Síntese de proteínas: etapas e suas características - Ciência - 2023

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o síntese proteíca é um evento biológico que ocorre em praticamente todas as coisas vivas. As células captam constantemente as informações armazenadas no DNA e, graças à presença de um maquinário especializado altamente complexo, as transformam em moléculas de proteínas.

No entanto, o código de 4 letras criptografado no DNA não é traduzido diretamente em proteínas. Uma molécula de RNA que funciona como intermediária, chamada RNA mensageiro, está envolvida no processo.

Quando as células precisam de uma determinada proteína, a sequência de nucleotídeos de uma porção adequada do DNA é copiada para o RNA - em um processo denominado transcrição - e este, por sua vez, é traduzido na proteína em questão.

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

A maquinaria responsável pela síntese de proteínas são os ribossomos. Essas pequenas estruturas celulares são encontradas em grande parte no citoplasma e ancoradas ao retículo endoplasmático.

O que são proteínas?

As proteínas são macromoléculas constituídas por aminoácidos. Estes constituem quase 80% do protoplasma de uma célula desidratada inteira. 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 formar proteínas. Cada aminoácido é caracterizado por ter um grupo particular que lhe confere propriedades físicas e químicas particulares.

Estágios e características

A forma como a célula consegue interpretar a mensagem do DNA ocorre por meio de dois eventos fundamentais: a transcrição e a tradução. Muitas cópias de RNA, que foram copiadas do mesmo gene, são capazes de sintetizar um número significativo de moléculas de proteínas idênticas.

Cada gene é transcrito e traduzido de forma diferente, permitindo que a célula produza quantidades variáveis de uma ampla variedade de proteínas. Este processo envolve várias vias regulatórias celulares, que geralmente incluem o controle da produção de RNA.

O primeiro passo que a célula deve dar 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 dos seres orgânicos.

A seguir descreveremos como ocorre a síntese protéica, iniciando o processo de “leitura” do material genético e finalizando com a produção de proteínas. per se.

Transcrição: do DNA para o RNA mensageiro

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

Esta sequência de letras de DNA serve como um modelo para construir uma molécula de RNA equivalente.

Tanto o DNA quanto o RNA são polímeros lineares compostos de nucleotídeos. No entanto, eles diferem quimicamente em dois aspectos fundamentais: os nucleotídeos no RNA são ribonucleotídeos e, em vez da base timina, o RNA apresenta uracila (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 modelo para a síntese de RNA. Os nucleotídeos serão adicionados seguindo as regras de emparelhamento de base, C com G e A com U.

A principal enzima envolvida na transcrição é a RNA polimerase. É responsável por catalisar a formação de ligações fosfodiéster que unem os nucleotídeos da cadeia. A corrente se estende na direção 5´ para 3´.

O crescimento da molécula envolve diferentes proteínas conhecidas como "fatores de alongamento" que são responsáveis por manter a ligação da polimerase até o final do processo.

Splicing de RNA mensageiro

Em eucariotos, os genes têm uma estrutura específica. A seqüência é interrompida por elementos que não fazem parte da proteína, chamados íntrons. O termo se opõe a exon, que inclui porções do gene que serão traduzidas em proteínas.

o emenda é um evento fundamental que consiste na eliminação dos íntrons da molécula mensageira, para lançar uma molécula construída exclusivamente por exons. O produto final é o RNA mensageiro maduro. Fisicamente, ocorre no especiossoma, uma maquinaria complexa e dinâmica.

Além do splicing, o RNA mensageiro passa por codificações adicionais antes de ser traduzido. Um "capuz" é adicionado, 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 da célula produzem uma molécula de RNA mensageiro e ela é traduzida 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 da levedura têm moléculas de RNA como produto final. É importante mencioná-los, pois essas moléculas desempenham um papel fundamental na síntese de proteínas.

- RNA ribossomal: O RNA ribossômico faz parte do coração dos ribossomos, estruturas essenciais para a síntese de proteínas.

O processamento de RNAs ribossômicos e sua subsequente montagem em ribossomos ocorre em uma estrutura bastante visível do núcleo - embora não seja delimitada por uma membrana - chamada nucléolo.

- Transferência de RNA: funciona como um adaptador que seleciona um aminoácido específico e, junto com o ribossomo, incorpora o resíduo de aminoácido à proteína. Cada aminoácido está relacionado a uma molécula de RNA de transferência.

Em 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 visa a tradução de genes que codificam proteínas.

- Pequenos RNAs relacionados à regulação: oOs RNAs de comprimento curto participam da regulação da expressão gênica. Estes incluem microRNAs e pequenos RNAs interferentes.

MicroRNAs regulam a expressão bloqueando uma mensagem específica, e pequenos interferentes desligam a expressão por meio da degradação direta do mensageiro. Da mesma forma, existem pequenos RNAs nucleares que participam do processo de emenda RNA mensageiro.

Tradução: de RNA mensageiro a proteínas

Uma vez que o RNA mensageiro amadurece através do processo de emenda À medida que viaja do núcleo ao citoplasma da célula, a síntese de proteínas começa. Essa exportação é mediada pelo complexo de poros nucleares - uma série de canais aquosos localizados na membrana do núcleo que conectam 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 envolve 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 de nucleotídeos de um gene pode ser transformada em proteínas seguindo as regras estabelecidas pelo código genético. Isso foi decifrado no início dos anos 1960.

Como o leitor poderá deduzir, a tradução não pode ser uma ou uma, pois existem apenas 4 nucleotídeos e 20 aminoácidos. A lógica é a seguinte: a união de três nucleotídeos é conhecida como "tripletos" e eles estão associados a um determinado aminoácido.

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

A presença do código genético é universal e é usado por todos os organismos vivos que habitam a Terra hoje. Esse vasto uso é uma das homologias moleculares mais notáveis da natureza.

Acoplamento de aminoácido para transferência de RNA

Os códons ou tripletos encontrados na molécula de RNA mensageiro não têm a capacidade de reconhecer diretamente os aminoácidos. Em contraste, a tradução do RNA mensageiro depende de uma molécula que pode reconhecer e ligar o códon e o aminoácido. Esta molécula é o RNA de transferência.

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

Como mencionamos na seção anterior, o código genético é redundante, de modo que alguns aminoácidos têm 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 por acoplar as duas moléculas por meio de uma ligação covalente.

A mensagem de RNA é decodificada por ribossomos

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

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

Estruturalmente, um ribossomo é composto de uma subunidade grande e uma pequena. A função da pequena porção é garantir que o RNA de transferência esteja corretamente emparelhado 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 compõem os ribossomos são separadas. No início da síntese, o RNA mensageiro se junta a ambas as subunidades, geralmente próximo à extremidade 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 desta última etapa é o movimento de todo o ribossomo e um novo ciclo começa.

Alongamento da cadeia polipeptídica

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

O RNA de transferência com o próximo aminoácido a ser incorporado liga-se ao local A por emparelhamento de bases com o RNA mensageiro. A porção do terminal carboxila do peptídeo é então 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 junta à cadeia e uma nova ligação peptídica é formada. A reação central em todo esse processo é mediada pela enzima peptidiltransferase, que se encontra na grande subunidade dos ribossomos. Assim, o ribossomo viaja através do RNA mensageiro, traduzindo o dialeto dos aminoácidos para as proteínas.

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

Completando a 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 se ligam a nenhum aminoácido.

Nesse momento, proteínas conhecidas como fatores de liberação ligam-se ao ribossomo e causam a catálise de uma molécula de água e não de um aminoácido. Esta reação libera a extremidade carboxila terminal. Finalmente, a cadeia peptídica é liberada no citoplasma da célula.

Referências

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