Síntese proteica: diferenças entre revisões
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== Introdução ==
Síntese de proteínas é a formação de novos polímeros de aminoácidos. Esse processo tem influência direta da expressão gênica do organismos dos seres vivos, pois a partir das informações genéticas, dados são fornecidos para essa produção. Esse procedimento acontece através de blocos de montagens, que tem como papel de transcrever e traduzir, moléculas de DNA e RNA consecutivamente, para que a informação seja traduzida na forma de aminoácidos. Isso acontece a partir da transcrição das fitas de DNA em RNA, e posteriormente, da tradução dessas fitas de RNA mensageiro (mRNA) geradas, pelos ribossomos. Esse processo de tradução faz com que RNAs transportadores (tRNA) levem os aminoácidos correspondentes aos códons de mRNA no ribossomo, a fim de realizar a construção do polímero. Assim, essa via biossintética de proteínas é correlacionada diretamente com a informação contida no código genético de cada organismo. A proteína ainda sofre modificações pós-traducionais, como por exemplo a adição de carboidrato(s) a ela, processo conhecido como glicosilação.
== Do DNA ao RNA ==
== Do RNA a proteína ==
As moléculas de mRNA produzidas na etapa anterior
Segundo, a sequência de nucleotídeos de uma molécula de mRNA é lida de três em três. Já que é lido em grupos consecutivos de três nucleotídeos e só existem quatro nucleotídeos, por uma simples conta de matemática define-se que existem 4 x 4 x 4 = 64 combinações possíveis de trincas de nucleotídeos (ex.: AAA, AUC, AGU). Porém, só 20 tipos de aminoácidos são encontrados nas proteínas, o que significa que diferentes trincas de nucleotídeos vão corresponder ao mesmo aminoácido. Esse grupo consecutivo de três nucleotídeos é chamado de '''códon''', e como falado, cada códon codifica um único aminoácido.
As moléculas de tRNA levam os aminoácidos para os códons
Os códons não se ligam diretamente ao aminoácido correspondente, é aqui que se insere o papel de outra molécula de RNA, chamada de '''RNA transportador''' (tRNA). Essa molécula é responsável por reconhecer e se ligar ao códon, enquanto sua outra extremidade transporta o aminoácido referente a trinca de nucleotídeos. A região que pareia com o códon é o '''anticódon''', uma sequência de três nucleotídeos que apresentam bases complementares as presentes no códon. As moléculas de tRNA fazem isso devido a sua conformação espacial em formato de folha de trevo, apresentando duas extremidades muito importantes: a extremidade 3’, onde o aminoácido está ligado e uma alça anticódon, onde está localizado o anticódon.
Os tRNAs são produzidos pela RNA-polimerase II e são alterados covalentemente ao saírem do núcleo. Nos eucariotos e nas bactérias, esses tRNAs precursores são clivados para que sejam formados os tRNAs maduros. Ou seja, o tRNA sofre splicing, mas um diferente do pré-mRNA, ele é caracterizado por cortes e colagens catalisadas por proteínas.
Outro fato importante, é saber que uma enzima chamada de aminoacil-tRNA-sintetase é responsável pela correta ligação entre o aminoácido e a extremidade 3’ do tRNA.
Adição de aminoácidos em uma cadeia polipeptídica:
Para que uma proteína seja criada, é fundamental que ocorram ligações peptídicas entre um grupo carboxila e amina de dois aminoácidos diferentes. Essa ligação ocorre no momento que vai sendo adicionados aminoácidos pelos tRNAs. Assim, uma proteína começa a ser sintetizada a partir de sua extremidade N-terminal (onde está o grupo amino) para a sua extremidade C-terminal (onde está o grupo carboxila). Durante a colocação dos aminoácidos, a extremidade carboxila vai crescendo e os aminoácidos adicionados carregam com eles a energia necessária para a adição do próximo aminoácido, ocasionando na formação do polímero.
O mRNA é lido pelos ribossomos:
A síntese de proteínas é guiada pelas informações presentes na molécula de mRNA. Para que se tenha exatidão na leitura, a síntese protéica é realizada nos ribossomos, que são compostos por uma subunidade menor, dotado de uma região onde os tRNAs são pareados aos códons do RNA mensageiro e de uma subunidade maior, responsável por catalisar a ligação peptídica entre os aminoácidos por meio de uma peptidiltransferase. As subunidades dos ribossomos, quando não ativas, ficam disponíveis separadamente, mas quando ativas, se juntam e acoplam a extremidade 5’ da molécula de mRNA para começar a síntese de proteínas.
O ribossomo começa a ler três nucleotídeos consecutivos de uma só vez, e conforme vai passando pelas trincas de nucleotídeos, os tRNAs vão adicionando os aminoácidos e as ligações peptídicas vão sendo formadas. Para terminar a produção do polímero, o ribossomo encontra o códon de terminação, o que faz com que suas subunidades se separem e a proteína seja liberada. O ribossomo contém quatro sítios de ligação, um para a molécula de tRNA e outros três chamados de sítios: A, P e E.
Etapas:
# O tRNA se liga ao ribossomo e coloca seu aminoácido no sítio A
# A formação da ligação peptídica (sítio P)
# Translocação da subunidade maior
# Ocorre a saída, pelo sítio E, do tRNA
# Translocação da subunidade menor
Iniciação: O mRNA é reconhecido pelo ribossomo devido a presença de uma 7-metil-guanosina (cap, ligação 5’ → 5’). Ou seja, a 7-metil-guanosina é o sinal que faz com que ocorra o acoplamento entre as subunidades maiores e menores. A síntese começa quando o ribossomo encontra o códon de parada (AUG) presente no mRNA. Assim, para que o complexo de iniciação seja montado, a presenta do CAP é fundamental, já que o acoplamento de mRNA e ribossomo acontece devido a ele.
Outros fatores de iniciação (LF) também são importantes para que o complexo tRNA iniciador metionina seja criado. O LF2 se liga ao tRNA e eles assumem uma nova posição no espaço e faz com que ele se ligue a subunidade menor do ribossomo e a outro fator de iniciação, o LF3. Esse conjunto ainda não consegue localizar a 7-metil-guonosina, mas com a entrada do LF4 o sistema de iniciação fica completo e consegue, agora, encontrar o CAP, depois o códon de iniciação.
Elongação: Essa etapa começa devido a clivagem do GTP, necessária para que o ribossomo ande sobre a fita de mRNA. O que ocorre é a leitura da molécula de mRNA, de forma a colocar os aminoácidos e fazer as ligações peptídicas entre eles. Nessa fase, percebe a presença de três sítios na subunidade maior: A, P e E.
''Sítio A:'' por onde sempre entra um aminoácido trazido pelo tRNA
''Sítio P:'' onde ocorre a ligação peptídica
''Sítio E:'' local de saída do tRNA
Terminação: A síntese de proteína termina devido a presença de códons de parada, que podem ser três diferentes: UUA. UAG, UGA. Também está presente um fator de liberação (RF) que se acopla ao mRNA quando esse vai para o citoplasma. O RF faz o papel de uma barreira física ligada ao códon de parada, fazendo com que a subunidade menor não consiga se mover quando chegar ao final, já a subunidade maior conseguirá, ocasionando em um desacoplamento das duas subunidades.
== Ribossomos e Polissomos ==
O ribossomo é uma estrutura celular formada a partir da associação entre RNA ribossomico e proteínas, responsável pela síntese proteica dentro das células procariotas e eucariotas. No segundo grupo de células, o RNAr é sintetizado no núcleo a partir da transcrição de genes específicos, e então é levado ao nucléolo, local onde ocorre sua especificação e a elaboração das duas subunidades que foram o ribossomo final, a subunidade maior e a subunidade menor. Ambas as unidades, quanto prontas, são endereçadas ao espaço citoplasmático e atingem o citosol por meio de poros constituintes da membrana celular, elas saem do núcleo separadamente e assim permanecem até que sejam necessárias para a síntese de alguma proteína, quando, após receberem um sinal, se unem ao RNA mensageiro a ser transcrito. A função principal de cada uma das estruturas constituintes do ribossomo é; o RNAr tem papel catalítico da síntese proteica, além de posicionar o RNAt sobre o RNAm para que a catálise se inicie, enquanto as proteínas associadas auxiliam na conformação estrutural necessária nas diversas traduções promovidas pelo ribossomo e aumentam a estabilidade ribossomal.
A subunidade menor do ribossomo é o local onde é possibilitado o encontro eficiente do RNAm e do RNAt, enquanto a subunidade maior é responsável por constituir efetivamente a cadeia proteica por meio da ligação peptídica dos aminoácidos trazidos pelo RNAt. Quando a síntese proteica está prestes a se iniciar, as subunidades do ribossomo se acoplam ao RNAm e se deslocam por ele a cada trinca de bases nitrogenadas, já que essa é a menor unidade a designar um aminoácido a ser incorporado à cadeia polipeptídica. Os ribossomos são dotados por quatro sítios de ligação para a tradução, um deles é o sítio de ligação para o RNAm enquanto os três outros são sítio de ligação para RNAt (sítios A, P e E). Uma vez que a molécula de RNAm está ligada ao ribossomo, os sítios A e P apenas apresentam afinidade com RNAt cujos anticódons são complementares aos códons do RNAm em questão, e assim, evita-se que aminoácidos errados sejam adicionados à cadeia produzida, garantindo a leitura correta da informação.
A leitura da trinca de bases do RNAm pode ser dividido em quatro reações principais. A primeira delas é o momento em que o RNAt que possui o aminoácido correspondente àquelas bases de RNAm que está sendo lido se liga ao sítio correto do ribossomo. Na segunda etapa o grupo carboxila da cadeia polipeptídica que está sendo sintetizada se solta do RNAt para ser ligada por uma ligação peptídica ao aminoácido correspondente a informação que está sendo lida, por meio da catálise de uma peptidiltransferase situada na subunidade ribossômica maior. Na terceira etapa, a subunidade maior do ribossomo se desloca para a próxima trinca de bases do RNAm, e na quarta etapa, o mesmo ocorre com a subunidade menor e o RNAt associado é ejetado e, assim, o ribossomo se prepara para reiniciar o ciclo e traduzir o próximo aminoácido da proteína produzida.
Polissomos são complexos citoplasmáticos dotados do RNAm a ser traduzido e uma maquinaria responsável por efetuar a síntese proteica o mais rápido possível, e por isso, vários ribossomos são utilizados simultaneamente na mesmo molécula informativa. Os ribossomos no geral são dispostos a cada 80 nucleotídeos, minimizando o tempo de tradução e otimizando o processo.
== Modificações pós-traducionais ==
As modificações pós-traducionais são eventos que envolvem adição ou remoção de grupamentos químicos em um ou mais aminoácidos após a formação de sua cadeia polipeptídica (tradução). Desta forma, considerando que, geralmente, as proteínas não assumem conformação funcional durante a sua síntese, as modificações pós-traducionais podem determinar funções e locais de atuação das proteínas. Ademais, essas modificações químicas podem sinalizar a ativação ou desativação de proteínas e, em casos de proteínas defeituosas, destruição das mesmas por complexos enzimáticos.
Com a finalidade de auxiliar na formação de proteínas funcionais, as chaperonas - ''heat shock proteins'' (Hsp'')'' – são proteínas com diversos subtipos que apresentam atuação em consonância com a organela que é encontrada. Um exemplo é a Hsp70 encontrada no retículo endoplasmático, responsável por auxiliar na conformação de proteínas direcionadas para essa organela. Além da ação das chaperonas, outras modificações mediadas por enzimas podem ocorrer nas proteínas recém-sintetizadas, como fosforilação, glicosilação, acetilação, metilação e ubiquitinização.
A fosforilação é realizada por enzimas quinases, sendo responsável pela ativação ou desativação de proteínas. Por outro lado, as enzimas fosfatases realizam a desfosforilação de proteínas, com atuação contrária a das quinases, mas também realizam modulação da atividade enzimática nos processos de ativação ou desativação. Um exemplo de atuação relativa de enzimas quinases e fosfatases é a enzima bifuncional fosfofrutocinase-2 (PFK-2)/frutose 1,6-bifosfatase (FBPase-2), que desativa a porção PFK-2 e ativa a porção FBPase-2 quando fosforilada, e desativa a porção FBPase-2 e ativa a porção PFK-2 quando desfosforilada.
A glicosilação é a adição de carboidratos em cadeias proteicas que acontece no retículo endoplasmático e complexo de Golgi, geralmente associado ao endereçamento e secreção de proteínas.
A acetilação e desacetilação são processos responsáveis pela modulação da transcrição do material genético (DNA). A acetilação é realizada pela enzima Histona Acetiltransferase (HAT), que atua na deposição de radicais acetil nas lisinas presentes no complexo DNA-histona para deixar o DNA livre para realização da transcrição. Com a finalidade de concluir a transcrição, os radicais acetil são clivados (deacetilação) pela Histona Deacetilase (HDAC). A metilação também acontece no DNA, correspondendo a um mecanismo epigenético. Desta forma, a metilação é um processo de adição de um grupo metil ao DNA que culmina na modulação da expressão fenotípica, geralmente associado à repressão de genes.
Outro processo de modificação pós-traducional muito importante é a ubiquitinação e degradação via proteassoma. A ubiquitinação é a adição de ubiquitina a uma proteína, sendo este processo responsável por sinalizar a degradação da proteína por meio de um complexo multienzimático (proteassomo). Este processo ocorre tanto para a ativação da progressão da divisão celular como para degradação de proteínas defeituosas e sinalização para o reparo de DNA, com finalidade de regular o ciclo celular para evitar a formação de tumores.
== Regulação da síntese de proteínas ==
Quando o RNA mensageiro vai para o citosol, ele pode ser regulado de três diferentes formas:
* Impedindo sua tradução, o que impede que a proteína seja sintetizada;
* Controlando quantas vezes ele vai ser traduzido e a velocidade disso e;
* Em qual momento ele será destruído.
Apesar de não se saber ao certo como a célula é capaz de decidir que não irá mais traduzir o mRNA quando ele chega ao citosol, existem mecanismos que realizam essa função. Entre eles, dentro de um enorme mecanismo biológico chamado interferência do RNA (iRNA), está o miRNA (micro RNA), que se associa ao RISC (''RNA-induced silencing complex, inibidor de RNA''), compondo o complexo ribonucleico miRNA-RISC, capaz de bloquear a tradução de um determinado RNA com base na informação fornecida pelo próprio mRNA. Diversos miRNA podem podem impedir a tradução de um mesmo mRNA, e o mesmo miRNA pode bloquear a tradução de diferentes mRNA. O que acontece é que o miRNA se pareia a um segmento do mRNA, possibilitando que o RISC possa parar a tradução.
Também é possível controlar o número e a velocidade das traduções de um mesmo mRNA, logo no início da tradução, sendo que no controle geral é dependente do fato de iniciação FI-2 e no controle particular depende de substâncias reguladoras que, na maioria das vezes, mudam a configuração de um segmento de nucleotídeos não traduzíveis localizados entre o cap e o códon de iniciação. A célula também pode se aproveitar do tempo de sobrevivência do mRNA no citosol para controlar a quantidade de proteína a ser sintetizada.
Pode-se usar como exemplo a forma de como a degradação dos mRNA da tubulina dimérica é regulada, pois se baseia na concentração das subunidades α e β, seus produtos proteicos. Isso acontece da seguinte forma: quando é atingido um nível suficiente da proteína no citosol, uma parte da própria tubulina se liga aos primeiros aminoácidos das cadeias proteicas de origem ribossômica e ativa uma nuclease específica que irá degradar o mRNA. Isso é um mecanismo '''autorregulatório'''.
Ademais, até mesmo a degradação das proteínas passa por regulação, pois como a duração de certas proteínas depende dos sinais presentes em suas moléculas, sabe-se que existem sinais que identificam que a proteína deve passar por isso, através da sequência de aminoácidos PEST (ricos em prolina, ácido glutâmico, serina e treonina), que são reconhecidos pela ubiquitina que intervém para degradar as proteínas em proteassomas.
== Síntese proteica em procariotos ==
== Ligações externas ==
* DE ROBERTIS, Edward M.; HIB, José. '''Biologia Celular e Molecular''': Tradução do mRNA| Síntese de Proteínas. 16º. ed. [S.l.: s.n.], 2012. 296-308 p. v. Único.
*ALBERTS, Bruce. '''Biologia Molecular da Célula'''. 6ª. ed. [S.l.]: Artmed, 2017. 1464 p.
*CARVALHO, Hernandes F. A Célula. 3ª. ed. [S.I]: Manole, 2012. 672 p.
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