Introdução

Para que a célula funcione, é necessário, a realização de uma enorme quantidade de reações químicas que se processam no interior das células.

As enzimas, proteínas especiais, regulam a atividade celular controlando e catalisando essas reações químicas. Como todas as proteínas, as enzimas, são produzidas a partir da orientação dos ácidos nucléicos.

As proteínas são formadas por aminoácidos unidos em seqüência. A síntese das proteínas é fundamental para o crescimento, o desenvolvimento, e a manutenção celular.

Para a formação de uma proteína, seja ou não enzima, é preciso uma informação que irá ditar a seqüência em que os aminoácidos devem ser unidos. As informações estão inscritas nas molécula do DNA.

Mas como se dá o mecanismo que a célula usa, a partir da informação contida no DNA, para produzir sem erro uma seqüência de aminoácidos que irá formar uma proteína?

As células possuem uma espécie de código que indica qual a seqüência a ser seguida durante a conversão de uma seqüência de nucleotídeos em uma seqüência de aminoácidos. A compreensão deste código, denominado código genético, é muito importante para esclarecer como se da a síntese das proteínas.

Transcrição do DNA

Em uma primeira etapa da síntese de proteína ocorre a transcrição da informação depositada no DNA para uma cópia feita a partir de ribonucleotídeo.

A partir disso, obtém-se uma molécula alongada de RNA com a mesma seqüência de nucleotídeo observada no DNA, com exceção da base timina substituída pela uracila.

Esta cópia de DNA recebe o nome de RNA mensageiro, que carrega a informação para síntese de proteína, das moléculas de RNA transportador, RNA ribossomal, e de outras moléculas de RNA que têm funções estruturais e catalíticas.

Síntese da Molécula do RNAm

As moléculas de RNA são sintetizadas por enzimas denominadas RNA polimerase, que fazem uma cópia de RNA a partir de uma seqüência de DNA.

Nas células eucarióticas, existem três tipos de moléculas de RNA polimerase que sintetizam diferentes tipos de RNA: RNA polimerase I -=> RNAr RNA polimerase II => RNA heterogêneo nuclear (precursor do RNAm) => RNAm RNA polimerase III => RNAt => RNAr 5S (ribossomal de tamanho 5S)

Já nos procariontes, como a E. coli, existe somente uma RNA polimerase que traduz todos os tipos de RNA.

Quando a RNA polimerase entra em contato com uma seqüência de DNA especifica, denominada sítio promotor (região que contém o sítio de iniciação para síntese de RNA) a síntese do RNA é iniciada.

A enzima RNA polimerase abre uma região na dupla hélice do DNA, expondo um curto seguimento de uma das fitas do DNA aos nucleotídeos livres.

Somente uma fita de DNA que atuará como molde para o pareamento das bases complementares. Dois nucleotídeos são ligados pela polimerase para iniciar a cadeia de RNA. Desta forma, a molécula de RNA vai crescendo por cada nucleotídeo na direção 5'-3' (Lembre-se de que, na grafia para polinucleotídeos, as seqüências são designadas na direção 5' -à 3'; lendo da esquerda para direita).

Esta cópia da molécula de DNA continua até a enzima encontrar uma segunda seqüência especial de nucleotídeo, o sinal de determinação. Nesta região, a polimerase pára e libera as fitas de DNA molde, que enrola-se novamente e a recém formada cadeia de RNA, que é uma cópia de fita simples de uma das duas fitas de DNA.

Tradução

Após terminada a transcrição do DNA, o RNAm sai do núcleo para o citoplasma, levando a seqüência de nucleotídeos que permitirá a formação das proteínas. Para que isso ocorra é necessário a tradução da seqüência de nucleotídeos do RNAm em seqüência de aminoácidos.

Todas as células contêm um conjunto de RNA, os RNA transportadores, que através da ligação de uma de suas extremidades a um códon (uma trinca de nucleotídeo na molécula de RNAm), permite o alinhamento dos aminoácidos de acordo com a seqüência de nucleotídeos do RNAm.

Um RNAt é responsável pelo transporte de um dos vinte aminoácidos utilizados na síntese de proteínas. Cada um dos aminoácidos tem pelo menos um tipo de RNAt a ele designado, e outros têm vários RNAt.

Para que os aminoácidos sejam incorporados a uma cadeia de proteína, antes ele são ligados, através de seu terminal carboxila à extremidade 3' da molécula de RNAt, pela ação de uma classe de enzimas conhecida como de ativação de aminoácido ou aminoacil-RNAt- sintetase.

Cada enzima é altamente específica para um aminoácido e para seu RNAt correspondente, existindo enzima de ativação para os vinte diferentes aminoácidos. Assim, as aminoacil-RNAt-sintetases têm de possuir dois sítios de ligação muito específicos, um para o substrato aminoácido e outro para o RNAt correspondente, existe também um terceiro sítio para ligar ATP.

As aminoacil-RNAt-sintetases são tão específicas na discriminação entre os aminoácidos que existe menos de uma chance em 10 mil que ocorra um erro, sob condições intracelulares.

O aminoácido é ligado ao RNAt através de um anticódon correto (seqüência de três nucleotídeos que é complementar aos três nucleotídeos do códon que especifica o aminoácido na molécula de RNAm), gerando uma molécula de aminoacil-RNAt.

Através do pareamento códon-anticódon, o aminoácido é inserido em uma cadeia crescente de proteína, de acordo com o que está determinado na seqüência de nucleotídeo do RNAm.

Com uma extremidade ligada a um aminoácido e a outra pareada a um códon, o RNAt converte a seqüência de nucleotídeo na seqüência de aminoácidos.

Apenas a molécula de RNAt, e não os aminoácidos a ela ligados, determina onde o aminoácido é adicionado durante a síntese de proteína.

Para que a síntese de proteína ocorra, é fundamental, a formação de uma ligação peptídica entre o grupo carboxila, da extremidade de uma cadeia polipeptídica crescente, e um grupo amino livre de um aminoácido. Com isso, a proteína é sintetizada a partir de sua extremidade amino-terminal para a sua extremidade cardoxi-terminal.

Durante a síntese de proteína, a tradução se movimenta na direção 5'- 3' ao longo de uma molécula de RNAm . Esta seqüência de RNAm é lida a cada 3 nucleotídeos (códon) por vez.

Cada tipo de aminoácido é especificado quando uma trinca de nucleotídeo na molécula (códon) de RNAm pareia com a seqüência de 3 nucleotídeos complementares do anti-códon de um RNAt.

Como existe mais do que um RNAt para cada aminoácido, ou que os aminoácidos podem ser representados por mais de um códon, dizemos que ocorreu degenerescência do código genético.

Isso porque os 4 tipos de nucleotídeos sendo agrupados de 3 em 3 nucleotídeos, faz 64 seqüências de aminoácidos. Somente 61 códons podem especificar 20 aminoácidos diferentes, pois 3 destes 64 códons, não codificam aminoácidos, mas especificam a terminação da cadeia polipeptídica, são os códons de terminação.

Devido a isto, a maioria dos aminoácidos é representado por mais de um códon. Os aminoácidos metionina e triptofano possuem apenas 1 códon e são os aminoácidos menos abundantes nas proteínas.

O Papel dos Ribossomos

Para assegurar que a síntese de proteínas ocorra de forma precisa, é necessário um complexo aparato catalítico.

Os ribossomos são as estruturas responsáveis para que a extremidade crescente de uma cadeia polipeptídica seja mantida em sincronia com a molécula de RNAt, e que cada códon do RNAm se encaixe precisamente com o anticódon de uma molécula de RNAt.

Durante a fase de iniciação da síntese de proteína, as duas subunidades do ribossomo se deslocam até o ponto exato de RNAm onde a cadeia polipeptídica será iniciada.

São necessários sinais específicos para iniciar a cadeia polipeptídica no ponto exato, de forma que a conexão correta da leitura seja estabelecida. Na E. coli e em todos os outros procariontes, a síntese de todas as proteínas começa com o aminoácido N-formilmetionina, codificado pelo códon de iniciação (AUG). Já nos eucariontes, o códon de iniciação (AUG) codifica o aminoácido metionina. O códon GUG é um códon de iniciação alternativo para a metionina, em procariontes.

A subunidade menor, carregando proteínas que são os fatores de iniciação, liga-se ao RNAm e o RNAt e ao encontrar o códon de iniciação (AUG) é que ocorre a ligação da subunidade maior que irá catalisar a formação das ligações peptídicas.

O ribossomo contém três sítios de ligação para moléculas de RNA: um para o RNAm e dois para RNAt.

O sitio que prende a molécula de RNAt, que está ligada à extremidade crescente da cadeia polipeptídica, chama-se sítio de ligação peptidil-RNAt ou sítio P.

O sitio que prende a molécula de RNAt carregada com um aminoácido que está entrando, chama-se sítio de ligação aminoacil-RNAt ou sitio A. A enzima aminoacil-RNAt sintetase catalisa a reação que une os aminoácidos ao RNAt. Existe um tipo desta enzima para cada aminoácido que será ligado.

A molécula de RNAt só permanece firmemente ligada a qualquer um dos sítios, se anticódon parear com um códon complementar na molécula do RNAm, que esta ligada ao ribossomo.

É importante lembrar que os ribossomos deslocam ao longo de uma molécula de RNAm na direção 5'-3', que é também a direção da síntese de RNA. O primeiro aminoácido que entra fica com sua extremidade amino livre, e o último aminoácido que entra fica com sua extremidade carboxila livre. Logo, a tradução se inicia e cresce da extremidade -H3N à -COOH.

O processo de alongamento de uma cadeia polipeptídica em um ribossomo, podem ser resumido em três etapas: Na primeira etapa, uma molécula aminoacil-RNAt se liga no ribossomo a um sítio A desocupado (ao lado do sítio P ocupado), pareando com aos três nucleotídeos (códon) expostos no sítio A. Na segunda etapa, a extremidade carboxil da cadeia polipeptídica se separa da molécula de RNAt no sítio P e se liga, por uma ligação peptídica, ao aminoácido ligado a uma molécula de RNAt do sítio A. Esta reação da síntese de proteínas é catalisada pela enzima peptidil transferase. Na terceira etapa, o novo peptidil-RNAt localizado no sítio A é translocado para o sítio P, enquanto o ribossomo desliza exatamente sobre três nucleotídeos ao longo do RNAm. Esta etapa requer energia através da hidrólise de uma molécula de GTP. A molécula de RNAt livre gerada no sítio P, durante a segunda etapa, é liberada do ribossomo para voltar a fazer parte do conjunto de RNAt citoplasmático. Completando a terceira etapa, o sítio A desocupado está livre para aceitar uma nova molécula de RNAt ligada ao próximo aminoácido, que reinicia o ciclo.

Liberação da Cadeia de Proteína

Depois que o processo de tradução termina, a proteína tem que ser liberada do ribossomo.

A cadeia de proteína é liberada do ribossomo quando qualquer um dos 3 códons de terminação (UAA,UAG,UGA) do RNAm á alcançado.

Além desses códons de terminação, algumas proteínas citoplasmáticas chamadas fatores de liberação também participam deste processo.

Os fatores de liberação ligam-se diretamente a qualquer códon de terminação que alcance o sítio A no ribossomo. Esta ligação altera a atividade da peptidil transferase, fazendo com que uma molécula de água, ao invés de um aminoácido, ligue-se ao peptidil-RNAt.

Esta reação libera a extremidade carboxila da cadeia polipeptídica crescente, que está ligada a uma molécula de RNAt. Como somente esta ligação prende a cadeia polipeptídica crescente ao ribossomo, a cadeia protéica é, então, liberada para o citoplasma.

Uma vez liberado o polipeptídeo, o ribossomo se separa do RNAt e RNAm e se dissocia nas suas subunidades 60S e 40S, podendo montar-se em outra molécula de RNAm para começar uma nova síntese de proteína.

Nas células eucarióticas, a membrana nuclear mantém os processos de transcrição e de síntese de proteína separados. Entretanto, em células procarióticas, pela falta de membrana nuclear, o RNA fica acessível aos ribossomos assim que são sintetizados. Desta forma, os ribossomos iniciam a síntese de proteínas na extremidade 5'de uma molécula crescente de RNAm, enquanto a RNA polimerase completa a cadeia de RNAm. Desta forma, a transcrição e a tradução ocorrem praticamente ao mesmo tempo.

Tabela com as principais diferenças no processo de tradução entre células procariontes e eucariontes

Parâmetros

Células Procariontes

Células Eucariontes

 

Localização Celular


No citoplasma e ocorrendo ao mesmo tempo que a transcrição 70s

No citoplasma e separado da transcrição que se dá no núcleo 80s

 

Estrutura do Ribossoma


70s

80s

 

RNA mensageiro


Vários genes numa seqüência de DNA(policistrônico),vida média muito curta

Um gene por seqüência de DNA(monocistrônico),vida média longa

 

Processo de Iniciação de Síntese Protéica


Começa com código genético para n-formilmretionina. Não consome ATP

Começa com código genético para metionina e consome ATP

 

Inibição de Tradução Por Antibióticos


Inibição por vários antibióticos

Não é inibido pelos mesmos antibióticos que inibem as bactérias

 

Atualmente, o código genético é considerado biologicamente universal, ou seja, todos os seres vivos têm o mesmo códon determinando a mesma função ou o mesmo aminoácido.