Publicado por: Djalma Santos | 16 de julho de 2014

Síntese proteica

Este processo de biossíntese ocorre no citoplasma, em estruturas denominadas ribossomos que, por ocasião da síntese proteica costumam se associar formando os polissomos ou polirribossomos (figura abaixo). Dessa associação, participa o RNA mensageiro, que contém a informação genética para produzir proteínas. Como se pode constatar, um único RNAm pode ser traduzido por muitos ribossomos simultaneamente. Os ribossomos, organoides formados por RNAr (RNA ribossômico) e proteínas, são fundamentais para que a extremidade crescente de uma cadeia proteica seja mantida em sincronia como o RNAt e que cada códon do RNAm se encaixe de modo preciso com o anticódon do RNAt.

RNAt

Os ribossomos, no caso dos eucariotos, podem ocorrer livres no citosol ou associados às membranas do retículo endoplasmático, formando o ergastoplasma (retículo endoplasmático granular ou retículo endoplasmático rugoso).As proteínas sintetizadas nos ribossomos livres são usadas, via de regra,na própria célula. É o caso das proteínas do citoesqueleto, das proteínas utilizadas no crescimento celular e das enzimas intracelulares. Os polipetídeos elaborados nos ribossomos associados à membrana do ergastoplasma passam para o complexo golgiense, onde são processados e em seguida direcionados para outras estruturas celulares, como os lisossomos, os peroxissomos (ver “PEROXISSOMOS”, matéria publicada neste blog em 25/04/2013) e as vesículas de secreção ou inseridos na membrana plasmática.Lembramos que nos procariotos, os ribossomos estão sempre livres no citosol, já que estes seres são desprovidos de retículo endoplasmático.

A síntese proteica, chave para a expressão da informação biológica, pode ser dividida em duas etapas: (I) formação do RNA mensageiro (transcrição) e (II) tradução da mensagem genética.

I. Formação do RNA mensageiro (transcrição): compreende a passagem da informação genética do DNA para o RNAm (pré-RNAm), que, após sofrer “splicing” [ver “SPLICING” (processamento do RNA), matéria publicada neste blog em 21/06/2012], no caso dos eucariotos (figura a seguir), desloca-se até os ribossomos conduzindo a mensagem genética codificada, daí sua denominação “RNA mensageiro”.

RNAmensageiro

A formação do RNA mensageiro, da mesma forma que a duplicação do DNA e a tradução da mensagem genética, ocorrem sempre na direção 5¢→ 3¢. A figura abaixo mostra essa formação nos procariotos, que são desprovidos de íntrons. Neles, o RNAm é sintetizado na forma funcional, não precisando, desse modo, que haja o “splicing” (ver “EXPRESSÃO DA INFORMAÇÃO GENÉTICA”, matéria publicada neste blog em 03/10/2010). Assim sendo, as moléculas de RNA mensageiro que serão traduzidas são cópias diretas dos genes. Constata-se que, neste caso, o transcrito tem sequência semelhante à do filamento não molde, com uracil substituindo timina. A transcrição é, em última análise, a decodificação da mensagem contida em um gene para uma fita de RNA. Este processo é catalisado pela RNA polimerase DNA dependente, que vai se deslocando ao longo do DNA até encontrar uma sequência de nucleotídeos que sinaliza a terminação da síntese do RNA.

RNA

Ressaltamos que a molécula de RNA que é produzida por ocasião da transcrição, pode ser um RNAm (RNA mensageiro), um RNAr (RNA ribossomal) ou um RNAt (RNA transportador). O RNAm, que existe em menor quantidade na célula (cerca de 5%), contém a informação genética (sequência de nucleotídeos) para a síntese de proteínas, como veremos a seguir. O RNAr, principal constituinte estrutural e funcional dos ribossomos e  existente em maior quantidade na célula (em torno de 80%), é produzido no nucléolo a partir de regiões específicas dos cromossomos, denominadas regiões organizadoras do nucléolo. O RNA ribossomal coordena a interação entre os códons (presentes no RNAm) e os anticódons (presentes no RNAt), garantindo a correta organização dos aminoácidos que irão compor a proteína. Os tRNAs são pequenas moléculas produzidas a partir de regiões específicas de alguns cromossomos. Sua função e estrutura serão detalhadas mais adiante em “Vamos aprender um pouco mais sobre o RNA transportador”.

II. Tradução da mensagem genética:é a decodificação, nos ribossomos, da mensagem contida no RNAm, levando à formação de uma cadeia polipeptídica. Na tradução, como veremos mais adiante, ocorre ligação covalente dos aminoácidos (ligação peptídica), de acordo com uma sequência predeterminada para cada tipo de RNA mensageiro.

Nos ribossomos em atividade, há dois sítios funcionais (figura a seguir), denominados sítio P (peptidil ou doador) e sítio A (aminoacil ou aceptor). O RNAt, transportando o aminoácido, complexo denominado aminoacil-tRNA, liga-se ao sitio A e o peptidil-tRNA (cadeia proteica em crescimento) liga-se ao sítio P. Dessa etapa participam, dentre outros elementos, o RNAt, cada um deles transportando um aminoácido especifico. Assim sendo, o código genético contido no DNA é materializado na forma de uma proteína estrutural ou enzimática, que por sua vez é responsável por determinada característica do organismo. Para cada um dos 20 aminoácidos existe um RNAt diferente e para cada uma das ligações entre um aminoácido e um RNAt, existe uma enzima especifica (aminoacil-tRNA sintetase), que garante a referida especificidade.

ESPECIFICIDADE

A trinca AUG, além de ser o códon da metionina, também atua como códon de iniciação, determinando a posição na qual a tradução deve começar [ver “CÓDIGO GENÉTICO” (Códons de iniciação), matéria publicada neste blog em 15/11/2010]. Via de regra, a metionina formilada na posição amino (fMet), atua, nas bactérias, como aminoácido iniciador. Nesses seres, a formilação ocorre após a associação com o RNAt, através da substituição de um hidrogênio do grupo amino por um grupamento formil (COH), dai a denominação N-formil-metionina-tRNA, usada para o complexo formado. Em função de essa formilação bloquear o grupamento amino ele não pode participar da formação de uma ligação peptídica. Assim sendo, a polimerização do polipeptídeo só pode ocorrer na direção amino → carboxila. Lembramos que existe um RNAt específico para a metionina formilada (fMet), denominado tRNAf, e outro para a metionina não formilada (Met).

No caso dos eucariotos, o mecanismo de reconhecimento do sinal de iniciação do RNAm difere dos procariotos. Neles, o passo mais importante é o reconhecimento da extremidade 5’ do RNAm. Essa extremidade (figura abaixo) possui uma modificação especial – um resíduo de 7-metil-guanosine (7mG) – ligado ao primeiro nucleotídeo normal da cadeia por uma ligação 5’-5’ pirofosfato, denominado estrutura “cap”. A iniciação da tradução nos eucariotos envolve, portanto, o reconhecimento dessa estrutura.

ESTRUTURA

A decodificação da mensagem genética consiste, em última análise, na tradução dos quatro sinais dos ácidos nucleicos (A, G, C e T para o DNA e A, G, C e U para o RNA), para a linguagem dos vinte sinais (vinte aminoácidos) das proteínas. Nessa etapa da síntese proteica, o RNAtfunciona como um adaptador perfeito (figura a seguir). Um dos extremos (CCA), localizado no braço aceptor, liga-se ao aminoácido a ser transportado e o outro (denominado anticódon) interage com o RNAm, que durante a síntese proteica se encontra associado ao ribossomo. Dessa forma, o RNAt impede que os códons, presentes no RNAm, entre em contato direto com os aminoácidos que lhes correspondem.

CORRESPONDEM

A ligação covalente entre o RNAt e o seu aminoácido específico ocorre por meio de um processo denominado aminoacilação. Essa ligação, que é catalisa pela aminoacil-tRNA sintetase, forma-se entre o grupamento carboxila do aminoácido e o grupamento 3’OH do nucleotídeo terminal do RNAt (figura abaixo). O nucleotídeo terminal é A (adenina), em face de os tRNAs possuírem a sequência CCA-3’ nas suas extremidades 3’, como vimos acima.

ACIMA

A energia necessária para unir o aminoácido ao RNAt é fornecida pela clivagem do ATP em AMP e pirofosfato (PP). A reação ocorre em duas etapas, mostradas a seguir.

SEGUIR.1

A primeira reação gera um aminoácido intermediário ativado (aa-AMP-enz), cujo grupamento carboxila formou uma ligação com AMP. Esse intermediário permanece unido à enzima até que o AMP seja substituído, no segundo estágio da reação, por uma molécula de RNAt, formando assim aminoacil-tRNA (aa-tRNA) e AMP. A aminoacil-tRNA sintetase (enz), que é liberada após a reação, responde, como já mencionamos, pela especificidade da associação. Dessa forma, ela assegura a ligação do aminoácido com o seu correspondente RNAt.

Estudos têm mostrado que nos eucariontes, a sequência CCA é adicionada após a transcrição através de uma enzima de processamento, chamada RNAt nucleotidil transferase. Nos procariontes, a sequência CCA é codificada pelo gene do RNAt, sendo, portanto, transcrita de maneira normal. Durante a síntese proteica, o aminoácido é ligado ao braço aceptor, especificamente na extremidade 3′ (figura anterior). O anticódon, sequência de três nucleotídeos, desempenha o papel central na decodificação da mensagem genética contida no RNAm. Ele se liga ao códon, sequência, a exemplo do anticódon, de três nucleotídeos específicos presentes no RNA mensageiro, durante a tradução da mensagem genética. Assim sendo, um RNAt com anticódon UAC, por exemplo, liga-se ao RNAm somente onde houver o códon AUG (da metionina), como mostra a figura abaixo.

ABAIXO

VAMOS APRENDER UM POUCO MAIS SOBRE O RNA TRANSPORTADOR

O RNA transportador (RNAt), também conhecido como RNA tradutor (RNAt) ou RNA solúvel (RNAs)é uma molécula pequena formada por cerca de 80 a 100 nucleotídeos. Sua síntese é catalisada pela RNA polimerase III e ele representa 10 a 15% de todo o RNA celular. O RNAt tem como função transportar os aminoácidos para os ribossomos, em “obediência” à mensagem genética contida no RNAm, que se encontra, no momento da síntese proteica, associado aos ribossomos.Ele atua, em última análise, como uma molécula adaptadora que “lê” a sequência de nucleotídeos do transcrito de RNAm e a “converte” em uma sequência de aminoácidos (proteína).Em função dessa atividade existe, pelo menos, um RNAt para cada aminoácido. Embora seja constituído, como os demais RNA, de uma única cadeia, o RNAt assume a forma espacial de uma folha de trevo (modelo em folha de trevo). Esta estrutura, como mostra figura a seguir, apresenta além do braço aceptor e do anticódon, já descritos acima, três outros denominados: braço DHU, braço TyC e braço opcional [ver RIBOZIMA (RNA super star), matéria publicada neste blog em10/06/2011].

2011

O braço DHU, assim denominado em função de conter até três resíduos de diidrouracil (pirimidina modificada), dependendo do RNAt. Esse braço está relacionado com a aminoacil-tRNA sintetase (enzima que catalisa a ligação do aminoácido com o RNAt, formando o aminoacil-tRNA). O braço TyC contém a ribotimidina (T), não usualmente presentes nos RNAs e a pseudouridina (y), base modificada que possui uma ligação carbono-carbono, não usual nas bases. Este braço está implicado na união do RNAt com a superfície do ribossomo. O braço opcional, extra ou variável, pode ser uma alça com apenas 3 ou 5 nucleotídeos (caso de cerca de 75% de todos os RNAts) ou uma alça maior, contendo 13 a 21 nucleotídeos. Lembramos que ele não está presente em todos os RNAts, daí sua denominação “opcional”. Uma característica marcante do RNAt é o seu elevado conteúdo de nucleosídeos incomuns, entre 7 e 15 por molécula, tais como: inosina, pseudouridina, diidrouridina, ribotimidina e derivados metilados de guanosina e inosina. Eles são formados por alteração enzimática de nucleosídeos padrão presentes no RNAt precursor.

SEQUÊNCIA ESQUEMÁTICA DA TRADUÇÃO

TRADUÇÃO

A figura acima mostra, resumidamente, os principais fenômenos que ocorrem durante a tradução da mensagem genética nos ribossomos. (1) Ligação do RNAt, trazendo o aminoácido metionina formilado (Met), ao sitio P do ribossomo.(2) Encaixe do segundo RNAt trazendo o segundo aminoácido (aa2-tRNA) no sítio A do ribossomo. (3) Formação da primeira ligação peptídica (primeiro ciclo de alongamento) entre a metionina e o segundo aminoácido (aa2). A enzima (peptidiltransferase) que catalisa a formação da ligação peptídica é intrínseca da subunidade maior do ribossomo. (4) Translocação do complexo peptidil-tRNA (tRNA-aa2-Met) para o sitio P e liberação do primeiro RNAt, livre do aminoácido. Lembramos que como só existem dois sítios funcionais (A e P) no ribossomo, para que o terceiro aminoácido participe do processo é necessário que haja translocação do ribossomo em relação ao RNAm, a fim de liberar o primeiro RNAt, que deixa o ribossomo desprovido do seu aminoácido. (5) Encaixe do aa3-tRNA no sítio A. (6) Formação da segunda ligação peptídica (segundo ciclo de alongamento, que ocorre como descrito para o primeiro), aumentando a cadeia polipeptídica. Os ciclos de alongamento continuam até que um códon de terminação ou de parada (UAA, UAG ou UGA) [ver “CÓDIGO GENÉTICO” (Códons de terminação), matéria publicada neste blog em 15/11/2010] ocupe o sitio A, finalizando o processo, com liberação da proteína, que, após processada (modificação pós-traducional), irá exercer suas funções dentro ou fora da célula. Com a liberação da proteína, as subunidades maior e menor do ribossomo se dissociam e o RNAm fica livre no citoplasma, onde sofre degradação. Os nucleotídeos resultantes dessa degradação são reutilizados pela célula.

A tradução da mensagem genética está mais bem explicada no esquema, resumido, abaixo. Nele, observamos o RNAm com seus códons (unidades de código genético), o ribossomo associado ao RNAm, o RNAt transportando aminoácido (aminoacil-tRNA), a cadeia proteica ligada ao RNAt e um códon de terminação.

TERMINAÇÃO

Antes que uma proteína recém-sintetizada possa iniciar a sua existência como molécula funcional sofre, via de regra, um processamento (modificação pós-traducional), necessário, por exemplo, para produzir o dobramento apropriado da molécula e para estabilizar a sua estrutura. Esse dobramento é determinado pela estrutura primária que responde pelos diversos níveis de organização das proteínas (estruturas secundária, terciária e quaternária). Entre essas modificações citamos: (a) clivagem em unidades polipeptídicas menores; (b) combinação de duas ou mais cadeias, sejam produzidos pelo mesmo gene ou por genes diferentes para formar um único complexo proteico final (estrutura quaternária), como no caso da hemoglobina; c) modificação química pela adição de grupos funcionais (grupos heme, acetato ou sulfato, por exemplo) ou de cadeias de carboidratos e/ou lipídios em sítios específicos e (d) remoção de sequências amino-terminais específicas, utilizadas para direcionar um polipeptídeo para seu local correto de atuação na célula. Outras modificações, como a   fosforilação (adição de um grupo fosfato), amplamente utilizado pela célula, são parte de um sistema visando controlar o comportamento proteico, ativando ou inativando uma enzima, por exemplo.

A figura a seguir é uma representação esquemática das estruturas primária, secundária e terciária.

TERCIÁRIA

A estrutura primária é a sequência de aminoácidos, unidos através de ligações peptídicas (descritas a seguir), que forma a cadeia proteica. A secundária é representada por dobras na cadeia (α-hélice), que são estabilizadas por pontes de hidrogênio. A terciária ocorre quando a proteína sofre um maior grau de enrolamento e surgem, então, as pontes de sulfetos para estabilizar esse enrolamento.

Na ligação peptídica (figura abaixo), o grupo carboxila de um aminoácido se une ao grupo amino do outro, liberando uma molécula de água (síntese por desidratação). Essa reação, como vimos acima, é catalisada pela peptidiltransferase. Cada cadeia polipeptídica completa tem um grupo amino livre em uma extremidade e um grupo carboxila na outra (ver figura a seguir).

SETUIR.2

O esquema a seguir mostra um polissomo, onde vários ribossomos sintetizam várias cadeias proteicas idênticas a partir de uma única molécula de RNAm. Os ribossomos se deslocam ao longo do RNAm na direção 5’→ 3’ e a cadela polipeptídica cresce do terminal amino para o carboxila. Em cada um deles há uma cadeia proteica em formação, cujo tamanho depende do trecho do RNAm que já foi percorrido.

PERCORRIDO

Micrografias eletrônicas revelam que nos polissomos, os ribossomos engajados no processo de síntese proteica associam-se à molécula de mRNA, um em seguida do outro, como as contas de um colar, numa frequência de 1 ribossomo a cada 80 nucleotídeos. Nesta configuração, eles traduzem simultaneamente o mesmo RNAm.

VELOCIDADE DA SÍNTESE PROTEICA

Pesquisas têm revelado que, em procariontes, o encaixe e a ligação de um aminoácido, com outro, leva em torno de 1/20 de segundo, fazendo com que a síntese de uma cadeia proteica, com cerca de 400 aminoácidos, seja terminada em mais ou menos 20 segundos. Objetivando agilizar o processo, à medida que um ribossomo se desloca sobre um RNAm traduzindo a mensagem, outro pode, simultaneamente, iniciar a síntese de outro polipeptídeo utilizando o mesmo RNAm (figura abaixo). Dessa forma, vários ribossomos vão se encaixando, sucessivamente, em um mesmo RNAm, iniciando a “leitura” pelo extremo 5’ do RNA mensageiro e terminando pelo lado 3’.

LADO3

INIBIDORES DA SÍNTESE PROTEICA

A partir de 1940 foram descobertas várias substâncias dotadas da capacidade de inibir o crescimento bacteriano. Muitas dessas substâncias, denominadas antibióticos, têm ação específica sobre bactérias, bloqueando, na sua grande maioria, etapas da síntese de proteínas, como ocorre com a tetraciclina, a estreptomicina, a eritromicina e o cloranfenicol (tabela a seguir). Outras, como a puromicina, atuam tanto em células procariótica como em eucarióticas. Há, também, antibióticos, como a cicloheximida, que atuam apenas em célula eucarióticas.

TABELA

As proteínas podem desempenhar papeis bastantes diferentes na célula. Citamos a seguir alguns dessas proteínas.FUNÇÕES DAS PROTEÍNAS

I. Enzimas: proteínas responsáveis pela catálise das reações bioquímicas que promovem a liberação e o armazenamento de energia (catabolismo) e a síntese de novos compostos (anabolismo). São, portanto, fundamentais como reguladoras das diversas reações biológicas. Como exemplos citamos: (a) triptofano sintetase, que catalisa o último estágio da via metabólica que converte o fosfoenolpiruvato, derivado da glicose, em um aminoácido, o triptofano; (b) a hexoquinase, que catalisa a fosforilação da glicose, convertendo-a em glicose-6-fosfato, primeiro estágio da glicólise, que é caminho pelo qual a energia é liberada da glicose; (c) a RNA polimerase, responsável pela transcrição de DNA em RNA durante a expressão gênica.

II. Proteínas reguladoras: coordenam e controlam reações químicas nas células e no organismo como um todo. Como exemplo citamos a insulina, hormônio produzido no pâncreas que se relaciona com a manutenção de glicemia (taxa de glicose no sangue).

III. Proteínas estruturais: integram partes da estrutura dos seres vivos. É o caso do colágeno, proteína de alta resistência, encontrada na pele, nas cartilagens, nos ossos e nos tendões, sendo uma das principais proteínas responsáveis pela sustentação do corpo.

IV. Proteínas de proteção: atuam na proteção do organismo contra agentes infecciosos e contra lesões diversas. Como exemplos citamos a trombina, o fibrinogênio e outros componentes envolvidos no mecanismo de coagulação sanguínea, e os anticorpos que se complexam com proteínas estranhas ao organismo, denominadas antígenos.

V. Proteínas de transporte: carregam importantes moléculas por todo o corpo, como a albumina sérica, que transporta ácidos graxos no sangue; a hemoglobina, que transporta o oxigênio, e a hemocianina que transporta igualmente oxigênio em alguns invertebrados.

VI – Proteínas de armazenamento: estocam moléculas diversas para serem usadas, posteriormente, pelo organismo. É o caso da ferritrina, que armazena ferro no fígado, e da ovoalbumina, que estocam aminoácidos na clara do ovo.

VII – Proteínas contráteis: permitem a movimentação do organismo. Como exemplos citamos a actina e a miosina abundantes nos músculos, onde participam do mecanismo da contração muscular, e a dineína encontrada em flagelados e ciliados.

DOGMA CENTRAL

O Dogma Central, proposto em 1958 por Francis Crick, postula que a informação genética, contida no DNA, é primeiramente transferida para o RNA e em seguida para a proteína, através da tradução (figura a, abaixo). Classicamente, está implícito nesse dogma que o RNA não pode orientar a síntese de DNA. Essa parte do Dogma Central foi “balançada” em 1970 quando Howard Temin e David Baltimore descobriram, independentemente, que certos vírus, os retrovírus, têm a capacidade de transferir a informação genética do RNA para o DNA (figura b, a seguir), fenômeno conhecido como inversão do dogma central. Esta transferência é catalisada pela transcriptase reversa. O DNA assim sintetizado é integrado ao genoma da célula e será replicado, juntamente como DNA celular, toda vez que se divide. Apesar disto, o Dogma Central permanece, ainda hoje, como um dos conceitos básicos da genética molecular.

MOLECULAR

A transcriptase reversa é uma DNA polimerase dependente de RNA. Ela foi isolada de vírus do sarcoma de Rous e da leucemia das aves. Esses vírus produzem câncer em animais e possuem um RNA de fita única como seu material genético.

 

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Responses

  1. muito bom mesmo!!!Parabéns!!


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