA).

Os RNAs de transferência (tRNAs) são moléculas de RNA estruturais. Em eucariotos, tRNA mole são transcritos de genes de tRNA por RNA polimerase III. Dependendo da espécie, 40 a 60 tipos de tRNAs existem no citoplasma. Servindo como adaptadores, tRNAs específicos se ligam a sequências no molde de mRNA e adicionam o aminoácido correspondente à cadeia polipeptídica. (Mais precisamente, a cadeia polipeptídica crescente é adicionada a cada novo aminoácido trazido por um tRNA.) Portanto, os tRNAs são as moléculas que realmente & ldquotranslate & rdquo a linguagem do RNA para a linguagem das proteínas.

Figura: A estrutura em folha de trevo bidimensional de um tRNA típico.: Todos os tRNAs, independentemente da espécie de onde vêm ou do aminoácido que carregam, se auto-separam para produzir uma estrutura em folha de trevo com quatro hastes principais e três loops principais. O aminoácido transportado pelo tRNA é covalentemente ligado ao nucleotídeo na extremidade 3 & prime do tRNA, conhecido como braço aceitador tRNA & rsquos. A extremidade oposta do tRNA dobrado tem a alça anticódon onde o tRNA fará a comparação de base com o códon do mRNA.

Dos 64 códons de mRNA possíveis (combinações triplas de A, U, G e C), três especificam a terminação da síntese de proteínas e 61 especificam a adição de aminoácidos à cadeia polipeptídica.Dos três códons de terminação, um (UGA) também pode ser usado para codificar o 21º aminoácido, selenocisteína, mas apenas se o mRNA contiver uma sequência específica de nucleotídeos conhecida como sequência SECIS. Dos 61 códons de não terminação, um códon (AUG) também codifica o início da tradução.

Cada cadeia polinucleotídica de tRNA dobra-se para que algumas seções internas se pareçam com outras seções internas. Se apenas diagramadas em duas dimensões, as regiões onde ocorre o pareamento de base são chamadas de hastes, e as regiões onde nenhum par de bases se forma são chamadas de loops, e todo o padrão de hastes e loops que se formam para um tRNA é chamado de estrutura & ldquocloverleaf & rdquo. Todos os tRNAs se dobram em estruturas de trevo muito semelhantes de quatro hastes principais e três loops principais.

Se visto como uma estrutura tridimensional, todas as regiões de pares de base do tRNA são helicoidais e o tRNA se dobra em uma estrutura em forma de L.

Figura: A forma tridimensional obtida pelos tRNAs.: Se vistos como uma estrutura tridimensional, todos os tRNAs são moléculas parcialmente helicoidais que são vagamente em forma de L. A alça contendo anticódon está em uma extremidade da molécula (em cinza aqui) e o braço aceptor de aminoácidos está na outra extremidade da molécula (em amarelo aqui) após a curva do & ldquoL & rdquo.

Cada tRNA tem uma sequência de três nucleotídeos localizados em um loop em uma extremidade da molécula que pode basepair com um códon de mRNA. Isso é chamado de anticódon tRNA e rsquos. Cada tRNA diferente tem um anticódon diferente. Quando o tRNA anticódon se compara com um dos códons do mRNA, o tRNA adiciona um aminoácido a uma cadeia polipeptídica em crescimento ou termina a tradução, de acordo com o código genético. Por exemplo, se a sequência CUA ocorresse em um molde de mRNA na estrutura de leitura apropriada, ela se ligaria a um tRNA com um anticódon que expressa a sequência complementar, GAU. O tRNA com este anticódon seria ligado ao aminoácido leucina.


Introdução

Mais de uma centena de modificações de RNA pós-transcricional identificadas hoje 1 mostraram desempenhar papéis diversos e indispensáveis ​​na regulação gênica em todos os domínios da vida 2. As modificações do RNA são realizadas por vias celulares complexas, que envolvem inúmeras enzimas protéicas e complexos catalíticos RNA-proteína, que visam principalmente tRNAs e, em menor extensão, RNA ribossômico e mRNAs 1. As tendências observadas sugerem que muitos motivos de modificação e suas localizações de sequência são conservados em Bacteria, Archaea e Eukarya, no entanto, algumas diferenças específicas do reino também são documentadas.

Dentre todas as modificações encontradas, as do tRNA são as classes de modificações mais abundantes e estudadas 1,3,4,5. Noventa e três modificações de tRNA descritas hoje representam uma biblioteca surpreendente de estruturas quimicamente diversas 5, cada uma das quais influencia de uma forma única a integridade tridimensional do tRNA e especifica suas propriedades físico-químicas 6,7. As modificações mais elaboradas do tRNA estão localizadas na alça do anticódon, que compreende o tripleto do anticódon necessário para o emparelhamento com os códons do mRNA. As alças anticódon de quase todos os tRNAs contêm vários nucleotídeos modificados. Entre estes, os mais importantes são os nucleotídeos nas posições 34 e 37. O nucleotídeo na posição 34 (chamada posição 'oscilante') emparelha-se com a terceira base do códon do mRNA no local de ligação do aminoacil-tRNA (local A) durante a decodificação 4,8. O nucleotídeo na posição 37 é adjacente ao lado 3 'do anticódon.

A partir do momento de suas descobertas, as modificações nas alças anticódon do tRNA demonstraram ser cruciais para a decodificação adequada do mRNA e o ajuste fino do processo 9. Em particular, as modificações da posição 34 do tRNA foram sugeridas para aumentar as capacidades do tRNA para decodificar múltiplos códons de mRNA que diferem pelo terceiro nucleosídeo (códons sinônimos), explicando assim como o código genético degenerado é traduzido 4,10,11. Foi demonstrado também que as modificações anticódon aumentam o reconhecimento pelas correspondentes aminoacil-tRNA sintetases 12,13 e servem como uma medida de prevenção de deslocamento de quadro durante a translocação 14,15. Muito recentemente, as modificações do tRNA também foram creditadas como um papel na conexão da tradução, metabolismo e resposta ao estresse em bactérias e eucariotos 2,16. Por exemplo, em humanos, a desregulação das vias de modificação do RNA mostrou estar ligada ao diabetes tipo dois e a várias doenças mitocondriais 16.

Com exceção da metionina e do triptofano, todos os aminoácidos são codificados por mais de um códon, porque o código genético é redundante 17,18 com 61 códons que codificam 20 aminoácidos. Em contraste com os eucariotos, onde os códons sinônimos AAA e AAG são lidos por três isoacceptor lisina tRNA Lys, metade de todas as bactérias têm apenas um isoacceptor tRNA Lys UUU que decodifica esses dois códons em aminoácido anfipático lisina 9,19,20. Para discriminar contra códons de terminação de pirimidina AAC e AAU que codificam asparagina, o E. coli tRNA Lys UUU contém uma das modificações mais complexas de 5-metilaminometil-2-tiouridina (S, mnm 5 s 2 U) na posição oscilante do anticódon 34 (Fig. 1a). A modificação mnm 5 s 2 é resultado de uma via sofisticada que inclui muitas enzimas responsáveis ​​pela tiiolação e fixação de um grupo metilaminometil 21. Outra característica proeminente de E. coli tRNA Lys SUU é N6-treonilcarbamoladenosina (t 6 A) na 37ª posição de sua alça anticódon (Fig. 1a). A modificação t 6 A é uma das mais onipresentes e conservadas, e é conhecida por ser crítica para o reconhecimento de códons começando com adenosina. Esta é uma das raras modificações universalmente conservadas nos diferentes reinos da vida 1. Além de S34 e t 6 A37, E. coli tRNA Lys SUU a alça do anticódon contém a terceira modificação, a pseudouridina na posição 39 (Fig. 1a).

(uma) Estrutura secundária de E. coli tRNA Lys SUU. Os domínios principais e as modificações do tRNA são indicados nas fórmulas químicas de nucleobases hipermodificadas nas posições 34 e 37, juntamente com as abreviaturas correspondentes. (b) Vista lateral do complexo de ribossomo 70S com três tRNAs ligados aos locais de ligação A- (vermelho), P- (azul) e saída (verde). A hélice 69 da subunidade grande está em magenta. O quadro designa o centro de decodificação com a alça de haste anticódon ligada de tRNA Lys SUU e a visão de perto no duplex códon-anticódon e principais nucleotídeos do centro de decodificação (G530 de 16S rRNA não é mostrado) incluindo A1913 de 23S rRNA. (c) Esquemas de duplexes códon-anticódon no centro de decodificação dos complexos de ribossomo 70S modelados no estudo. Os complexos são numerados de acordo com a descrição no texto principal.

Estudos de ressonância magnética nuclear de loops de haste anticódon (ASLs) não modificados, parcialmente e totalmente modificados de E.coli tRNA Lys SUU demonstraram que as modificações de mnm 5 s 2 U e t 6 A remodelam um loop dinâmico para uma estrutura canônica de volta em U aberta para se adaptar perfeitamente no centro de decodificação ribossomal 6,22. Primeiro, estudos de raios-X do sistema de decodificação parcial 23, onde os cristais da pequena subunidade ribossomal 30S isolada foram embebidos com ASL sintético de E.coli tRNA Lys UUU e hexaribonucleotídeos como análogos de mRNA, lançam alguma luz sobre possíveis papéis de modificações na decodificação 24,25. Foi sugerido que t 6 A37 aumenta a estabilidade do códon-anticódon por meio da interação de empilhamento de fita cruzada com o primeiro códon nucleotídeo, enquanto o mnm 5 U34 parcialmente modificado sem o grupo 2-tio estava implicado em interações de emparelhamento de base mnm 5 U34 · G alternativo por meio de uma ligação de hidrogênio bifurcada 25. Um modelo semelhante da subunidade 30S bacteriana com ASL de tRNA humano3 Lys UUU, que tem sequência de loop anticódon idêntica com E. coli tRNA Lys SUU mas carrega modificações ms 2 t 6 A37 (2-metiltio-N6-treonilcarbamoladenosina) e mcm 5 s 2 U34 (5-metoxicarbonilmetil-2-tiouridina), revelou geometria semelhante a Watson-Crick de mcm 5 s 2 U34 · G base- interações de emparelhamento na posição wobble códon-anticódon 26. Ambos os trabalhos e vários outros achados genéticos, biofísicos e bioquímicos indicaram que cada grupo em um nucleotídeo modificado melhora as propriedades termodinâmicas do tRNA e serve para aumentar as interações códon-anticódon específicas durante a decodificação.

Estudos cristalográficos recentes da subunidade ribossômica 30S ou complexos ribossômicos completos 70S com diferentes ASLs 23,24,25,26,27 ou tRNAs 28,29,30,31,32,33 e mRNAs descrevem três classes principais de geometria preferida na oscilação posição de uma minhélice códon-anticódon. A primeira classe consiste em pares canônicos de purina-pirimidina A · U (ou U · A) e C · G (ou G · C) 29,30,33, e também inclui pares semelhantes a Watson-Crick. Foi sugerido que o último se assemelha muito à geometria canônica via estabilização de um tautômero enol pelas modificações de oscilação (por exemplo, acima descrito mcm 5 s 2 U34 · G) 26,27. A segunda classe consiste no par de oscilação padrão G34 · U originalmente previsto por Crick 8. Neste par, a pirimidina é deslocada em direção ao sulco principal da minihélice códon-anticódon; no entanto, a distância entre os átomos da ribose C1 ′ permanece muito próxima a 10,5 Å, o valor médio para um par padrão Watson-Crick 28,29. A terceira classe inclui os pares I · G ou I · A, onde I (inosina) está presente na posição 34 de alguns tRNAs 1,34. Esses pares purina-purina são excepcionalmente largos com uma distância C1′-C1 ′ de 12,3 Å (refs 24, 32).

No presente estudo, descrevemos seis estruturas de raios-X de complexos fisiologicamente relevantes do ribossomo 70S completo preparado com mRNAs longos que contêm nativos de comprimento total E. coli tRNA fMet no sítio de ligação de peptidil-tRNA (sítio P) e tRNA Lys SUU ligado a códons cognatos ou quase cognatos no local A. Identificamos uma interação de emparelhamento de base sem precedentes na posição de oscilação do duplex códon-anticódon no centro de decodificação que amplia a família atual de "geometrias de oscilação". Este par de bases, que envolve um S34 hipermodificado de E. coli tRNA Lys SUU e o códon guanosina, representa uma "oscilação" (G34 · U) com o U movido em direção ao menor em vez do sulco principal que é muito menos isostérico em sua forma invertida do que o par oscilante G · U usual.

As estruturas do ribossomo que estamos descrevendo neste trabalho aprofundam a compreensão do mecanismo de discriminação do tRNA no ribossomo. Demonstramos como tRNA Lys SUU discrimina entre os códons cognatos AAA e AAG, e o códon de parada quase cognato UAA (códon ocre) ou o códon de isoleucina AUA, com o qual forma incompatibilidades de pirimidina-pirimidina U · U. Junto com nossas estruturas anteriores do ribossomo 70S com várias incompatibilidades no duplex códon-anticódon 29,30, os modelos presentes expandem nossa biblioteca de vários estados do centro de decodificação 70S. A evidência presente fortalece ainda mais nossa proposição de que a complementaridade estérica é predominante sobre o número de ligações de hidrogênio 35 entre o centro de decodificação e o duplex códon-anticódon e, portanto, desempenha o papel discriminatório crucial durante a decodificação.


Resultados e discussão

Link evolutivo baseado em complementaridade entre a haste aceitadora e o anticódon

A independência dos códigos operacionais e clássicos leva a certas contradições irreconciliáveis ​​(detalhadas em [6, 22]). Desde que os experimentos descobrindo o código operacional foram realizados [2], era óbvio que a solução mais simples de todo o problema seria ter um homólogo de anticódon / códon na haste aceitadora, o mais próximo possível da extremidade CCA-3 ' [5, 14, 15]. A localização ideal seria as primeiras posições 1-2-3 / 72-71-70 da haste aceitadora [6, 15], que determinam em grande parte a identidade dos tRNAs. Até onde sabemos, todas as tentativas de encontrar tal homologia direta falharam. E ainda, é possível observar vestígios ainda existentes da duplicação antiga quando se consideram os pares de tRNAs de consenso com anticódons complementares: esses tRNAs acabaram por ser complementares na segunda posição do aceitador também ([6], atualizado em [22]). Os tRNAs ancestrais reconstruídos a partir das árvores filogenéticas de Bacteria, Archaea e Eukarya [24] confirmaram fortemente esse achado (descrito na Tabela 1 para todos os pares de tRNAs ancestrais com anticódons complementares). Deve-se notar que os valores de DC foram calculados incorretamente em [25]. As principais razões para a discrepância foram determinação incorreta (pares 4, 18 na Tabela 1), interpretação incorreta (par 32) e omissão (pares 9, 17 e 21). Além disso, as bases ancestrais reconstruídas a partir das árvores filogenéticas (como as usadas nesta análise) são mais precisas do que as maiorias de consenso simples, especialmente se o número de sequências for pequeno (apenas 1.100 sequências foram usadas em [25]).

Vale a pena notar são os pares (sublinhados na Tabela 1) em que um "parceiro" tem diferentes segundas bases na haste aceitadora em diferentes domínios (por exemplo, "G" em Bactérias e "C" em Archaea) e o outro parceiro possui o segundas bases complementares específicas de domínio ("C" em Bacteria e "G" em Archaea, respectivamente). Esta notável complementaridade dupla, que é mantida apesar da variabilidade nas segundas bases, é observada não apenas com os diferentes domínios, mas também entre as diferentes espécies dentro de um domínio. Os pares Val (GAC) × Asp (GUC) em bactérias e Ser (AGA) × Arg (TCT) em eucariotos são bons exemplos (Tabela 1: pares 14 e 17). Além disso, mostramos abaixo que a complementaridade dupla está causativamente associada ao sub-código para os dois modos de aminoacilação do tRNA. Na verdade, é o sub-código que explica os raros desvios da complementaridade dual.

Complementaridade dupla foi detectada para pares de tRNAs ancestrais com anticódons completamente complementares e não foi detectada para pares de tRNAs nos quais apenas as bases centrais dos anticódons eram complementares [22]. Essa diferença importante sugere que a complementaridade dual não apenas reflete indiretamente a ancestralidade comum dos códigos operacionais e clássicos, mas também pode implicar que o código ancestral recrutou novos códons por pares complementares (em oposição a um por um). Existem pelo menos dois mecanismos possíveis para tal recrutamento: (1) por meio da tradução primitiva in-frame de ambas as fitas complementares (antes de sua diferenciação nas fitas sense e antisense) [6, 11, 12, 22, 26, 27] e / ou (2) utilização das cadeias de pré-tRNA complementares surgindo através da replicação de qualquer maneira [6, 28, 29], possivelmente no papel de novas alças de ligação de coenzima (aa) [16, 17]. Um par de 'códons' complementares que já foram capturados pelo código em evolução geraria então (por meio de mutações complementares) o próximo par "filho". Assim, sugerimos duas tétrades de aminoácidos que, ao se encaixarem no mecanismo acima da maneira mais parcimoniosa, podem ser os melhores candidatos para os primeiros aminoácidos recrutados por tradução [22]. Estes são [Ala (GCC), Gly (GGC), Val (GTC), Asp (GAC)] e [Ala (GCG), Arg (CGC), Val (GTG), His (CAC)] (os códons são mostrados em parênteses). Como veremos a seguir, esse conjunto tem um potencial notável para a construção de proteínas simples.

O cenário complementar baseado em pares de formação de código precoce renovou o interesse na divisão de p-aaRSs em duas classes e sugeriu que eles se originaram das fitas complementares do mesmo gene ancestral [30-32]. As duas classes de p-aaRSs coincidem quase perfeitamente com os dois modos de aminoacilação do tRNA, dos lados do sulco maior e menor da hélice aceitadora (mostrado na Figura 1 em azul e amarelo, respectivamente). Dos 20 aminoácidos, apenas três (todos aromáticos), Phe (classe II), Tyr (classe I) e Trp (classe I), têm um modo de aminoacilação de tRNA que está associado à classe oposta. Outra peça importante do quebra-cabeça é que os p-aaRSs de ambas as classes são retardatários evolutivos entre as proteínas parálogas [33], o que fortalece vários argumentos em apoio à hipótese de que, antes do advento dos p-aaRSs, as ribozimas agiam como sintetases [16, 17 , 34, 35], incluindo evidências experimentais diretas [36] e a linha de raciocínio decorrente dos dois modos simétricos de espelho de reconhecimento de tRNA por p-aaRSs [11, 12]. Finalmente, é notável que certas outras famílias de proteínas também revelem essa complementaridade. Os p-aaRSs de classe I têm homologia óbvia com as desidrogenases dependentes de NAD + - e NADP + - da dobra de Rossmann [7], os p-aaRSs de classe II são homólogos à família HSP70 [31], e parece que em Achylia klebsiana um único gene codifica para uma chaperonina semelhante a HSP70 e uma glutamato desidrogenase através da suas fitas sense e antisense, respectivamente [31].

Sub-código para duas aminoacilações

O prefeito vs. a contemplação do lado do sulco menor do código genético revelou a simetria (Figura 1A) que nos levou a reorganizar a tabela de códigos, colocando códons complementares próximos uns dos outros. Este rearranjo revelou o padrão "yin-e-yang" (Figura 1B) que representa o subcódigo latente para os dois modos de aminoacilação do tRNA.

Entre muitos códigos possíveis, o código genético real (Figura 1A) mostra uma imunidade relativamente alta aos efeitos de mutações e erros de leitura [37]. O sub-código de aminoacilação (Figura 1B) adiciona a isso, minimizando o risco de confusão para 16 pares de anticódons complementares que contêm palíndromos YR [12, 13]. O padrão "yin-e-yang" é perfeitamente simétrico no que diz respeito à troca de "cores", ou seja, os modos de aminoacilação de tRNA (sulco maior "azul" / sulco menor "amarelo", veja acima), está em causa (Figura 1B) . Portanto, o risco de confusão pode parecer invariável em relação a essa opção de cor / modo. No entanto, se levarmos em conta não apenas os anticódons per se, mas também os adjacentes U e R (dos lados 5 'e 3', respectivamente), a assimetria do risco de confusão é imediatamente revelada (Figura 3). Aqui destacamos os seguintes aspectos da assimetria:

Risco de confusão de anticódons complementares (na resolução R / Y de purina / pirimidina) em quatro cenários de reconhecimento de tRNA por dois r-aaRSs putativos (adotados de [12]). Os pares de anticódons complementares são ordenados seguindo o padrão "yin-yang" da Figura 1B. Os sinais de mais denotam os pares que não têm tetra (ou mais) idênticos - nucleotídeos dentro do loop 3 'YU-XYZ-RN5' --- isto é, eles são distinguíveis (no cenário correspondente) por duas ribozimas putativas que reconhecem o complemento tRNA metades. Os sinais negativos marcam os casos contrários, indistinguíveis. Para cada par, apenas um deslocamento de zero ou uma base longa em uma das duas direções do anticódon é permitido. Duas mudanças simultâneas (uma em cada loop de anticódon) são consideradas altamente improváveis.Todos os 32 pares são divididos em quatro quartos (enumerados I, II, III e IV) de acordo com o sub-código para dois modos complementares de aminoacilação de tRNA. O primeiro trimestre deve ser I, o último, IV (veja o texto para detalhes). Os quartos II e III incluem 16 pares do tipo RY vs. YR que satisfazem a segunda regra do subcódigo para duas aminoacilações (consulte a legenda da Figura 1B). Se, seguindo a Figura 4, atribuirmos anticódons NGN e NAN aos lados do sulco maior e menor, isso excluiria todo o cenário 3 '× 5' (sombreado) e o número de cenários concebíveis de reconhecimento de tRNA é reduzido de quatro para apenas dois ( delimitado por retângulos). O caminho evolutivo real é mostrado em verde.

geralmente não existem anticódons 5'ANN3 '- em vez disso, os anticódons 5'GNN3' reconhecem não apenas os códons 3'CИИ5 'legítimos, mas também os códons 3'UИИ5' que oscilam ilegítimos. Para os nove pares estritamente legítimos do tipo RY vs. YR, a razão +/- é 7: 2 (segundo cenário) vs. 3: 6 (quarto cenário) - sendo o primeiro, portanto, sete vezes mais "seguro".

Pares de pentanucleotídeos 5'U-XYZ-R3 'à direita (com anticódons complementares no centro) mostram o risco de confusão por r-aaRSs no cenário de reconhecimento 5' × 3 'para os pares correspondentes dos trimestres I, II , III e IV. Compare o risco de confusão para I vs. IV e II vs. III (veja o texto para detalhes).

Os oito pares (azul / azul) de anticódons complementares no quarto I da Figura 3 estão associados a aminoácidos sintetizáveis ​​abioticamente ("Miller") [38], presumivelmente os primeiros evolutivamente, incluindo o provável mais antigo Ala (GGC) × Gly (GCC ) par [26, 27]. Notavelmente, nenhum dos oito pode ser confundido em qualquer um dos quatro cenários (Figura 3): ambos amarelos (5 '× 5'), ambos azuis (3 '× 3'), amarelo × azul (5 '× 3') e azul × amarelo (3 '× 5'), como se o anticódon não desempenhasse nenhum papel. A possível razão para essa indiferença anticódon é mostrada à direita (Figura 3). A configuração de pirimidinas (Y) e purinas (R) para esses pares, ou seja, 5'U-RRY-R3 '× 5'U-RYY-R3', não permite confusão na aminoacilação em qualquer um dos quatro cenários. A robustez desses pares azuis 5'U-RRY-R3 '× 5'U-RYY-R3' é especialmente notável quando comparada com o análogo 5 'U-YRR-R 3' × 5 'U-YYR-R 3' pares amarelos no quarto IV da Figura 3. Os últimos são aparentemente sensíveis à leitura incorreta pelas sintetases primordiais. Portanto, pode não ser uma coincidência que dois dos quatro trigêmeos propensos a confusão, UUA e CUA, sejam usados ​​como os sinais de parada da tradução [12].

Além do trimestre I, existem oito outros pares de anticódons complementares nos trimestres III e IV que não podem ser confundidos em nenhum dos cenários de reconhecimento de tRNA (Figura 3). Curiosamente, os pares Asp (GUC) × Val (GAC) e Glu (CUC) × Leu (GAG), frequentemente sugeridos estarem entre os primeiros aminoácidos [26, 27, 38] se enquadram neste grupo.

O reconhecimento de anticódons por ribozimas r-aaRS foi provavelmente baseado no pareamento de bases complementares [16]. Com relação ao G-C vs. C-G ou A-U vs. U-A, o reconhecimento é simétrico. Por que então foi o reconhecimento através da o lado do sulco principal atribuído à segunda coluna da tabela de códigos (Figura 1A), isto é, C central em códons (G em anticódons), e não à quarta coluna complementarmente simétrica? A mesma pergunta surge para a primeira e terceira colunas. Uma possível explicação: a primeira e a segunda colunas podem ter sido selecionadas para os lados do sulco menor e maior do reconhecimento de tRNA porque o risco de confusão de anticódons complementares era muito menor do que sob a escolha aparentemente simétrica da terceira e quarta colunas (Figura 4). Na verdade, essa diferença está enraizada na assimetria fundamental entre o oscilante G-U (ainda um par) e A * C complementar (uma incompatibilidade clara) (Figura 4, ver ref. [12] para detalhes).

A possível primeira tétrade recrutada pelo código genético (painel superior) (revisado em [26, 27]). Consistente com nosso modelo, esses quatro aminoácidos mostram complementaridade dupla não apenas nos pares legítimos Gly (GCC) - Ala (GGC) e Asp (GUC) - Val (GAC), mas também nos pares Gly (GCC) - Val (GAC) e emparelhamentos Ala (GGC) - Asp (GUC), com GU e até A * C incompatíveis na posição central [22]. Consequentemente, o par Ala-Gly poderia gerar o novo par Val-Asp por meio das transições C → U e G → A (ibid.) A expansão Ala → Val do código é acompanhada por uma mudança de reconhecimento de tRNA do principal (azul) para o lado do sulco menor (amarelo), enquanto o Gly → Asp complementar deixa o modo (azul) inalterado. Essa assimetria pode estar associada a um risco de erros de aminoacilação pleiotrópicos de tRNA por ribozimas. O esquema abaixo (sob a tétrade) (adaptado de [12]) demonstra esse risco para expansões Ala → Val e Gly → Asp com reconhecimentos legítimos (setas sólidas) e 'oscilantes' (setas pontilhadas) de anticódons por r-aaRSs. A expansão Ala (GCC) → Val (GUC) está sujeita a múltiplas desaminoacilações do antigo tRNA Ala pelo novo r-ValRS (seta pontilhada em vermelho). Em contraste, a expansão complementar Gly (GGC) → Asp (GAC) não tem essa desvantagem (seta pontilhada verde). Para escapar de complicações pleiotrópicas potenciais, é necessário um modo diferente de reconhecimento de tRNA que distinguiria com segurança o r-ValRS do r-AlaRS já estabelecido. Foi exatamente o que aconteceu: o AspRS preservou o reconhecimento (igual ao GlyRS) do sulco maior (azul), enquanto o ValRS adotou o reconhecimento do sulco menor (amarelo).

A diferenciação dos códons NYN no sulco principal (azul) NCN e no sulco menor (amarelo) códons NUN restringe o repertório de rotas evolutivas subsequentes para a via que foi realmente escolhida (sombreado em verde na Figura 3), deixando apenas duas opções para cada tipo de pares complementares (enquadrados na Figura 3), dentre os quatro concebíveis. Na verdade, essa diferenciação torna o quarto cenário, 3 '× 5', muito improvável, e a vantagem do segundo cenário, 5 '× 3', ainda mais substancial (ver [12] para detalhes). Notavelmente, esta vantagem está associada a aminoácidos de alta propensão catalítica, como His, Arg, etc. [39]. Além disso, estes são os próprios aminoácidos para os quais os tripletos cognatos (anticódons e / ou códons) ocorrem com mais frequência nos centros de ligação aa de aptâmeros de RNA do que o esperado por acaso, sugerindo que a afinidade estereoquímica desempenhou um papel na formação do código [40–42]. Achamos que não é uma coincidência que o risco de confusão para tais aminoácidos "Yarus" do sulco menor / sulco principal (amarelo / azul) 5 '× 3' pares depende tanto dos anticódons com 5'U- adjacentes e -R3 '(em contraste com os aminoácidos "Miller" do sulco principal / sulco principal (azul / azul) pares 3' × 3 ').

Os nucleotídeos 5'U- e R-3 'flanqueadores do anticódon parecem determinar o padrão integral de risco de confusão para os pares de anticódons complementares mostrados na Figura 3. Se, por exemplo, se inverter esses nucleotídeos U e R, a situação é invertido: os loops anticódon complementares 5'R-YYR-U3 'e 5'R-YRR-U3' tornam-se os pares resistentes à confusão, em contraste com os pares 5'R-RRY-U3 'e 5'R-RYY-U3 'pares, que agora se tornam propensos a confusão (em qualquer um dos modos de reconhecimento de tRNA). No entanto, na natureza, esses 5'U e R3 'são conservados em todos os tRNAs. Portanto, especulamos que durante o processo de formação do código genético, a seleção natural favoreceu os pares de anticódons complementares "adaptados" aos nucleotídeos adjacentes já existentes.

A especulação acima faz ainda mais sentido se levarmos em consideração que são precisamente os flancos 5'U- e -R3 'dos ​​anticódons RRY (e RYY complementares) que poderiam ter fornecido uma leitura sequencial suave dos códons na tradução primitiva ([ 43] ver também [26]). No início evolutivo da tradução, as atribuições de aminoácidos podem não ter sido tão específicas quanto se tornaram mais tarde - o que era importante era o próprio processo de tradução e a disponibilidade de aminoácidos. Independentemente disso, essa configuração de loops de anticódon possui ainda outra vantagem substancial: o menor risco possível (zero, na verdade) de confusão de anticódons complementares para os aminoácidos iniciais presumidos (Figura 3). É importante perceber que esta vantagem pode ter sido crucial no mundo do RNA avançado, onde as ribozimas usavam aminoácidos como cofatores [16, 17]. Observe a este respeito que, como regra, os pares de tripletos complementares codificam os aminoácidos funcionalmente muito diferentes, na maioria das vezes aqueles com uma alta propensão catalítica (His, Asp, Glu, Lys, Arg) em contraste com aqueles com um baixo nível catalítico, mas alto propensão estrutural (construção de folha beta) (Val, Ile, Leu, Phe, Ala) [39]. Portanto, é claro que a confusão desses aminoácidos codificados complementarmente seria uma grande desvantagem para riboorganismos. E, consequentemente, seria uma grande vantagem para a vida baseada em RNA utilizar a configuração 5'U-XYZ-R3 'da alça anticódon e o sub-código para dois modos de aminoacilação de tRNA mesmo antes da origem da tradução per se. Esta ideia será amplamente discutida em outro lugar [44]. Aqui, abordamos as seguintes questões:

De onde (e quando) esses importantes flancos conservados 5'U- e -R3 'de anticódons vieram?

Para os pares 3 '× 3' dos primeiros ("Miller") aminoácidos, seus anticódons contribuem pouco (ou nada) para o subcódigo para os dois modos de reconhecimento de tRNA que protegem os pares de tRNA da desaminoacilação. Isso pode implicar que o reconhecimento desses aminoácidos está codificado em outro lugar nas moléculas de tRNA?

Por que a opção 3 '× 3' foi escolhida se as outras três opções (5 '× 5', 5 '× 3' e 3 '× 5') parecem ser igualmente à prova de erros? Essa escolha foi aleatória ou houve alguma vantagem seletiva por trás dela?

Palíndromo primordial de tRNA

A busca pelas respostas a essas perguntas nos leva inevitavelmente ao tronco aceitador de tRNA. Embora a haste aceitadora seja altamente variável, especialmente nas posições 4-5-6 [45], reconstruímos seu ancestral comum (Figura 5) a partir das árvores filogenéticas para Bactérias, Archaea e Eucarya (consulte a seção Materiais e Métodos acima). A parte 5 'do aceitador é um heptâmero que consiste em um tripleto proto-anticódon (ou códon) (de acordo com a complementaridade dupla) e um GCCR quádruplo que é homólogo à cauda 3' universal NCCA. Em seguida, a contraparte 3 'aparece como um palíndromo com um tripleto semelhante a um códon no meio (Figura 5).

Braço de aceitação para o último ancestral comum universal tRNA (LUCA). Em vermelho está o tripleto que, de acordo com [15] e a hipótese de complementaridade dual [6], era originalmente a duplicata do anticódon. Amarelo e azul marcam os dois modos de reconhecimento de tRNA por aaRSs, dos lados do sulco menor (5 ') e do sulco maior (3'), respectivamente. O terminal NCCA, seu presumível homólogo GCCR e quádruplos YGGC complementares são enquadrados. Observe que a metade azul (3 ') da estrutura é um palíndromo.

Duas dessas hastes aceitadoras com segundas bases complementares (G e C mostradas em vermelho) dentro dos tripletos que podem ter um ancestral comum com anticódons são mostradas na Figura 6. Deve-se notar que em tRNAs modernos os presumíveis códon / motivos semelhantes a anticódon que são mais frequentes neste local correspondem a Gly, Ala e Pro (todos os aminoácidos de "sulco principal"), com o próximo mais comum sendo Arg (um aminoácido de "sulco menor") (ver Figura 4 em [22]) .

(A): hastes aceitadoras ancestrais de tRNAs que têm pares de bases complementares (mostrado em vermelho), de acordo com a complementaridade dual (Tabela 1). Os putativos r-aaRSs são mostrados como setas onduladas. "S" significa G ou C. Essas duas hastes aceitadoras poderiam ter existido durante os primeiros estágios da formatação do código, mesmo antes da tradução (ou seja, antes dos pares de anticódons de fita simples na parte inferior da Figura 3 surgirem). (B): O mesmo receptor radical como em (A), mas com os pares GGC / GCC e GCC / GGC mutuamente complementares no centro. "Proibido" denota um reconhecimento mais sujeito a confusão de aceitadores por r-aaRSs.

Em nosso modelo, a primeira posição do aceitador corresponde à primeira posição do anticódon que, por sua vez, corresponde à terceira posição degenerada dos códons. Não surpreendentemente, porque não é essencial para a codificação de aminoácidos, esta posição no aceitador é quase invariavelmente ocupada pelo par de bases G-C, "possivelmente por razões estruturais para estabilizar o final da hélice aceitadora" [46]. A segunda posição do aceitador é considerada a posição mais importante - tanto no código operacional primordial quanto no código genético (representado por anticódons em tRNAs e códons em mRNAs) - para codificar propriedades de grupo de aminoácidos semelhantes. A terceira posição da haste aceitadora corresponde à terceira posição do anticódon que, por sua vez, corresponde à primeira posição dos códons, o que é importante para uma codificação posterior e mais específica. O exemplo clássico é o par de bases G-U específico de Ala nesta posição (Figura 2) [2, 4].

A localização simétrica do precursor do anticódon nas posições 70-71-72 da fita 3 'oposta da haste aceitadora também faz sentido [15]. De qualquer forma, parece razoável supor que os pares de bases na segunda posição das hastes aceitadoras fizeram a maior diferença na aminoacilação mediada por RNA primordial.

É importante ressaltar que para evitar confusão entre duas hastes aceitadoras com segundas bases complementares, ambos os r-aaRSs putativos devem usar o mesmo lado do sulco para reconhecimento de tRNA, ou seja, sulco principal / sulco principal (3 '× 3') ou sulco menor / sulco menor (5 '× 5') cenários (Figura 6A). Nestes casos, os r-aaRSs encontram segundas bases diferentes, evitando assim carregar erroneamente os aceptores com aminoácidos "complementares". Este não é o caso nos cenários (3 '× 5') ou no espelho (5 '× 3').

Além disso, vamos considerar as duas hastes aceitadoras nas quais a configuração GSS / SSC nas posições 1-2-3 / 70-71-72 (Figura 5) é representada pelos palíndromos complementares GCC / GGC e GGC / GCC, respectivamente ( Figura 6B). Uma inspeção mais detalhada dessas duas hastes aceitadoras revela que o cenário sem erros (5 '× 5') de seu reconhecimento não difere do cenário (3 '× 3'). De fato, os dois r-aaRSs putativos (que reconhecem a haste aceitadora dos lados do sulco maior e menor) estão enfrentando sequências idênticas (Figura 6B). Conseqüentemente, esses dois r-aaRSs provavelmente eram muito parecidos. Assim, para tripletos GCC e GGC complementares, a simetria do palíndromo da haste aceitadora ancestral torna as duas classes primordiais de r-aaRSs e seus modos de reconhecimento funcionalmente indistinguíveis. A diferença entre esses modos de reconhecimento se materializa, mas apenas se os proto-tRNAs ganharem e incorporarem ao processo de reconhecimento o loop anticódon de fita simples da configuração 5'U-XYZ-R3 '. Tudo isso pode explicar por que, das quatro opções (Figura 3), foi o cenário 3 '× 3' que foi "escolhido" - na realidade, simplesmente não havia nada para escolher!

Ao mesmo tempo, porque a fita 3 'de uma haste aceitadora e a fita 5' da outra haste aceitadora na Figura 6B são praticamente indistinguíveis, cada um dos dois aceptores enfrenta um risco aumentado de ser reconhecido do lado oposto pelo r-aaRS, convidando assim a aminoacilação errônea. O risco parece ainda mais real à luz das seguintes considerações:

Evidências substanciais apontam para Gly (GCC) e Ala (GGC) codificados complementarmente como o primeiro par de aminoácidos que foi recrutado pelo código genético

Esses dois tripletos são freqüentemente encontrados nas posições 1-2-3 da haste aceitadora em tRNAs, e ainda.

Nenhum dos pares de tRNAs ancestrais com anticódons complementares (incluindo tRNA Gly e tRNA Ala com GCC e GGC, respectivamente) tem GCC e GGC no local 1-2-3 do aceitador. Esta inconsistência pode ser explicada por uma probabilidade aumentada de aminoacilação errônea para o par GGC / GCC (Figura 6B). Na verdade, a completa ausência de tripletos GGC / GCC nas hastes aceitadoras de tRNAs com anticódons complementares é outro forte argumento a favor do papel decisivo da haste aceitadora nos estágios iniciais da evolução do código genético.

O cenário (3 '× 3') discrimina eficientemente os aceptores com segundas bases complementares. O cenário simétrico (5 '× 5') também parece discriminar, no entanto, a presença de um NCCA-3 'desemparelhado torna o cenário (3' × 3 ') mais preferível para reconhecimento por r-aaRSs.

Esta escolha primária, independente de anticódon, do cenário (3 '× 3') sugere que:

O código operacional incorporado na haste aceitadora é muito antigo e o segundo par de bases era originalmente o único (e, portanto, o mais importante) par de bases na codificação.

Inicialmente, o código operacional foi ativado por meio do reconhecimento degenerado, de um modo (do lado do sulco principal) do aceitador - reconhecimento que antecedeu o sub-código para dois modos de aminoacilação. O sub-código foi estabelecido mais tarde, quando, como resultado da duplicação, surgiu o laço anticódon de fita simples.

A molécula de tRNA pode ter começado sua evolução na estrutura de trevo existente a partir do braço aceitador [4, 47-49], embora a simetria quase perfeita do trevo com o anticódon em seu centro torne o cenário de primeiro anticódon também viável [17] .

Compararemos os modelos primeiro aceptor e primeiro o anticódon em outro lugar [44]. Aqui, gostaríamos de enfatizar que, em qualquer caso, a "escolha" primária (3 '× 3') na haste aceitadora acabou sendo muito "fatídica" - ela efetivamente descartou o cenário (3 '× 5') (Figura 3: coluna sombreada), predeterminando assim a formatação do código genético subsequente (ver [12] para detalhes).

De acordo com o primeiro modelo aceptor da origem do tRNA [4, 6], os flancos invariantes 5'U- e -R3 'dos ​​anticódons vieram do palíndromo inicial como os homólogos do determinador de base N e seu complemento (И). Apropriadamente, o determinador de base mais frequente é A (o segundo mais frequente é G), e seu complemento é U (observe que U também pode formar pares complementares com G). Notavelmente, são precisamente essas bases invariantes U e A (às vezes G) que se unem ao anticódon pelos lados 5 'e 3', respectivamente. Portanto, pode não ser uma coincidência que quando (em alguns genomas) os tRNAs são codificados em pedaços, o principal local dos íntrons, divisões nos minigenes [50, 51] e o processamento em genes de tRNA permutados [52] está localizado entre os 37º e 38º nucleotídeos. Esta é a posição que faz o cenário de menor risco de confusão (5 '× 3') de aminoacilação de tRNA por dois r-aaRSs putativos funcionar, especialmente se esses r-aaRSs estiverem localizados em íntrons, em estreita proximidade com o 37º nucleotídeo [16, 17, 53].Além disso, duplicações consecutivas do palíndromo original (por auto-escorvamento e auto-modelagem) poderiam produzir o trevo de tRNA de um comprimento total (consulte o arquivo adicional 5). Este trevo tem muitos dos nucleotídeos invariantes e invariantes do tRNA existentes, bem como locais de divisão do tRNA em pedaços (ver [50-52]). Os sites geralmente estão localizados próximos a N e И, seguindo o primeiro ou precedendo o último.

O sub-código de aminoacilação está correlacionado com a complementaridade dupla

A natureza da seleção é que ela é estritamente uma força tática - não conhece estratégia de longo prazo e não tem previsão para atender às demandas futuras [54]. Deste ponto de vista, há uma diferença crucial entre o código operacional mediado por p-aaRSs e seu ancestral remoto mediado por r-aaRSs. Obviamente, a enzima p-aaRSs, mesmo em sua simplicidade primária, não poderia ter surgido antes da tradução. Por outro lado, uma vez que nada na natureza evolui com previsão, a ribozima putativa r-aaRSs não apenas poderia, mas deve ter surgido antes da tradução e, como mostrado nas Figs. 5 e 6, este código operacional mediado pela ribozima primordial na haste aceitadora poderia de fato ser anterior à tradução associada aos anticódons. Portanto, parece que o papel principal na manutenção da especificidade da aminoacilação do tRNA deve, em algum ponto, ter passado da haste aceitadora para o anticódon e, então, depois que o código genético estabeleceu seu núcleo complementar, deve ter retornado à haste aceitadora (acompanhado pela transição r-aaRS → p-aaRS). Esta sequência de eventos é refletida (aproximadamente de baixo para cima) na Figura 3. Digno de ênfase aqui é a continuidade evolutiva que preservou (bem) os dois modos complementares de reconhecimento de tRNA por aaRSs durante a reinvenção da ribozima → enzima.

O sub-código para os dois modos de aminoacilação do tRNA parece ter pouco a ver com anticódons complementares em duas situações: (1) quando a alça e haste do anticódon ainda não haviam surgido (Figs. 5, 6), e (2) quando os anticódons existiam, mas eles apresentavam um alto risco de confusão na maioria dos cenários de reconhecimento de tRNA (significando "três menos" na Figura 3, colunas 3-5). Se, na primeira situação, o mesmo modo de reconhecimento de hastes aceitadoras ancestrais (sulco principal / sulco principal) com segundos pares de bases complementares ajudaram a diminuir a desaminoacilação como a Figura 6 sugere, então seria de prever para a segunda situação que, simetricamente , as hastes aceitadoras com o mesmo segundo par de bases precisam de diferentes modos de reconhecimento para minimizar o risco de confusão. No entanto, ter o mesmo segundo par de bases significa uma falta de complementaridade dupla. Curiosamente, no sulco maior / sulco menor YGN × ИCR pares de anticódons com um risco "três-menos" de confusão (quarto II na Figura 3) complementaridade dupla está ausente (Ala (UGC) × Cys (GCA) e Thr (CGU) × Arg (ACG)) ou indistinto (Thr (UGU) × Cys (RCA)). Isso pode ser comparado à complementaridade dupla perfeita de pares Leu (CAR) × Gln (YUG) (quarto IV na Figura 3) - esses pares também são "três-menos", mas em contraste com o sulco maior / menor YGN mencionado acima × Pares ИCR, Leu (CAR) e Gln (YUG) são ambos reconhecidos do mesmo sulco (menor). Ter segundas bases complementares em suas hastes aceitadoras as protegeria de serem incorretamente reconhecidas pelos aaRSs, e é exatamente isso que observamos.

Também relevante é que a primeira e a terceira colunas da tabela de código genético (anticódons NAN e NUN) revelam a complementaridade dual muito melhor do que a segunda e a quarta colunas (anticódons NGN e NCN) (Tabela 1, ver também [22]). Esta diferença pode ser explicada se levarmos em consideração que o sub-código para os dois modos de reconhecimento de tRNA discrimina os pares de sulco menor / sulco principal NAY × RUN (quarto III na Figura 3) melhor do que seu sulco principal / sulco menor YGN × ИCR contrapartes (quarto II na Figura 3).

A complementaridade dupla das segundas bases pode ser um vestígio de duplicação antiga (que moldou a molécula de tRNA como um adaptador bi-funcional do código genético) e tradução in-frame de ambas as fitas, sense e antisense, dos primeiros genes que codificam proteínas [12, 22, 24]. Obviamente, a complementaridade dual ainda é preservada pela seleção natural devido à importância da segunda base na codificação, de acordo com o princípio da continuidade evolutiva [55]. No entanto, essa preservação não é perfeita (Tabela 1), e é o sub-código para as duas aminoacilações do tRNA do espelho que explica por que a complementaridade dual ainda está presente para certos pares de anticódons complementares, e não para outros. Incidentalmente, isso significa que testar a complementaridade dupla para significância estatística com o intervalo de confiança de 0,5 pode ser muito conservador - em alguns casos a complementaridade dupla pode ter sido perdida secundariamente, para ajustar o sub-código de dois modos de aminoacilação e, portanto, algum tipo de modelo de probabilidade condicional / aninhado deve ser assumido em vez de independência.

Em geral, os casos de complementaridade dupla violada ou questionada estão associados a (1) os casos de associação de classe aaRS misturada e modo de aminoacilação de tRNA, ou seja, os três aminoácidos aromáticos, Phe, Trp e Tyr, todos presumivelmente recentemente recrutamento [27] e / ou (2) a ausência de parceiros estritamente complementares para os anticódons NNU (isso é mais pronunciado para Thr) (Tabela 1). Se tais casos forem excluídos da análise, a complementaridade dual é quase perfeita (DC = 15/16 = 0,9375), com o par Cys (GCA) × Ala (UGC) sendo a única exceção, o que pode ser explicado pelo sub- codificar para dois modos de aminoacilação de tRNA.

Os primeiros aminoácidos poderiam ter ganhado seus anticódons antes da tradução

A falta de "previsão evolutiva" implica necessariamente que o código genético, pelo menos nas características-chave de sua atribuição "códon-para-aa" (Figura 1), estava a princípio evoluindo não em antecipação da vantagem catalítica das proteínas sobre os RNAs. , mas simplesmente em resposta às necessidades atuais e prementes do mundo do RNA, o que significa que a origem do código primário precedeu seu uso na tradução [16, 17]. Isso certamente é verdade no caso do código operacional mediado pela ribozima inicial - pode não ter servido originalmente na tradução, mas sim na replicação [47-49], salvando alguns aminoácidos de vazamento para o ambiente [33] e catálise primordial [ 16, 17]. No último, modelo Coding Coenzyme Handles (CCH), as ribozimas usam aminoácidos como cofatores por meio de sua interação direta baseada em afinidade estereoquímica com tripletos de anticódon [16, 17]. Consistente com a hipótese de codificação pré-tradução, o heptâmero e as partes do palíndromo de 11-mer da haste aceitadora ancestral já continham os tripletos semelhantes a códon / anticódon com determinadores de base adjacentes. Observe a esse respeito que o debate sobre qual dos códigos genéticos, clássicos ou operacionais (associados nos tRNAs ao anticódon e à haste aceitadora, respectivamente), veio primeiro é um tanto quanto sem sentido, já que esses dois códigos divergiram de um único ancestral. Nem um pouco sem sentido, porém, é a seguinte questão: em que direção as moléculas de proto-tRNA co-evoluíram para atingir a forma final de trevo - do receptor (com ganho subsequente do anticódon) ou o oposto - do anticódon (com ganho subsequente do aceitador)? O palíndromo ancestral (Figura 5) quando considerado em conjunto com o sub-código para dois modos de aminoacilação de tRNA e o risco de confusão de anticódons complementares (Figura 3) apóiam o modelo aceitador → anticódon da evolução de tRNA. Afinal, esse modelo é mais consistente com a expansão do código genético do original alfabeto (para o qual o repertório de trigêmeos nas posições 1-2-3 foi restringido no aceitador de fita dupla) para o final alfabeto (possível apenas em antcódons de fita simples) do que o modelo anticódon → aceitador que implica o inverso, a saber encolhendo em [56]

Deve-se ter cuidado na reconstrução histórica dos processos que moldaram o código. Por exemplo, não sabemos a real relevância dos experimentos do tipo Miller para a origem da vida (cf. [57]), portanto, não sabemos se os aminoácidos "Miller" são relevantes para o início da evolução do código genético. Além disso, como é provável que o código genético tenha evoluído no contexto de protocélulas com complexo metabolismo catalisado por RNA [54, 58], os aminoácidos produzidos por tal rede metabólica podem coincidir apenas parcialmente com a lista de pré-bióticos produzidos (por qualquer produto químico cenário cf. [59]).

O presente artigo sugere que o radical aceitador é historicamente o primeiro, o que levanta a questão sobre a vantagem funcional de uma atribuição tão inicial. Os detalhes desta questão serão analisados ​​em outro lugar [44], mas tentamos fazer uma sugestão imediatamente. Foi demonstrado por argumentos lógicos que uma coevolução prolongada de redes metabólicas com membranas provavelmente ocorreu [60], o que torna provável que a retenção seletiva de metabólitos importantes como alguns aminoácidos ligando-os a, digamos, moléculas de RNA foi de uma vantagem seletiva [33]. É instrutivo olhar para a primeira tétrade de aminoácidos (Gly, Ala, Asp, Val), sugerida aqui, deste ponto de vista. Primeiro, alguns aminoácidos são necessários para a síntese de nucleotídeos, então é provável que tenham sido compostos importantes no mundo do RNA sem e antes da tradução ou mesmo um papel catalítico: Gly e Asp são importantes aqui (o par glutamina / ácido glutâmico é usado para aminação apenas). Outra restrição provável é a síntese de coenzimas [58]. Por exemplo, a biossíntese da coenzima A requer Val, Asp e Ala. Uma análise posterior será fornecida em outro lugar, mas isso já mostra que todos os membros da primeira tétrade eram metabolicamente importantes. Também é lógico que uma membrana com vazamento selecione primeiro para a retenção seletiva dos aminoácidos que são mais propensos a vazar: Gly e Ala da lista.

Isso sugere um refinamento da hipótese do identificador de coenzima codificante (CCH), que agora pode ser dividida em duas etapas principais: (1) Alguns aminoácidos (mais provavelmente Gly e Ala na primeira tétrade) foram ligados pela primeira vez à haste aceitadora curta- estruturas semelhantes previstas neste artigo. Isso já deve ter acontecido de forma codificada. Porque? Porque eram as outras ribozimas que as usavam para funções (como síntese de nucleotídeos e coenzima). Teria sido desvantajoso para os ribo-organismos terem cargas altamente ambíguas, como já foi afirmado na hipótese original do CCH [16]. Nesse estágio, os adaptadores primordiais atuavam como co-fatores exercendo a transferência de grupos, sendo os grupos aminoácidos. (2) Presumivelmente, o recrutamento de Asp e a segunda tétrade (com Arg e His como novos membros) coincidiu com a origem do loop anticódon. Foi nesse estágio que o mecanismo da hipótese original do CCH entrou em ação: (alguns) aminoácidos agora eram usados ​​para catálise (além da transferência de grupo: Asp teria funcionalidade dupla), mas eles foram presumivelmente reconhecidos por sintetases e outras ribozimas em metabolismo através da alça anticódon neste estágio.

Esta versão revisada da hipótese de CCH é consistente com todos os achados do presente artigo. Notamos que isso não deixa muito espaço para a redução da ambigüidade clássica: teria havido seleção para ambigüidade reduzida o tempo todo, dentro das restrições dadas por um mecanismo de reconhecimento em evolução (cf. [61]).

O emparelhamento complementar de nucleotídeos é provavelmente a característica mais fundamental da vida e todos os nossos resultados descritos acima indicam que o próprio código genético, bem como as estruturas e funções de seus principais adaptadores, tRNA e aaRS, mantiveram impressões desta complementaridade fundamental (ver também [11–13, 22, 26–29]). Além disso, abordar o código genético desse ângulo pode sugerir algumas respostas novas e inesperadas a questões antigas e de longa data. Por exemplo, se o código é anterior à tradução, por que como trigêmeos? Na verdade, neste caso, simplesmente não podemos invocar quaisquer critérios mecanísticos ou logísticos enraizados na otimização do próprio processo de tradução. Deve ter havido algo mais em ter as "palavras" de codificação de três letras que forneciam vantagem (s) intrínseca (s) sobre as de duas ou quatro letras. Além das vantagens já relatadas [16, 17], propomos aqui mais um: as "palavras" de três letras no alfabeto U, C, A, G não podem ser auto-complementares, enquanto os de duas e quatro letras definitivamente podem ser. Dinucleotídeos CG, GC, UA, AU e tetranucleotídeos CGCG, GCGC, AUAU, CCGG, etc., são palíndromos perfeitamente autocomplementares (por exemplo, um parceiro complementar de CG é, novamente, CG). Discutiremos as desvantagens de tais códigos (em comparação com os trigêmeos) em outro lugar. Aqui vamos demonstrar apenas um deles. De acordo com [41, 42], os sítios de ligação de aa de aptâmeros de RNA (selecionados em vitro) contêm, mais frequentemente do que apenas por acaso, seus trigêmeos cognatos, principalmente anticódons. Seria de supor que r-aaRSs putativos poderiam ter tais sites. Isso explica por que o código é tripleto? Não, porque o que realmente determina a "completude" do código é o anticódon dos proto-tRNAs e, simetricamente, o local de ligação do anticódon em r-aaRSs. Considere pares de r-aaRSs com locais de ligação de aa complementares que reconheceram, no entanto, anticódons auto-complementares nos códigos duplet ou quádruplo. Esses códigos hipotéticos representariam um risco muito maior de confusão e misaminoacilação por esses pares de ribozimas carregadas (e, mais tarde, também enzimas) em comparação com o código genético tripleto real. (Claro, um código quíntuplo, ou qualquer outro código "ímpar" para esse assunto, também evitaria essa desvantagem de confusão - no entanto, o código tripleto já é suficientemente redundante e robusto, então qualquer complexidade extra não seria de nenhuma vantagem seletiva. )


Qual é a função do TRNA?

A função do tRNA é decodificar uma sequência de mRNA em uma proteína e transferir essa proteína para os ribossomos onde o DNA é replicado. O tRNA decide qual aminoácido é necessário de acordo com o códon da molécula de mRNA. Em seguida, a molécula de tRNA anexa o aminoácido à cadeia de aminoácidos e retorna ao citoplasma para fazer tudo de novo.

A molécula de tRNA, ou molécula de ácido ribonucleico de transferência, tem duas funções específicas. Segundo a Scitable, sua primeira função é o tradutor. Ele decide qual aminoácido é necessário observando o mRNA. A molécula de mRNA tem três nucleotídeos, ou códons, que se referem a um aminoácido específico. Assim que a molécula de tRNA reconhece o aminoácido específico de que necessita, sua segunda função entra em ação e ela se torna um transferidor, movendo esse aminoácido para a cadeia crescente de aminoácidos.

De acordo com How Stuff Works, o tRNA vem em 20 tipos diferentes de moléculas, cada uma agindo como um transportador para um aminoácido específico, dos quais também existem 20 tipos diferentes. Cada molécula de tRNA dobrada contém um anticódon, que corresponde a um códon e determina qual aminoácido é necessário. As moléculas de tRNA repetem esse processo até que a cadeia enzimática esteja completa.


Capítulo 10 Perguntas de síntese de proteínas PPT

4. As subunidades que constituem os polipeptídeos são denominadas _________________.

5. Quantos aminoácidos existem?

6. Esboce e rotule a estrutura básica de um aminoácido.

7. O grupo que torna os aminoácidos diferentes uns dos outros & amp; dá ao aminoácido suas propriedades únicas é chamado de grupo ___________.

8. O DNA é encontrado no ____________ de uma célula e inicia o processo de fabricação de um _______________.

9. Onde as proteínas são feitas?

10. Descreva os dois tipos de ribossomos.

11. O primeiro passo para fazer uma proteína é fazer uma cópia de ___________ no núcleo.

12. Qual ácido nucléico contém o código mestre para a produção de proteínas?

13. Quais ácidos nucléicos atuam como um projeto na cópia do código mestre?

14. Compare e contraste os açúcares no DNA e no RNA.

15. Compare e contraste as bases de nitrogênio no DNA e no RNA.

16. O RNA é feito de uma fita ____________, enquanto o DNA é uma molécula de fita ___________.

17. Qual base substitui a timina no RNA?

18. Cite os 3 tipos de moléculas de RNA.

19. Qual é a função do mRNA?

20. Qual é a função do rRNA?

21. Qual é a função do tRNA?

22. Descreva a forma do mRNA.

23. Como o mRNA sai do núcleo depois de copiar as instruções do DNA & # 8217s?

24. Que bases formam pares no RNA?

27. A metionina é chamada de códon __________ e o amp é representado pelas bases ________.

28. Nomeie os 3 códons de parada.

30. Qual é a forma do rRNA?

31. Quais são as duas coisas que constituem os ribossomos?

32. Qual processo ocorre nos ribossomos?

33. Cada códon representa um _______________.

34. Os aminoácidos podem ter mais de um códon?

35. Existem ______ aminoácidos e ______ códons possíveis.

36. Como você lê a tabela circular de códons genéticos?

37. Use a tabela de códons genéticos e nomeie estes aminoácidos:

38. Cite as bases complementares no DNA.

39. Cite as bases complementares no RNA.

40. Qual é a forma do tRNA?

41. O que pode se ligar a uma extremidade de uma molécula de tRNA para transporte?

42. Oposto ao local de fixação no tRNA estão 3 bases de nucleotídeos chamadas de ______________.

43. Faça um esboço de uma molécula de tRNA com seu local de fixação e anticódon marcado.

44. Um códon no mRNA é complementar a um _____________ no tRNA.

45. Qual anticódon é complementar ao códon & # 8211 ACU?

Transcrição e tradução

46. ​​Esboce o caminho para fazer uma proteína.

47. definir a síntese de proteínas.

48. Cite as 2 fases da síntese de proteínas.

49. Antes que o mRNA possa deixar o núcleo, ele deve ser _______________ para fazer as proteínas corretamente.

50. Defina a transcrição e diga onde ela ocorre.

52. Ambas as fitas de DNA são copiadas?

53. Qual enzima é necessária para copiar o DNA?

54. A fita de DNA copiada é chamada de fita _____________.

55. Qual seria a sequência de RNA complementar para a sequência de DNA- 5 & # 8242- GCGTATG-3 & # 8242?

56. Qual enzima separa as fitas de DNA na transcrição?

57. A RNA polimerase adiciona ____________ complementar à fita molde de DNA.

58. ___________ são regiões no DNA onde a RNA polimerase se liga para iniciar a transcrição.

59. O promotor contém uma sequência chamada caixa _________.

60. Outras sequências no DNA chamadas sinais de __________ dizem à RNA polimerase quando parar de transcrever.

61. O mRNA recém-feito deve ser _________ para tornar o ácido nucleico funcional.

62. O que são íntrons e o que acontece com eles durante o processamento do mRNA?

63. O que são exons e o que acontece com eles durante o processamento do mRNA?

64. Descreva o limite que é adicionado ao novo transcrito de mRNA.

65. Que tipo de cauda é adicionada ao transcrito do mRNA?

66. As novas transcrições de mRNA são feitas de _____________ com uma cauda 5 & # 8242 _________ e uma cauda 3 & # 8242 ____________.

67. O que acontece próximo ao mRNA recém-feito?

68Definir tradução e dizer onde ela ocorre?

69. Como os ribossomos lêem o mRNA?

70. Descreva a estrutura de um ribossomo.

71. Os ribossomos são compostos por ________ rRNA e ________ proteína.

72. Os ribossomos têm 2 sítios de tRNA chamados _______ e ______ junto com um sair do site.

73. A primeira parte da tradução é chamada ____________.

74. A pequena subunidade ribossômica se liga a qual códon no mRNA?

75. Depois que o mRNA e a subunidade pequena se anexam, o que acontece a seguir?

76. Esboce um rótulo de ribossomo com suas subunidades, seus 2 locais de tRNA e o transcrito de mRNA anexado.

77. O ______________ move-se ao longo do códon ________ da fita de mRNA de cada vez.

78. Quantos tRNA & # 8217s cabem em um ribossomo de uma vez?

79. O que acontece com os dois aminoácidos transportados pelos 2 tRNA & # 8217s dentro de um ribossomo?

80. A união de aminoácidos por ligações ___________ é a segunda parte da tradução chamada ______________.

81. Assim que um aminoácido é unido à cadeia polipeptídica em crescimento, o tRNA deixa o _______________ para pegar outro ________________.

82. Quando um tRNA deixa o ribossomo, o ribossomo desce pela fita _________, permitindo que outro ________ e seu aminoácido entrem.

83. cada vez que o ribossomo se move, ele passa sobre o códon _________.

84. O último estágio da tradução é denominado _______________.

85. Nomeie os 3 códons de terminação.

86. A sequência de aminoácidos na cadeia polipeptídica é chamada de estrutura da proteína ____________.


Assista o vídeo: Penerjemahan kodon ke protein di mRNA (Janeiro 2022).