SÍNTESE DE PROTEÍNAS: ETAPAS E SUAS CARACTERÍSTICAS - BIOLOGIA - 2025

A síntese de proteínas é um evento biológico que ocorre em praticamente todos os seres vivos. 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.

Síntese proteíca.

Fonte:

Quando as células precisam de uma proteína específica, a sequência de nucleotídeos de uma porção adequada do DNA é copiada para o RNA - em um processo chamado 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) a 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 maneira 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 esse processo de “leitura” do material genético e finalizando com a produção das proteínas propriamente ditas.

Transcrição: do DNA para o RNA mensageiro

A mensagem na dupla hélice do DNA é escrita em um código de quatro letras que corresponde 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 possui 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 das 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

Fonte: Por BCSteve, do Wikimedia Commons. 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 as porções do gene que serão traduzidas em proteínas.

O splicing é um evento fundamental que consiste na eliminação dos íntrons da molécula mensageira, para desprender uma molécula construída exclusivamente por exons. O produto final é o RNA mensageiro maduro. Fisicamente, ocorre no spliceossomo, um mecanismo complexo e dinâmico.

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 na célula produzem uma molécula de RNA mensageiro e esta é traduzida em proteína - como veremos mais tarde. 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, uma vez que essas moléculas desempenham um papel fundamental na síntese de proteínas.

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

Fonte: Jane Richardson (Dcrjsr), do Wikimedia Commons O processamento de RNAs ribossômicos e sua subseqüente montagem em ribossomos ocorre em uma estrutura muito visível do núcleo - embora não seja delimitada por uma membrana - chamada nucléolo.

- RNA de transferência: 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 ribossomal e alguns pequenos RNAs. A RNA polimerase II visa a tradução de genes que codificam proteínas.

- Pequenos RNAs relacionados à regulação: Outros 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 splicing do RNA mensageiro.

Tradução: de RNA mensageiro a proteínas

Uma vez que o RNA mensageiro amadurece através do processo de splicing e 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 referirmos 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 nem 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 tripletos 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 aminoácidos diretamente. 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, portanto, 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.

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. O papel 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 constituem 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 é ligado 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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