Síntese de proteínas

Definição

Síntese de proteínas é um processo no qual cadeias de polipeptídeos são formadas a partir de combinações codificadas de aminoácidos únicos dentro da célula. A síntese de novos polipeptídeos requer uma sequência codificada, enzimas, e ácidos ribonucleicos mensageiros, ribosomal e de transferência (RNAs). A síntese de proteínas ocorre dentro do núcleo e ribossomos de uma célula e é regulada por DNA e RNA.

Etapas da Síntese de Proteínas

Etapas da Síntese de Proteínas são duas vezes. Primeiro, o código de uma proteína (uma cadeia de aminoácidos em uma ordem específica) deve ser copiado da informação genética contida dentro do DNA de uma célula. Esta etapa inicial da síntese proteica é conhecida como transcrição.

Transcrição produz uma cópia exata de uma seção do DNA. Esta cópia é conhecida como RNA mensageiro (mRNA) que deve então ser transportado fora do núcleo da célula antes do próximo passo da síntese proteica poder começar.

A segunda etapa da síntese de proteínas é a tradução. A tradução ocorre dentro de uma organela celular chamada ribossomo. O RNA mensageiro faz o seu caminho e liga-se ao ribossoma sob a influência do RNA e das enzimas do ribossoma. Transfer RNA (tRNA) é uma molécula que carrega um único aminoácido e uma sequência codificada que age como uma chave. Esta chave encaixa em uma seqüência específica de três códigos no mRNA, trazendo o aminoácido correto para o lugar. Cada conjunto de três bases nitrogenadas do mRNA é chamado de códon.

Translação e transcrição serão explicadas com muito mais detalhes mais adiante. Para manter a síntese protéica simples, nós precisamos primeiro saber o básico.

Polipéptidos e Proteínas

O resultado da síntese protéica é uma cadeia de aminoácidos que foram ligados, elo por elo, em uma ordem específica. Esta cadeia é chamada de polímero ou polipeptídeo e é construída de acordo com um código baseado em ADN. Você pode imaginar uma cadeia de polipeptídeos como uma cadeia de contas, com cada conta desempenhando o papel de um aminoácido. A ordem em que as contas são enfiadas é copiada das instruções do nosso ADN.

Quando se fala de síntese protéica é importante fazer uma distinção entre cadeias de polipeptídeos e proteínas. Todas as proteínas são polipeptídeos mas nem todos os polipeptídeos são proteínas; contudo, tanto as proteínas como os polipeptídeos são compostos por monómeros de aminoácidos.

A diferença entre uma proteína e um polipeptídeo é a forma. Cadeias menores de aminoácidos – geralmente menos de quarenta – permanecem como cordões de cadeia única e são chamados de polipeptídeos. Cadeias maiores devem se empacotar mais firmemente; elas se dobram em estruturas fixas – secundárias, terciárias e quaternárias. Quando uma cadeia de polipeptídeos se dobra, ela é chamada de proteína.

cadeias de polipeptídeos são formadas durante o processo de tradução da síntese protéica. Estes polipeptídeos podem ou não se dobrar em proteínas em um estágio posterior. No entanto, o termo ‘síntese protéica’ é utilizado mesmo na comunidade científica e não é incorreto.

A síntese de proteínas é fácil quando imaginamos o nosso ADN como um livro de receitas. Este livro lista as instruções que mostram a uma célula como fazer cada pequena parte de cada sistema, órgão e tecido dentro do nosso corpo. Todas estas partes individuais são polipéptidos. Desde a queratina no seu cabelo e unhas até às hormonas que correm pela sua corrente sanguínea, os polipeptídeos e as proteínas são as pedras de fundação de cada estrutura. Nosso DNA não codifica para lipídios ou carboidratos – ele codifica apenas para polipeptídeos.

A enzima RNA polimerase abre o livro de receitas de DNA que fica dentro do núcleo da célula. Ele usa certos pedaços de código como marcadores para encontrar a página certa. Este livro de receitas é escrito em uma língua estrangeira – mRNA copia o que é escrito sem entendê-lo. As receitas são traduzidas para uma linguagem que outras moléculas podem decifrar em um estágio posterior. Os tradutores são ribossomos e tRNA. Eles lêem a receita e podem recolher os ingredientes certos e, na ordem correcta, fazer o produto polipéptido acabado.

Sequências de ADN

No núcleo, duas cadeias de ADN são mantidas juntas por bases nitrogenadas (também chamadas nucleobases ou bases). Quatro bases – citosina, guanina, adenina e timina – formam as letras das palavras no livro de receitas do DNA.

Uma fita de DNA contém o código original. Se as instruções deste código forem cuidadosamente seguidas, um polipeptídeo específico correto pode ser montado fora do núcleo. A segunda fita de DNA – a fita de modelo – é uma imagem espelho da fita original. Ela deve ser uma imagem espelho, pois as nucleobases só podem ser anexadas a parceiros complementares. Por exemplo, a citosina só pode ser acoplada à guanina e a timina só pode ser acoplada à adenina.

Provavelmente você terá visto códigos como CTA, ATA, TAA, e CCC em vários livros de biologia. Se estes forem os códons (conjuntos de três bases) da fita original de DNA, a fita modelo será anexada a estes usando seus parceiros. Assim, usando os exemplos dados, o DNA modelo será anexado à cadeia de DNA original usando GAT, TAT, ATT e GGG.

Messenger RNA e, em seguida, copia a cadeia de DNA modelo. Isto significa que acaba criando uma cópia exata da cadeia de caracteres original. A única diferença é que o mRNA substitui o thymine por uma base chamada uracil. A cópia do mRNA da cadeia de modelos usando os exemplos dados leria CUA, AUA, UAA, e CCC.

Estes códigos podem ser lidos transferindo RNA fora do núcleo; a receita pode ser entendida por uma molécula que não entende totalmente a linguagem utilizada no original (não entende Thymine, apenas uracil). Transfer RNA ajuda a trazer as peças certas para a linha de montagem do ribossomo. Lá, é construída uma cadeia de proteínas que corresponde às instruções da fita de DNA original.

Contribuintes da Síntese de Proteínas

Para fazer o trecho copiado do código (transcrição) precisamos de enzimas chamadas polimerases de RNA. Estas enzimas reúnem moléculas de RNA (mRNA) de mensageiro flutuante livre dentro do núcleo e as montam para formar as letras do código. Cada letra de código de DNA tem sua própria chave e cada nova letra formada por mRNA carrega uma fechadura que se adapta a esta chave, um pouco como tRNA.

Notificação de que estamos falando de letras. Isto é importante. Dentro do núcleo, o código de DNA não é compreendido, simplesmente copiado para baixo – transcrito. A compreensão do código através da ortografia das palavras formadas por estas letras – traduzindo – acontece numa fase posterior.

RNA polimerase deve encontrar e trazer a molécula de mRNA apropriada para cada base nitrogenada na cadeia do modelo. As moléculas de mRNA selecionadas se unem para formar uma cadeia de letras. Eventualmente, estas letras irão soletrar o equivalente a uma frase. Cada frase representa um produto específico (polipéptido). Se a receita não for exatamente seguida, o produto final pode ser completamente diferente ou não funcionar tão bem quanto deveria.

Messenger RNA tornou-se agora o código. Ele viaja para o próximo grupo de contribuidores importantes que trabalham como fábricas. Os ribossomos são encontrados fora do núcleo celular, seja no citoplasma celular ou presos ao retículo endoplasmático rugoso; são os ribossomos que tornam o retículo endoplasmático ‘rugoso’.

Um ribossomo é dividido em duas partes e o fio de mRNA percorre-o como uma fita através de uma máquina de escrever à moda antiga. O ribossomo reconhece e liga-se a um código especial no início da frase traduzida – o código de início. As moléculas de RNA de transferência entram no ribossomo, trazendo consigo ingredientes individuais. Como em todos estes processos, as enzimas são necessárias para fazer as ligações.

Se cada códon de mRNA tiver uma fechadura, o tRNA possui as chaves. A chave do tRNA para um códão de mRNA é chamada de anticódão. Quando uma molécula de tRNA segura a chave que corresponde a um código tri-nucleobase, pode abrir a porta, deixar cair a sua carga (um aminoácido) e sair da fábrica do ribossomo para recolher outra carga de aminoácidos. Este será sempre o mesmo tipo de aminoácido que o anticodon.

Messenger RNA desloca ao longo do ribossoma como se estivesse numa correia transportadora. No próximo códão outra molécula de tRNA (com a chave certa) traz o próximo aminoácido. Este aminoácido liga-se ao anterior. Uma cadeia de aminoácidos ligados começa a formar – uma cadeia de polipeptídeos. Quando completada, esta cadeia de polipeptídeos é um produto final preciso, fabricado de acordo com as instruções do livro de receitas do DNA. Não uma torta ou um bolo, mas uma cadeia de polipeptídeos.

O fim do processo de tradução do código mRNA é sinalizado por um códon de parada. Os códons de início e fim não codificam os aminoácidos mas dizem ao tRNA e ribossomo onde uma cadeia de polipeptídeos deve começar e terminar.

O produto acabado – o polipeptídeo recém-sintetizado – é liberado no citoplasma. De lá ele pode viajar para onde for necessário.

Site of Protein Synthesis

O local de síntese de proteínas é duplo. A transcrição (cópia do código) ocorre dentro do núcleo celular onde o DNA está localizado. Uma vez que a cópia do mRNA de uma pequena seção do DNA é feita, ela percorre os poros nucleares e entra no citoplasma celular. No citoplasma, o cordão de mRNA se moverá em direção a um ribossomo livre ou um ligado ao retículo endoplasmático rugoso. Então o próximo passo da síntese de proteínas – tradução – pode começar.

Novos Papéis para Ribossomos

A célula mamífera média contém mais de dez milhões de ribossomos. As células cancerígenas podem produzir até 7.500 subunidades ribossômicas (pequenas e grandes) a cada minuto. Como uma fábrica produtora de polipeptídeos, a existência, desenvolvimento e função de cada organismo vivo depende do ribossomo.

Pensava-se anteriormente que os ribossomas eucarióticos só desempenhavam um papel de efeito ou de efeito na síntese de proteínas (causavam um efeito – uma nova proteína). No entanto, pesquisas recentes mostram agora que os ribossomas também regulam o processo de tradução. Eles desempenham um papel na decisão de quais proteínas são fabricadas e em que quantidades. O sucesso e os resultados da tradução dependem mais do que da disponibilidade de aminoácidos e enzimas livres – também dependem da qualidade dos ribossomas.

Transcrição na Síntese de Proteínas

O processo de transcrição é o primeiro passo da síntese de proteínas. Esta etapa transfere informação genética do DNA para os ribossomos do citoplasma ou retículo endoplasmático rugoso. A transcrição é dividida em três fases: iniciação, alongamento e terminação.

Iniciação

Iniciação requer dois grupos especiais de proteínas. O primeiro grupo são factores de transcrição – estes reconhecem sequências promotoras no ADN. Uma seqüência promotora é uma seção de código encontrada no início de um único gene que mostra onde o processo de cópia deve começar e em que direção esse código deve ser lido. Um promotor funciona um pouco como o código de início em mRNA.

O segundo grupo de proteínas necessário para a iniciação da transcrição consiste em RNA polimerases (RNAPs) dependentes do ADN. Uma molécula de RNA polimerase liga-se ao promotor. Uma vez feita esta ligação, o ADN de cadeia dupla desenrola-se e abre-se (descompacta).

Bases ligadas mantêm os dois fios de ADN numa forma de dupla hélice. Quando as duas vertentes se descompactam, as bases individuais e agora não parceiras são deixadas expostas. O processo de descompactação é repetido ao longo da extensão do DNA por RNAPs até que o ponto de parada de transcrição ou terminador seja alcançado. A iniciação, portanto, envolve o reconhecimento de uma seqüência promotora e a descompactação de uma seção de DNA sob a influência de fatores de transcrição e polimerases de RNA.

Elongamento

A próxima fase do processo de transcrição é o alongamento. Com a sequência codificada exposta, os RNAPs podem ler cada adenina, guanina, citosina ou base de timina individualmente na cadeia de modelos e conectar a base do parceiro correto a ela. É importante lembrar que o RNA é incapaz de replicar a timina e substitui-la pela base do núcleo conhecida como uracil.

Se, por exemplo, uma seqüência curta de DNA na cadeia de modelos for representada por C-A-G-T-T-A ou citosina-adenina-guanina-tímina-temina-adenina, o RNAP conectará as bases parceiras corretas obtidas de populações de bases flutuantes livres dentro do núcleo. Neste exemplo, o RNA polimerase irá fixar uma base de guanina à citosina, o uracil à adenina, a citosina à guanina e a adenina à timina para formar um cordão de RNA mensageiro com a sequência de base nitrogenada codificada G-U-C-A-A-U. Este processo repete-se até que a enzima RNAP detecte uma sequência de código genético que a termine – o terminador.

Terminação

Quando os RNAPs detectam uma sequência terminadora, a fase final de transcrição – terminação – tem lugar. A seqüência de RNAPs se desconecta do DNA e o resultado é uma seqüência de RNA do mensageiro. Este mRNA carrega o código que eventualmente instruirá o tRNA que aminoácidos para trazer a um ribossomo.

RNA mensageiro deixa o núcleo através de poros nucleares principalmente por difusão mas às vezes precisa de ajuda de enzimas de transporte e ATP para alcançar seu destino.

Processo de tradução em Síntese de Proteína

Durante o processo de tradução, as subunidades pequenas e grandes de um ribossomo se fecham sobre um fio de mRNA, prendendo-o frouxamente dentro. Os ribossomos organizam o cordão em códons ou conjuntos de três letras de base nitrogenadas. Isto porque o código para um único aminoácido – a forma mais básica de uma proteína – é um código de três letras nucleobase.

As ribossomos reconhecem partes do código, podemos dizer que o entendem. A confusão de letras copiadas feita durante a fase de transcrição pode ser lida e compreendida na fase de tradução.

Por exemplo, código GGU, GGC, GGA e GGG para o aminoácido conhecido como glicina. A maioria de aminoácidos tem múltiplos códigos como isto diminui a chance de erros – se RNA polimerase acidentalmente conecta adenina ao invés de citosina a GG, não importa. Ambos os códigos GGC e GGA para o mesmo aminoácido. Você pode ver uma lista de códons de mRNA para os vinte aminoácidos não essenciais aqui.

Existe só um código de início de códon – AUG. Três códons – TAA, TAG, e TGA – representam códons de parada. Nem os códons de início nem os códons de parada correspondem ao código para um aminoácido; eles não são codificadores. Os códons de início e os três códons de parada estão claramente marcados nesta roda de códon.

Quando um códão se torna visível – uma vez que o códão anterior tenha sido ligado a um aminoácido – uma secção de uma molécula de RNA de transferência cabe no códão do mRNA. Esta ‘chave’ é chamada de anticódon. O RNA de transferência tem dois papéis – anexar a um aminoácido fora do ribossomo e implantar este aminoácido no momento certo e na posição certa em um fio de mRNA dentro do ribossomo.

Tens a milhares de moléculas de RNA de transferência produzem uma cadeia de polipeptídeos. Titina ou connectin é a maior molécula de proteína e contém ao redor 33.000 aminoácidos. O menor polipéptido funcional é glutationa – só três aminoácidos. Para produzir glutationa, primeiro o ribossomo e o tRNA devem ler o códon inicial (três bases), então leia o primeiro códon codificador de proteína (três bases), o segundo (três bases), o terceiro (três bases), e o códon de parada (três bases). As receitas (sequências) de DNA codificador e mRNA para glutationa contêm nove bases. Pode ou não haver seções adicionais de DNA não codificador dentro desta receita. Seqüências não codificadoras não produzem aminoácidos.

Como com o processo de transcrição, a tradução dentro do ribossomo também é dividida em três estágios de iniciação, alongamento, e terminação.

Iniciação envolve o reconhecimento pelo ribossomo do códon inicial do mRNA. Elongação refere-se ao processo pelo qual o ribossomo se move ao longo da transcrição do mRNA, reconhecendo e expondo os códons individuais para que o tRNA possa trazer os aminoácidos certos. O braço anticódon do tRNA liga-se ao códon do mRNA apropriado sob a influência de enzimas ribossômicas.

Finalmente, a terminação ocorre quando o ribossomo reconhece o códon de parada do mRNA; a cadeia completa do polipeptídeo é então liberada no citoplasma. Ele é enviado para onde for necessário – dentro da célula ou para outros tecidos, saindo da membrana celular através da exocitose.

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