Síntese proteica: estágios e suas características

A síntese de proteínas é um evento biológico que ocorre em praticamente todos os seres vivos . As células recebem constantemente as informações armazenadas no DNA e, graças à presença de máquinas especializadas muito complexas, as transformam em moléculas de proteína.

No entanto, o código de quatro letras criptografado no DNA não se traduz diretamente em proteínas. Uma molécula de RNA que funciona como intermediário, chamada RNA mensageiro, está envolvida no processo .

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Síntese proteica
Fonte: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a7/Ribosome_mRNA_translation_en.svg

Quando as células precisam de uma proteína específica, a sequência nucleotídica de uma porção adequada no DNA é copiada para o RNA – em um processo chamado transcrição – e isso, por sua vez, é traduzido na proteína em questão.

O fluxo de informações descrito (DNA para RNA mensageiro e RNA de mensagem para proteínas) ocorre de seres muito simples, como bactérias e seres humanos . Essa série de etapas foi chamada de “dogma” central da biologia .

As máquinas responsáveis ​​pela síntese de proteínas são os ribossomos . Essas pequenas estruturas celulares são encontradas em grande proporção no citoplasma e ancoradas ao retículo endoplasmático .

O que são proteínas?

As proteínas são macromoléculas formadas por aminoácidos . Estes constituem quase 80% do protoplasma de uma célula inteira desidratada. Todas as proteínas que compõem um organismo são chamadas de “proteoma”.

Suas funções são múltiplas e variadas, desde papéis estruturais (colágeno) até transporte (hemoglobina), catalisadores de reações bioquímicas (enzimas), defesa contra patógenos (anticorpos), entre outros.

Existem 20 tipos de aminoácidos naturais que são combinados por ligações peptídicas para dar origem a proteínas. Cada aminoácido é caracterizado por possuir um grupo específico que lhe confere propriedades químicas e físicas específicas.

Etapas e características

A maneira pela qual a célula consegue interpretar a mensagem do DNA ocorre através de dois eventos fundamentais: transcrição e tradução. Muitas cópias do RNA, que foram copiadas do mesmo gene, são capazes de sintetizar um número significativo de moléculas de proteína idênticas.

Cada gene é transcrito e traduzido de forma diferenciada, permitindo que a célula produza quantidades variadas de uma ampla variedade de proteínas. Esse processo envolve várias vias de regulação celular, que geralmente incluem controle na produção de RNA.

O primeiro passo que a célula deve executar para iniciar a produção de proteínas é ler a mensagem escrita na molécula de DNA. Esta molécula é universal e contém todas as informações necessárias para a construção e desenvolvimento de seres orgânicos.

A seguir, descreveremos como ocorre a síntese protéica, iniciando esse processo de “leitura” do material genético e terminando com a produção de proteínas em si.

Transcrição: do DNA para o RNA mensageiro

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A mensagem na dupla hélice de DNA é escrita em um código de quatro letras correspondente às bases adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T).

Essa sequência de letras de DNA serve como um temperamento para construir uma molécula equivalente de RNA.

Tanto o DNA quanto o RNA são polímeros lineares formados por nucleotídeos. No entanto, eles diferem quimicamente em dois aspectos fundamentais: os nucleotídeos no RNA são ribonucleotídeos e, em vez da base da timina, o RNA possui o uracil (U), que emparelha com a adenina.

O processo de transcrição começa com a abertura da dupla hélice em uma região específica. Uma das duas cadeias atua como um “modelo” ou temperado para a síntese de RNA. Os nucleotídeos serão adicionados seguindo as regras do emparelhamento de bases, C com G e A com U.

A principal enzima que participa da transcrição é a RNA polimerase. É responsável por catalisar a formação de ligações fosfodiéster que ligam os nucleotídeos na cadeia. A corrente é estendida na direção de 5 ‘a 3’.

O crescimento da molécula envolve diferentes proteínas conhecidas como “fatores de alongamento”, responsáveis ​​por manter a ligação da polimerase até o final do processo.

Emenda de RNA do Messenger

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Fonte: Por BCSteve [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], do Wikimedia Commons
Nos eucariotos , os genes têm uma estrutura específica. A sequência é interrompida por elementos que não farão parte da proteína, chamados íntrons. O termo se opõe ao do exon, que inclui partes do gene que serão traduzidas em proteínas.

A emenda é um evento importante que envolve a remoção de intrões de molécula mensageira para produzir uma molécula construída exclusivamente por exs. O produto final é o RNA mensageiro maduro. Fisicamente, ocorre no esplenicossomo, uma maquinaria complexa e dinâmica.

Além do splicing, o RNA mensageiro sofre codificações adicionais antes de ser traduzido. É adicionado um “capuz” cuja natureza química é um nucleotídeo de guanina modificado e na extremidade 5 ‘e uma cauda de várias adeninas na outra extremidade.

Tipos de RNA

Na célula, vários tipos de RNA são produzidos. Alguns genes na célula produzem uma molécula de RNA mensageiro e isso é traduzido em proteína – como veremos mais adiante. No entanto, existem genes cujo produto final é a própria molécula de RNA.

Por exemplo, no genoma da levedura, cerca de 10% dos genes desse fungo têm moléculas de RNA como produto final. É importante mencioná-las, uma vez que essas moléculas desempenham um papel fundamental no momento da síntese protéica.

– RNA ribossômico : o RNA ribossômico faz parte do coração dos ribossomos, estruturas-chave para a síntese de proteínas.

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Fonte: Jane Richardson (Dcrjsr) [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], do Wikimedia Commons
O processamento de RNAs ribossômicos e sua subsequente montagem nos ribossomos ocorre em uma estrutura muito visível do núcleo – embora não seja delimitado pela membrana – chamado nucléolo .

– RNA de transferência: funciona como um adaptador que seleciona um aminoácido específico e, juntamente com o ribossomo, eles incorporam o resíduo de aminoácido na proteína. Cada aminoácido está relacionado a uma molécula de RNA de transferência.

Nos eucariotos, existem três tipos de polimerases que, embora estruturalmente muito semelhantes entre si, desempenham papéis diferentes.

A RNA polimerase I e III transcreve os genes que codificam para o RNA de transferência, o RNA ribossômico e alguns pequenos RNAs. A RNA polimerase II concentra-se na tradução de genes que codificam proteínas.

– Pequenos RNAs relacionados à regulação: ou outros RNAs de curta duração participam da regulação da expressão gênica. Entre eles estão microRNAs e pequenos RNAs interferentes.

Os microRNAs regulam a expressão bloqueando uma mensagem específica e os pequenos de interferência desativam a expressão por meio da degradação direta do messenger. Da mesma forma, existem pequenos RNAs nucleares que participam do processo de emenda do RNA mensageiro.

Tradução: do RNA mensageiro às proteínas

Uma vez que o RNA mensageiro amadurece através do processo de emenda e viaja do núcleo para o citoplasma celular, começa a síntese de proteínas. Essa exportação é mediada pelo complexo de poros nucleares – uma série de canais aquosos localizados na membrana do núcleo que conecta diretamente o citoplasma e o nucleoplasma.

Na vida cotidiana, usamos o termo “tradução” para nos referir à conversão de palavras de um idioma para outro.

Por exemplo, podemos traduzir um livro do inglês para o espanhol. No nível molecular, a tradução implica a mudança da linguagem para o RNA para a proteína. Para ser mais preciso, é a mudança de nucleotídeos para aminoácidos. Mas como ocorre essa mudança de dialeto?

O código genético

A sequência nucleotídica de um gene pode ser transformada em proteínas seguindo as regras estabelecidas pelo código genético. Isso foi decifrado no início dos anos 60.

Como o leitor pode deduzir, a tradução não pode ser uma ou uma, pois existem apenas 4 nucleotídeos e 20 aminoácidos. A lógica é a seguinte: a ligação de três nucleotídeos é conhecida como “trigêmeos” e eles estão associados a um aminoácido específico.

Como pode haver 64 possíveis trigêmeos (4 x 4 x 4 = 64), o código genético é redundante. Ou seja, o mesmo aminoácido é codificado por mais de um trigêmeo.

A presença do código genético é universal e é usada por todos os organismos vivos que habitam a Terra atualmente. Esse amplo uso é uma das homologias moleculares mais surpreendentes da natureza.

Acoplamento de aminoácidos para transferir RNA

Os códons ou trigêmeos encontrados na molécula de RNA mensageiro não têm a capacidade de reconhecer diretamente os aminoácidos. Por outro lado, a tradução do RNA mensageiro depende de uma molécula que consegue reconhecer e ligar o códon e o aminoácido. Esta molécula é o RNA de transferência.

O RNA de transferência pode ser dobrado em uma estrutura tridimensional complexa que se assemelha a um trevo. Nesta molécula existe uma região chamada ” anticódon “, formada por três nucleotídeos consecutivos que se acasalam com os nucleotídeos complementares consecutivos da cadeia de RNA mensageiro.

Como mencionamos na seção anterior, o código genético é redundante; portanto, alguns aminoácidos possuem mais de um RNA de transferência.

A detecção e fusão do aminoácido correto ao RNA de transferência é um processo mediado por uma enzima chamada aminoacil-tRNA sintetase. Essa enzima é responsável pelo acoplamento de ambas as moléculas através de uma ligação covalente.

A mensagem de RNA é decodificada pelos ribossomos

Para formar uma proteína, os aminoácidos são ligados por ligações peptídicas. O processo de leitura do RNA mensageiro e a ligação de aminoácidos específicos ocorre nos ribossomos.

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Ribossomos

Os ribossomos são complexos catalíticos formados por mais de 50 moléculas de proteína e vários tipos de RNA ribossômico. Nos organismos eucarióticos, uma célula média contém, em média, milhões de ribossomos no ambiente citoplasmático.

Estruturalmente, um ribossomo é composto por uma subunidade grande e uma pequena. A função da porção pequena é garantir que o RNA de transferência seja correspondido corretamente com o RNA mensageiro, enquanto a subunidade grande catalisa a formação da ligação peptídica entre os aminoácidos.

Quando o processo de síntese não está ativo, as duas subunidades que formam os ribossomos são separadas. No início da síntese, o RNA mensageiro liga as duas subunidades, geralmente perto do final da 5 ‘.

Nesse processo, o alongamento da cadeia polipeptídica ocorre pela adição de um novo resíduo de aminoácido nas seguintes etapas: ligação do RNA de transferência, formação da ligação peptídica, translocação das subunidades. O resultado deste último passo é o movimento do ribossomo completo e um novo ciclo começa.

Alongamento da cadeia polipeptídica

Nos ribossomos, três locais são distinguidos: local E, P e A (ver imagem principal). O processo de alongamento começa quando alguns aminoácidos já foram covalentemente ligados e existe uma molécula de RNA de transferência no local P.

O RNA de transferência que possui o próximo aminoácido a ser incorporado se liga ao local A pelo emparelhamento de bases com o RNA mensageiro. Então, a porção terminal carboxila do peptídeo é liberada do RNA de transferência no local P, quebrando uma ligação de alta energia entre o RNA de transferência e o aminoácido que ele carrega.

O aminoácido livre se liga à cadeia e uma nova ligação peptídica é formada. A reação central de todo esse processo é mediada pela enzima peptidil transferase, encontrada na grande subunidade dos ribossomos. Assim, o ribossomo viaja através do RNA mensageiro, traduzindo o dialeto de aminoácidos em proteínas.

Como na transcrição, fatores de alongamento também estão envolvidos durante a tradução de proteínas. Esses elementos aumentam a velocidade e a eficiência do processo.

Conclusão da tradução

O processo de tradução termina quando o ribossomo encontra os códons de parada: UAA, UAG ou UGA. Estes não são reconhecidos por nenhum RNA de transferência e não ligam nenhum aminoácido.

Neste momento, proteínas conhecidas como fatores de liberação se ligam ao ribossomo e causam a catálise de uma molécula de água e não de um aminoácido. Essa reação libera a extremidade carboxila. Finalmente, a cadeia peptídica é liberada no citoplasma celular.

Referências

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