7- BCM- Teórica- SÍNTESE DE MACORMOLÉCULAS - Incompleto

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SÍNTESE DE MACROMOLÉCULAS
Do DNA ao RNA
A informação genética direciona a síntese
de proteínas
Transcrição
RNA-polimerases de células eucarióticas
Início da transcrição em eucariotos: fatores
gerais de transcrição
Transcrição e processamento do RNA
ocorrem simultaneamente no núcleo
Processamento do RNAm
Sinais para exportação nuclear
Tradução: Do RNA à proteína
Aminoácidos O Código Genético
tRNA Moléculas adaptadoras que conectam
aminoácidos aos códons
Ligação do tRNA ao seu aminoácido
correspondente
Ribossomos
Síntese proteica: INÍCIO
Início da tradução em procariotos
Síntese Proteica: Alongamento
Síntese Proteica: Termíno
Síntese de proteínas em polirribossomos
Retículo endoplasmático
A microscopia eletrônica tornou possível
identificar dois tipos morfologicamente
diferentes de retículo: o retículo
endoplasmático granular ou rugoso (REG ou
RER), que apresenta ribossomos acoplados
à face citoplas mática de suas membranas,
e o retículo endoplasmático agra nular ou
liso (REA ou REL), que não contém
ribossomos. Os ribossomos associam se às
membranas do retículo na forma de
polirribossomos, ou seja, quando estão
unidos por meio de uma molécula de mRNA
e, portanto, encontram se em plena
atividade de síntese proteica. Essa
associação sempre ocorre pela subunidade
maior do ribossomo, enquanto a
subunidade menor liga se ao mRNA.
O tipo de retículo e a sua quantidade na
célula variam entre os diferentes tipos
celulares e de acordo com a atividade de
síntese da célula.
Além dos polirribossomos, outros aspectos
também dife renciam o RER do REL.
● O RER, na maioria das células, é
constituído por lâminas achatadas
dispostas paralelamente. Suas
cavidades podem apresentar- se mais ou
menos dilatadas, de acordo com o
estado funcional da célula. tipos de
retículo, as quais serão abordadas
separa damente. Em resumo, o RER está
envolvido na síntese, na segregação e no
processamento de proteínas
constituintes de membranas e proteínas
de secreção.
● O REL, por sua vez, mostra -se geralmente
na forma de vesículas globulares ou
como túbulos contorcidos, que podem ter
continuidade com o RER. O REL, par ticipa
da síntese de lipídios, de processos de
desintoxicação, da degradação de
glicogênio (desfosforilação da
glicose-6-fosfato) e da regulação do
Ca2+ intracelular. Na célula muscular
estriada, o REL recebe o nome de retículo
sarcoplasmático e é responsável pelo
controle na concentração do Ca2+
envolvido na contração muscular. Além
disso, realiza a síntese de esteróides
nas células pertencentes às gônadas e
às glândulas suprarrenais.
Visualização do RE
O retículo endoplasmático é visível apenas
ao microscópio eletrônico, pois a espessura
de suas membranas está abaixo do poder
de resolução do microscópio óptico
(microscópio de luz). Sua presença pode, no
entanto, ser evidenciada ao microscópio de
luz, desde que as células sejam coradas
com corantes básicos. Essas porções
coradas foram, inicialmente, denominadas
de regiões basófilas do citoplasma e,
posterior mente, de ergastoplasma (do
grego ergazomai, elaborar). Em neurônios,
essas porções basófilas foram
denominadas cor púsculos de Nissl. Com o
advento da microscopia eletrônica,
constatou se que todas essas regiões
correspondiam ao retí culo endoplasmático
rugoso. Os métodos citoquímicos
possibilitam detectar a ativi dade de uma
determinada enzima que é específica da
orga nela em estudo. No caso do retículo
endoplasmático liso, a enzima
glicose 6 fosfatase (G 6 Pase) é considerada
mar cadora dessa organela, por essa
especificidade. Essa enzima participa da
obtenção de glicose a partir do glicogênio,
na glicogenólise.
DISTRIBUIÇÃO DE PROTEÍNAS
Proteínas produzidas por polirribossomos
Ainda que os polirribossomos possam estar
associados à membrana do retículo,
também existem polirribossomos dispersos,
livres no citoplasma. Estes são res 
ponsáveis pela síntese das proteínas que
devem permanecer no citosol ou serem
incorporadas no núcleo, mitocôndrias,
cloroplastos ou peroxissomos.
Proteínas produzidas pelo RER
As proteínas sintetizadas nos polirribos 
somos aderidos às membranas do retículo
endoplasmático são aquelas destinadas a
permanecer no próprio retículo, ser
transportadas para o complexo de Golgi,
formar lisossomos, compor membrana
plasmática ou serem secretadas da célula..
Os peroxissomos adquirem parte de suas
proteínas de membrana do RE, mas grande
parte de suas enzimas entram diretamente
a partir do citosol.
As diferenças quanto ao local e ao tipo de
síntese de proteí nas possibilitam classificar
as células em quatro tipos gerais:
● Células que sintetizam ativamente
proteínas que permane cem no citosol e
não são segregadas nas cisternas do
RER: nessas células, as proteínas são
sintetizadas em polirribos somos livres
no citosol, não presos ao retículo, que
ocupam grande parte do citoplasma
(Figura 10.3A). São exemplos desses tipos
celulares os eritroblastos, as células
embrioná rias e as de tumores de
crescimento rápido
● Células que sintetizam e segregam
proteínas nas cisternas do RER e
exportam essas proteínas diretamente,
sem acu mulá las em grânulos: nessas
células, a síntese proteica é realizada por
polirribossomos aderidos à face
citoplasmá tica da membrana do RER.
Elas apresentam complexo de Golgi
desenvolvido, e, nelas, não há grânulos
de secreção. São exemplos desse tipo
celular os fibroblastos, que secre tam
matriz extracelular, e os plasmócitos, que
secretam anticorpos.
● Células que sintetizam proteínas que são
segregadas nas cis ternas do RER
passam para o complexo de Golgi e,
depois, são acumuladas em grânulos,
que geralmente permanecem nas células
para uso posterior: é o caso dos
leucócitos eosi nófilos, neutrófilos e
monócitos, assim como dos macrófa gos,
que apresentam no citoplasma grânulos
que contêm proteínas e enzimas com
diversas funções.
● Células que sintetizam, segregam e
acumulam proteínas em grânulos de
secreção, que serão exportados por
exocitose: são exemplos as células
secretoras exócrinas do pâncreas e da
glândula salivar parótida, que produzem
enzimas diges tivas empacotadas em
vesículas ou grânulos envoltos por
membrana que, sob o estímulo
apropriado, serão secreta das para
digerir os alimentos
Formas de distribuição
Poros nucleares: As proteínas que se movem
do citosol para o núcleo são transportadas
pelos poros nucleares que transpassam as
membranas nucleares externa e interna.
Esses poros funcionam como portões
seletivos que transportam ativamente
macromoléculas específicas, mas também
permitem a difusão livre de moléculas
menores.
Translocadores: As proteínas que se movem
do citosol para o RE, mitocôndrias ou
cloroplastos são transportadas pelas
membranas das organelas por
translocadores proteicos localizados nas
membranas. Diferentemente do transporte
pelos poros nucleares, a proteína
transportada normalmente deve se
desdobrar (desenovelar, desnaturar) para
atravessar a membrana com auxílio do
translocador
Transporte vesicular: As proteínas
transportadas a partir do RE – e de um
compartimento do sistema de
endomembranas para outro – são
carreadas por um mecanismo que é
essencialmente diferente. Essas proteínas
são transportadas por vesículas de
transporte, que se desprendem da
membrana de um compartimento e então se
fundem com a membrana de um segundo
compartimento.
As sequências-sinal direcionam as
proteínas para compartimentos corretos
A síntese de praticamente todas as
proteínas da célula se inicia nos ribossomos
no citosol. As exceções são algumas
proteínas de mitocôndrias e cloroplastos
sintetizadas por ribossomos dentro dessas
organelas. A maior parte das proteínas das
mitocôndrias e cloroplastos, entretanto, é
sintetizada no citosol e, subsequentemente,
importada. O destino de uma molécula
proteica sintetizada no citosol depende de
sua sequência de aminoácidos, a qual pode
conter um sinal de distribuição que
direciona a proteína para a organela onde é
necessária.
➔ O sinal de distribuição típico em uma
proteína é um segmento contínuo da
sequência de aminoácidos, emgeral
com 15 a 60 aminoácidos de
comprimento. Essa sequência-sinal é
frequentemente (mas não sempre)
removida da proteína madura, uma vez
que a distribuição tenha sido executada.
➔ As sequências-sinal são, por si só,
necessárias e suficientes para direcionar
uma proteína para um determinado local.
➔ As sequências-sinal que especificam um
mesmo destino podem variar, ainda que
possuam a mesma função: propriedades
físicas, como a hidrofobicidade ou a
posição de aminoácidos carregados,
parecem frequentemente ser mais
importantes para a função desses sinais
do que a sequência exata dos
aminoácidos.
Destinação de proteínas para mitocôndrias
Embora ambas as organelas contenham os
seus próprios genomas e sintetizem parte
de suas próprias proteínas, a maioria das
proteínas mitocondriais e dos cloroplastos é
codificada por genes do núcleo e importada
do citosol. Essas proteínas normalmente
possuem uma sequência-sinal na região
N-terminal que lhes permite entrar na sua
organela específica. Proteínas destinadas a
essas organelas são translocadas
simultaneamente por meio de ambas as
membranas, externa e interna, em sítios
especializados onde as duas membranas
estão em contato uma com a outra. Cada
proteína é desnaturada à medida que é
transportada, e sua sequência-sinal é
removida após a translocação ser
completada. As proteínas chaperonas
dentro das organelas ajudam a transportar
a proteína pelas duas membranas e
enovelá-las, uma vez que estejam no interior
da organela.
O crescimento e a manutenção das
mitocôndrias e dos cloroplastos não exigem
apenas a importação de novas proteínas,
mas também de novos lipídios para as
membranas da organela. Acredita-se que a
maior parte dos seus fosfolipídeos de
membrana sejam importados do RE, o qual é
o principal local de síntese de lipídios na
célula.
Proteínas mitocondriais precursoras são desnaturadas durante a importação. (A) A mitocôndria
possui uma membrana interna e uma externa, que devem ser atravessadas para que uma
proteína mitocondrial precursora entre na organela. (B) Para iniciar o transporte, a
sequência-sinal mitocondrial na proteína mitocondrial precursora é reconhecida por um
receptor na membrana mitocondrial externa. Esse receptor está associado com um translocador
de proteína. O complexo de receptor, proteína precursora e translocador se difunde lateralmente
na membrana externa até encontrar um segundo translocador na membrana interna. Os dois
translocadores então transportam a proteína através das duas membranas, desnaturando a
proteína nesse processo. Por fim, a sequência-sinal é clivada por uma peptidase-sinal na matriz
mitocondrial. As proteínas são importadas para os cloroplastos por um mecanismo semelhante.
As proteínas chaperonas, que auxiliam o deslocamento das proteínas através das membranas e
as ajudam a se enovelar novamente, não estão representadas.
Proteínas entram no RER enquanto são
sintetizadas
Diferentemente das organelas discutidas
até agora, ele serve como ponto de entrada
para proteínas destinadas a outras
organelas, bem como para proteínas
destinadas ao próprio RE. As proteínas
destinadas ao aparelho de Golgi,
endossomos e lisossomos, assim como as
proteínas destinadas à superfície celular,
são transportadas inicialmente ao RE, a
partir do citosol. Uma vez no lúmen do RE, ou
embebidas na membrana do RE, as
proteínas individuais não retornarão ao
citosol durante a sua jornada. Em vez disso,
elas serão transportadas por vesículas de
transporte, de organela para organela, no
sistema de endomembranas, ou para a
membrana plasmática. Dois tipos de
proteínas são transferidos do citosol para o
RE:
1. As proteínas hidrossolúveis são
completamente translocadas pela
membrana do RE e liberadas no lúmen
do RE. As proteínas hidrossolúveis são
destinadas para secreção (pela
liberação na superfície celular) ou para o
lúmen de uma organela do sistema de
endomembranas.
2. As futuras proteínas transmembrânicas
são translocadas apenas em parte pela
membrana do RE e ficam nela
embebidas. As proteínas
transmembrânicas são destinadas a
residir na membrana de uma dessas
organelas ou na membrana plasmática.
➔ Todas essas proteínas são inicialmente
direcionadas ao RE por uma
sequência-sinal de RE, um segmento de
oito ou mais aminoácidos hidrofóbicos, o
qual também está envolvido no processo
de translocação por meio da membrana.
➔ Ao contrário das proteínas que entram
no núcleo, nas mitocôndrias, nos
cloroplastos ou nos peroxissomos, a
maior parte das proteínas que entram no
RE iniciam a sua rota por meio da
membrana do RE antes que a cadeia
polipeptídica esteja completamente
sintetizada. Isso exige que os
ribossomos que estejam sintetizando as
proteínas fiquem presos à membrana do
RE.
➔ Há, entretanto, duas populações
separadas de ribossomos no citosol. Os
ribossomos ligados à membrana estão
associados à face citosólica da
membrana do RE (e da membrana
nuclear externa) e estão produzindo
proteínas que serão translocadas ao RE.
Os ribossomos livres não estão presos a
qualquer membrana e sintetizam todas
as demais proteínas codificadas pelo
DNA nuclear.
➔ Os ribossomos ligados a membranas e
os ribossomos livres são estrutural e
funcionalmente idênticos; eles diferem
unicamente pelas proteínas que estão
sintetizando em um determinado
momento. Quando um ribossomo está
sintetizando uma proteína com uma
sequência-sinal de RE, a sequência-sinal
direciona o ribossomo à membrana do
RE. Como as proteínas com uma
sequência-sinal de RE são translocadas
à medida que estão sendo sintetizadas,
nenhuma energia adicional é necessária
para seu transporte;
Proteínas solúveis são liberadas na luz do
RE
Dois componentes proteicos ajudam a guiar
as sequências-sinal de RE para a
membrana do RE:
1. Partícula de reconhecimento de sinal
(SRP, do inglês signal-recognition
particule), presente no citosol, liga-se ao
ribossomo e à sequência-sinal de RE
quando emerge do ribossomo, e
2. Receptor de SRP integrado à membrana
do RE reconhece a SRP.
Formação da proteína
➔ A ligação de uma SRP a um ribossomo
que apresenta uma sequência-sinal de
RE desacelera a síntese proteica daquele
ribossomo até que a SRP se ligue ao
receptor de SRP no RE.
➔ A SRP (ou PRS) liga se a seu receptor
apenas quando uma molécula de GTP
liga se a ambos. Quando a PRS interage
com o receptor, desliga- se do complexo
ribossomo cadeia polipeptídica, e a
subunidade maior do ribossomo liga -se
a um complexo proteico intrínseco à
membrana do RER, prosseguindo a
tradução. A hidrólise do GTP (formando
GDP) faz com que a PRS dissocie se do
seu receptor.
➔ A SRP é liberada, o receptor passa o
ribossomo a um translocador de proteína
na membrana do RE e a síntese proteica
recomeça. O polipeptídeo é então
conduzido através da membrana do RE
por um canal no translocador.
➔ Dessa forma, a SRP e o receptor de SRP
funcionam como acopladores
moleculares, unindo ribossomos que
estão sintetizando proteínas com uma
sequência-sinal de RE e canais de
translocação disponíveis na membrana
do RE.
➔ Além de direcionar as proteínas para o
RE, a sequência-sinal – que para as
proteínas solúveis está quase sempre no
N-terminal, a primeira extremidade a ser
sintetizada – funciona para abrir o canal
no translocador de proteína. Essa
sequência permanece ligada ao canal,
ao passo que o restante da cadeia
polipeptídica é introduzido pela
membrana como uma grande alça. Ela é
removida por uma peptidase-sinal
transmembrânica, que possui um sítio
ativo voltado para a face luminal da
membrana do RE. A sequência-sinal
clivada é então liberada do canal de
translocação para dentro da bicamada
lipídica e rapidamente degradada. Uma
vez que o C-terminal de uma proteína
solúvel passou pelo canal de
translocação, a proteína será liberada no
interior do lúmen do RE.
Sinais de início e de parada determinam o
arranjo de uma proteína transmembrana na
bicamada lipídica
Nem todas as proteínas produzidas pelos
ribossomos ligados ao RE são liberadas no
lúmen do RE. Algumas permanecem
integradas à membrana do RE, como
proteínas transmembrânicas.O processo de
translocação para tais proteínas é mais
complicado do que para proteínas solúveis,
uma vez que algumas partes da cadeia
polipeptídica devem ser translocadas
completamente através da bicamada
lipídica, enquanto outras permanecem
ligadas à membrana. No caso mais simples,
em uma proteína transmembrânica com
apenas um segmento transmembrânico, a
sequência-sinal N-terminal inicia a
translocação – como o faz para uma
proteína solúvel. No entanto, o processo de
translocação é interrompido por uma
sequência adicional de aminoácidos
hidrofóbicos, uma sequência de parada de
transferência, mais adiante na cadeia
polipeptídica. Neste ponto, o canal de
translocação libera a cadeia polipeptídica
crescente no interior da bicamada lipídica.
A sequência-sinal N-terminal é clivada,
enquanto a sequência de parada da
transferência permanece na bicamada,
onde forma um segmento α-helicoidal
transmembrânico que ancora a proteína na
membrana. Em consequência, a proteína se
torna uma proteína transmembrânica de
passagem única inserida na membrana
com uma orientação definida – o N-terminal
no lado luminal da bicamada lipídica e o
C-terminal no lado citosólico.
Proteínas com múltiplas passagens usam
sequências de início de transferência
interna para integrar-se na membrana do
RE
Em algumas proteínas transmembrânicas,
uma sequência-sinal interna, em vez de
uma N-terminal, é utilizada para iniciar a
transferência da proteína; essa
sequência-sinal interna, chamada de
sequência de início da transferência, nunca
é removida do polipeptídeo. Esse arranjo
ocorre em algumas proteínas
transmembrânicas nas quais a cadeia
polipeptídica atravessa a bicamada
lipídica. Nesses casos, acredita-se que as
sequências-sinal hidrofóbicas trabalham
aos pares: uma sequência interna de início
da transferência serve para iniciar a
translocação, que continua até que uma
sequência de parada da transferência seja
alcançada; as duas sequências
hidrofóbicas são então liberadas na
bicamada, onde permanecem como
α-hélices transmembrânicas. Em proteínas
complexas de passagem múltipla, nas quais
várias α-hélices hidrofóbicas se distribuem
na bicamada, outros pares de sequências
de início e de parada da transferência
entram em ação: uma sequência reinicia a
translocação mais adiante na cadeia
polipeptídica e outra termina a translocação
e determina a liberação do polipeptídeo, e
assim por diante para inícios e paradas
subsequentes. Portanto, proteínas de
passagem múltipla pela membrana são
embebidas na bicamada lipídica à medida
que são sintetizadas por um mecanismo
semelhante ao funcionamento de uma
máquina de costura
Uma proteína transmembrânica de passagem dupla possui uma sequência-sinal de RE interna. Esta sequência
interna (vermelho) não age apenas como um sinal de início da transferência; ela também ajuda a ancorar a
proteína madura na membrana. Assim como a sequência-sinal de RE N-terminal, a sequência-sinal interna é
reconhecida por uma SRP, que traz o ribossomo para a membrana do RE (não mostrado). Quando uma
sequência de parada da transferência (laranja) entra no canal de translocação, este libera ambas as
sequências na bicamada lipídica. Nem a sequência de início, nem a de parada da transferência são clivadas, e
a cadeia polipeptídica inteira permanece ancorada à membrana como uma proteína transmembrânica de
passagem dupla. As proteínas que transpassam mais vezes a membrana contêm outros pares de sequências
de início e de parada, e o mesmo processo é repetido para cada par.
Glicosilação inicial de proteínas
Muitas das proteínas que entram no lúmen
do RE ou na membrana do RE são
convertidas em glicoproteínas no RE pela
adição covalente de cadeias laterais de
oligossacarídeos curtos ramificados
compostos de múltiplos açúcares. Esse
processo de glicosilação é catalisado por
enzimas de glicosilação encontradas no RE
e ausentes no citosol. . Os oligossacarídeos
nas proteínas podem servir para várias
funções. Eles podem proteger uma proteína
da degradação, retê-la no RE até que seja
apropriadamente processada (enovelada)
ou auxiliar seu transporte para a organela
apropriada, servindo como um sinal de
transporte para o empacotamento da
proteína em vesículas transportadoras
adequadas.
- No RE, os açúcares não são
individualmente adicionados, um a um, à
proteína para criar a cadeia lateral
oligossacarídica. Ao contrário, um
oligossacarídeo ramificado pré-formado,
contendo um total de 14 açúcares, é
anexado em bloco a todas as proteínas
que possuem um sítio apropriado de
glicosilação. O oligossacarídeo é
originalmente ligado a um lipídio
especializado, chamado dolicol, na
membrana do RE; então é transferido
para o grupo amino (NH2) de uma cadeia
lateral de asparagina da proteína, logo
após a imersão de uma asparagina-alvo
no lúmen do RE durante a translocação
proteica.
Muitas proteínas são glicosiladas nas asparaginas no RE. Quando uma asparagina apropriada
entra no lúmen do RE, ela é glicosilada pela adição de uma cadeia lateral ramificada de
oligossacarídeos. Cada cadeia oligossacarídica é transferida como uma unidade intacta para a
asparagina a partir de um lipídio denominado dolicol, em uma reação catalisada pela enzima
oligossacaril-transferase. As asparaginas que são glicosiladas estão sempre presentes em uma
sequência tri-peptídica asparagina-X-serina ou asparagina-X-treonina, onde X pode ser
praticamente qualquer aminoácido.
Exportação e degradação de proteínas do
RE mal enoveladas
A cavidade do RER tem chaperonas hsp70
semelhantes que impedem o dobramento
prematuro ou incorreto das proteínas que
penetraram na organela. Além disso,
reconhecem segmentos incorretamente
dobrados, e ajudam na correção dessa
conformação. Se as chaperonas
fracassarem, as proteínas mal dobradas
saírão do RER para o citosol depois de
atravessar o mesmo translócon que
utilizaram para penetrar no RER. Esse
fenômeno é denominado retrotranslocação.
No citosol, as proteínas se combinam com
ubiquitinas e são degradadas por
proteossomas