Tradução de DNA: processo em eucariotos e procariontes - Ciência - 2023

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o Tradução de DNA é o processo pelo qual a informação contida nos RNAs mensageiros produzidos durante a transcrição (a cópia da informação em uma sequência de DNA na forma de RNA) é "traduzida" em uma sequência de aminoácidos por meio da síntese de proteínas.

Do ponto de vista celular, a expressão gênica é um assunto relativamente complexo que ocorre em duas etapas: transcrição e tradução.

Todos os genes que são expressos (codificando ou não sequências de peptídeos, ou seja, proteínas) inicialmente o fazem transferindo a informação contida em sua sequência de DNA para uma molécula de RNA mensageiro (mRNA) por meio de um processo denominado transcrição.

A transcrição é alcançada por enzimas especiais conhecidas como RNA polimerases, que usam uma das fitas complementares do DNA do gene como um modelo para a síntese de uma molécula "pré-mRNA", que é subsequentemente processada para formar um mRNA maduro.

Para genes que codificam proteínas, a informação contida em mRNAs maduros é "lida" e traduzida em aminoácidos de acordo com o código genético, que especifica qual códon ou tripleto de nucleotídeo corresponde a qual aminoácido particular.

A especificação da sequência de aminoácidos de uma proteína, portanto, depende da sequência inicial de bases nitrogenadas no DNA que corresponde ao gene e depois no mRNA que carrega essa informação do núcleo para o citosol (nas células eucarióticas); processo que também é definido como síntese de proteína guiada por mRNA.

Dado que existem 64 combinações possíveis das 4 bases nitrogenadas que compõem o DNA e o RNA e apenas 20 aminoácidos, um aminoácido pode ser codificado por diferentes tripletos (códons), razão pela qual o código genético é considerado "degenerado" (exceto para o aminoácido metionina, que é codificado por um códon AUG único).

Tradução eucariótica (processo em etapas)

Nas células eucarióticas, a transcrição ocorre no núcleo e a tradução no citosol, de modo que os mRNAs formados durante o primeiro processo também desempenham um papel no transporte de informações do núcleo para o citosol, onde as células são encontradas. maquinaria biossintética (ribossomos).

É importante mencionar que a compartimentação da transcrição e tradução em eucariotos vale para o núcleo, mas não é o mesmo para organelas com genoma próprio, como cloroplastos e mitocôndrias, que possuem sistemas mais semelhantes aos dos procariotos.

As células eucarióticas também possuem ribossomos citosólicos fixados às membranas do retículo endoplasmático (retículo endoplasmático rugoso), nos quais ocorre a tradução de proteínas que se destinam a ser inseridas nas membranas celulares ou que requerem processamento pós-tradução que ocorre no referido compartimento. .

- Processamento de mRNAs antes de sua tradução

Os mRNAs são modificados em suas extremidades à medida que são transcritos:

- Quando a extremidade 5 'do mRNA emerge da superfície da RNA polimerase II durante a transcrição, ela é imediatamente "atacada" por um grupo de enzimas que sintetizam um "capuz" composto por 7-metil guanilato e que está conectado ao nucleotídeo terminal do mRNA através de uma ligação 5 ', 5' trifosfato.

- A extremidade 3 'do mRNA sofre uma "clivagem" por uma endonuclease, que gera um grupo hidroxila 3' livre ao qual uma "cadeia" ou "cauda" de resíduos de adenina (de 100 a 250) é anexada e adicionada um de cada vez para uma enzima poli (A) polimerase.

O "capô 5 '" e a "cauda poli A ”desempenha um papel na proteção das moléculas de mRNA contra a degradação e, além disso, atuam no transporte de transcritos maduros para o citosol e no início e término da tradução, respectivamente.

Corte e emenda

Após a transcrição, mRNAs "primários" com suas duas extremidades modificadas, ainda presentes no núcleo, passam por um processo de "splicing" em que as sequências intrônicas são geralmente removidas e os exons resultantes são unidos (processamento pós-transcricional). , com a qual são obtidos transcritos maduros que saem do núcleo e chegam ao citosol.

O splicing é realizado por um complexo de riboproteína chamado de spliceosome (Anglicismo de spliceosome), composto por cinco pequenas ribonucleoproteínas e moléculas de RNA, que são capazes de “reconhecer” as regiões a serem removidas do transcrito primário.

Em muitos eucariotos, ocorre um fenômeno conhecido como "splicing alternativo", o que significa que diferentes tipos de modificações pós-transcricionais podem produzir diferentes proteínas ou isoenzimas que diferem umas das outras em alguns aspectos de suas sequências.

- Ribossomos

Quando os transcritos maduros deixam o núcleo e são transportados para tradução no citosol, são processados pelo complexo de tradução conhecido como ribossomo, que consiste em um complexo de proteínas associadas a moléculas de RNA.

Os ribossomos são compostos por duas subunidades, uma "grande" e uma "pequena", que são dissociadas livremente no citosol e se ligam ou se associam na molécula de mRNA que é traduzida.

A ligação entre os ribossomos e o mRNA depende de moléculas especializadas de RNA que se associam às proteínas ribossômicas (RNA ribossômico ou rRNA e RNA de transferência ou tRNA), cada uma com funções específicas.

Os TRNAs são "adaptadores" moleculares, pois por um lado eles podem "ler" cada códon ou tripleto no mRNA maduro (por complementaridade de bases) e, por meio do outro, podem se ligar ao aminoácido codificado pelo códon "ler".

As moléculas de rRNA, por outro lado, são responsáveis por acelerar (catalisar) o processo de ligação de cada aminoácido da cadeia peptídica nascente.

Um mRNA eucariótico maduro pode ser "lido" por muitos ribossomos, quantas vezes a célula indicar. Em outras palavras, o mesmo mRNA pode dar origem a muitas cópias da mesma proteína.

Iniciar códon e ler quadro

Quando um mRNA maduro é abordado por subunidades ribossômicas, o complexo de riboproteína "varre" a sequência da referida molécula até encontrar um códon de início, que é sempre AUG e envolve a introdução de um resíduo de metionina.

O códon AUG define o quadro de leitura para cada gene e, além disso, define o primeiro aminoácido de todas as proteínas traduzidas na natureza (este aminoácido é frequentemente eliminado pós-tradução).

Códons de parada

Três outros códons foram identificados como aqueles que induzem a terminação da tradução: UAA, UAG e UGA.

Aquelas mutações que envolvem uma alteração das bases nitrogenadas do tripleto que codifica um aminoácido e que resultam em códons de parada são conhecidas como mutações sem sentido, pois causam a parada prematura do processo de síntese, que forma proteínas mais curtas.

Regiões não traduzidas

Perto da extremidade 5 'das moléculas de mRNA maduras, existem regiões que não são traduzidas (UTR). Região não traduzida), também chamadas de sequências "líderes", que estão localizadas entre o primeiro nucleotídeo e o códon de início da tradução (AUG).

Essas regiões UTR não traduzidas possuem sítios específicos para ligação com ribossomos e em humanos, por exemplo, têm aproximadamente 170 nucleotídeos de comprimento, entre os quais existem regiões regulatórias, sítios de ligação de proteínas que atuam na regulação do tradução, etc.

- Início da tradução

A tradução, assim como a transcrição, consiste em 3 fases: uma fase de iniciação, uma fase de alongamento e, finalmente, uma fase de terminação.

Iniciação

Consiste na montagem do complexo de tradução no mRNA, que merece a união de três proteínas conhecidas como fatores de iniciação (IF, do inglês Fator de Iniciação) IF1, IF2 e IF3 para a pequena subunidade do ribossomo.

O complexo de "pré-iniciação" formado pelos fatores de iniciação e a pequena subunidade ribossômica, por sua vez, se liga a um tRNA que "carrega" um resíduo de metionina e esse conjunto de moléculas se liga ao mRNA, próximo ao códon de início. AGO.

Esses eventos levam à ligação do mRNA à grande subunidade ribossômica, levando à liberação dos fatores de iniciação. A grande subunidade do ribossomo tem 3 locais de ligação para moléculas de tRNA: o local A (aminoácido), o local P (polipeptídeo) e o local E (saída).

O local A liga-se ao anticódon do aminoacil-tRNA que é complementar ao do mRNA sendo traduzido; o local P é onde o aminoácido é transferido do tRNA para o peptídeo nascente e o local E é onde ele é encontrado no tRNA "vazio" antes de ser liberado no citosol após a entrega do aminoácido.

Alongamento

Esta fase consiste no "movimento" do ribossomo ao longo da molécula de mRNA e na tradução de cada códon que está "lendo", o que implica no crescimento ou alongamento da cadeia polipeptídica ao nascimento.

Este processo requer um fator conhecido como fator de alongamento G e energia na forma de GTP, que é o que impulsiona a translocação dos fatores de alongamento ao longo da molécula de mRNA conforme ela está sendo traduzida.

A atividade da peptidiltransferase dos RNAs ribossômicos permite a formação de ligações peptídicas entre aminoácidos sucessivos que são adicionados à cadeia.

Terminação

A tradução termina quando o ribossomo encontra qualquer um dos códons de terminação, pois os tRNAs não reconhecem esses códons (eles não codificam aminoácidos). Proteínas conhecidas como fatores de liberação também se ligam, o que facilita a liberação de mRNA do ribossomo e a dissociação de suas subunidades.

Tradução procariótica (etapas-processos)

Em procariotos, como nas células eucarióticas, os ribossomos responsáveis pela síntese de proteínas encontram-se no citosol (o que também vale para a maquinaria transcricional), fato que permite o rápido aumento da concentração citosólica de uma proteína quando a expressão dos genes que o codificam aumenta.

Embora não seja um processo extremamente comum nesses organismos, os mRNAs primários produzidos durante a transcrição podem sofrer maturação pós-transcricional por meio de "splicing". No entanto, o mais comum é observar ribossomos anexados ao transcrito primário que o está traduzindo ao mesmo tempo em que está sendo transcrito da sequência de DNA correspondente.

Em vista do acima, a tradução em muitos procariotos começa na extremidade 5 ', uma vez que a extremidade 3' do mRNA permanece ligada ao DNA molde (e ocorre concomitantemente com a transcrição).

Regiões não traduzidas

As células procarióticas também produzem mRNA com regiões não traduzidas conhecidas como "caixa Shine-Dalgarno" e cuja sequência de consenso é AGGAGG. Como é evidente, as regiões UTR das bactérias são consideravelmente mais curtas do que as das células eucarióticas, embora exerçam funções semelhantes durante a tradução.

Processo

Em bactérias e outros organismos procarióticos, o processo de tradução é bastante semelhante ao das células eucarióticas.Também consiste em três fases: iniciação, alongamento e término, que dependem de fatores procarióticos específicos, diferentes daqueles usados pelos eucariotos.

O alongamento, por exemplo, depende de fatores de alongamento conhecidos, como EF-Tu e EF-Ts, ao invés do fator G eucariótico.

Referências

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