Aula 6 1 - Texto de suporte - síntese proteica

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3. Biossíntese de ácidos nucleicos e de proteínas. 
 
 O ácido desoxiribonucleico (DNA), localizado no interior das células, pode ser 
considerado como o guardião da informação genética. Sua sequência de nucleotídeos 
permite à célula realizar todas as suas funções e, muitas vezes, se reproduzir. Isto é 
possível devido à propriedade de utilizar a informação dos genes para síntese proteica e 
à capacidade de realizar mitose. 
Genericamente, o ciclo celular pode ser dividido em duas etapas: interfase e 
mitose. A interfase, por sua vez, é composta por 3 fases: G1, S e G2. É na fase S que 
acontece o fenômeno da replicação ou duplicação do DNA, que antecede a mitose. Ou 
seja, a célula investe energia para copiar integralmente o genoma, produzindo DNA a 
partir do DNA, de maneira que após a citocinese, no final da mitose, ambas as células-
filhas apresentem exatamente as mesmas sequências gênicas. 
A síntese proteica, por sua vez, permite à célula ordenar a produção de uma 
proteína a partir da informação de determinado gene, copiando-a em uma linguagem de 
RNA (ácido ribonucleico), ainda no interior do núcleo, fenômeno denominado 
transcrição, para traduzi-lo no citoplasma em uma linguagem de aminoácidos, compondo 
as proteínas de interesse. 
A síntese dos ácidos nucleicos, DNA e RNA, e consequentemente das proteínas, 
representa, assim, ações fundamentais à existência e atividade das células, sendo 
constituídas por diversas e complexas etapas sequenciais, as quais estão submetidas a 
diferentes níveis de regulação da expressão gênica. 
Como mencionado, a replicação do DNA se dá durante a fase S que antecede a 
mitose, com duração média de 8h em células eucarióticas. Para tanto, operam um extenso 
conjunto de proteínas. Devido à estrutura da dupla hélice do DNA, para iniciar o processo 
de replicação se faz necessária a ação da enzima DNA-helicase, que atua rompendo as 
ligações entre as bases nucleotídicas de cada fita, fazendo com que elas se separem e 
formem uma estrutura temporária denominada forquilha de replicação. Com isso, a 
enzima DNA-polimerase, que efetivamente produz a nova fita de DNA, inicia sua 
atividade. 
Cada fita, após separadas, servirão como fita-molde para a produção das fitas 
novas, caracterizando a replicação como um evento semiconservativo. Devido à atuação 
da DNA-polimerase ser sempre no sentido 5’ para 3’ e as fitas serem antiparalelas, em 
uma fita molde o processo acontecerá de modo contínuo, enquanto na outra fita a DNA-
polimerase lerá pequenos trechos por vez, produzindo sequências mais curtas 
denominadas fragmentos de Okasaki. Para isto, a enzima DNA-primase adiciona 
iniciadores de RNA para guiar o movimento da DNA-polimerase. Esta começa em um 
iniciador, lendo a fita-molde até encontrar o iniciador do fragmento anterior. Este, por sua 
vez, sofrerá a ação de mecanismos reparadores para remover o iniciador de RNA e a 
revisão da sequência polimerizada pela própria DNA-polimerase em correção 
exonucleotídica. A composição dos iniciadores em ribonucleotídeos facilita sua 
identificação e remoção, visto que são diferentes dos desoxirribonucleotídeos que 
compõem o DNA. Do mesmo modo, a ação corretiva pela própria DNA-polimerase torna 
a taxa de erros baixíssima na replicação, cerca de 1 para 107 nucleotídeos. Após estas 
etapas de correção, a enzima DNA-ligase conecta os fragmentos recém-polimerizados à 
fita nova de DNA. 
Para que este processo ocorra devidamente, é importante que a fita de DNA não 
se emaranhe, mantendo-se linearizada, o que é possível a partir da ação das enzimas 
DNA-topoisomerase I e II. 
Como mencionado, a abertura da fita de DNA se dá pela ação da DNA-helicase 
rompendo as ligações nucleotídicas. Isto se inicia a partir de pontos de origem 
denominados origem de replicação, que são ricos em ligações adenina-timina, que são 
ligações duplas, mais fáceis de romper. As ligações citosina-guanina são triplas, 
requerendo mais energia para rompe-las. Aberta a fita, a DNA-polimerase adiciona 
desoxirribonucleotídeos à fita nova, a partir da fita-molde, seguindo sempre este mesmo 
padrão: ligação entre adeninas e timinas, assim como entre citosinas e guaninas. Seja na 
fita contínua, seja na fita retardada, ao final da polimerização todo o conteúdo de DNA 
presente no núcleo terá sido copiado, produzindo, então, duas duplas fitas de DNA 
idênticas, a ser separadas na mitose. 
Por fim, pela ação da enzima DNA-telomerase são adicionadas sequências 
terminais aos cromossomos denominados telômeros. Estes são fundamentais para limitar 
o número de ciclos de mitose que cada célula pode realizar entre 30 a 50 ciclos, 
denominado Limite de Hayflick. 
A síntese de proteínas, por sua vez, pode ser explicada pelo dogma central da 
biologia molecular, que enuncia os eventos da transmissão da informação do DNA ao 
RNA e deste à proteína. Visto que a síntese proteica oferece menos risco que a 
transferência de informação genética de uma célula a outra, sua taxa de erros é superior à 
da replicação, da ordem de 1 para cada 104 nucleotídeos. 
Para que a transcrição do DNA em RNA ocorra, de modo similar à replicação, é 
necessária a polimerização de uma nova fita, o que é feito pela enzima RNA-polimerase. 
As linguagens de DNA e RNA são similares. Mas, a despeito das diferenças da pentose 
e de ribonucleotídeos substituindo os desoxirribonucleotídeos, já mencionadas, em lugar 
de timina verifica-se o nucleotídeo uracila pareando com a adenina. 
Em células eucarióticas há 3 tipos gerais de RNA: RNA mensageiro (mRNA), 
RNA ribossomal (rRNA) e RNA transportador (tRNA). Outros RNAs também podem ser 
sintetizados como os microRNAs ou os RNAs de interferência, mas aqui nos interessa os 
três primeiros. Nestas células se verificam três tipos de RNA polimerase. Aqui 
abordaremos tão somente a RNA polimerase II, que sintetiza mRNA. Em procariotos 
verifica-se a presença de apenas 1 fator de transcrição, o fator sigma. Em eucariotos, 
porém, um conjunto de proteínas e enzimas denominados fatores gerais da transcrição 
atuam em conjunto. Em ambos os tipos celulares, a transcrição segue as mesmas etapas: 
iniciação, elongação e terminação, também sempre no sentido 5’ – 3’. 
Inicialmente, o primeiro fator de transcrição a atuar é a subunidade TFIID, na qual 
está presente um sítio denominado TBP (região ligadora do TATA-box, em Português). 
O TATA-box, por sua vez, constitui longas sequências de adenina e timina que estão 
presentes na região promotora que antecede o gene. A ligação do TFIID recruta outras 
subunidades e a própria RNA-polimerase, montando o complexo iniciador da transcrição. 
Entretanto, uma subunidade apresenta papel de destaque, a TFIIH. Esta desempenha 
função de helicase, abrindo a dupla fita de DNA, mas também fosforilando a RNA-
polimerase, ativando-a. Com isso, se inicia a etapa de elongação, desmontando o 
complexo iniciado da transcrição. 
À medida que a RNA-polimerase adiciona ribonucleotídeos em espelho à fita-
molde, monta-se um híbrido temporário DNA/RNA. Ao encontrar um sítio de terminação 
a RNA-polimerase se desconecta da fita de DNA, liberando a fita de RNA. Entretanto, 
esta ainda não está pronta para a tradução, sendo denominada mRNA primário. Para se 
tornar um mRNA maduro são necessários três processamentos: capeamento, 
poliadenilação e splicing. 
O capeamento diz respeito a adição de um quepe na extremidade 5’, uma molécula 
de 7-metilguanosina. Isto confere estabilidade ao RNA primário, impede que 
endonucleases degradem o fragmento a partir desta extremidade e orienta o ribossomo no 
momento da tradução. A poliadenilação, por sua vez, é a adição de uma cadeia de 
adeninas (> 250) à extremidade 3’, o que também confere proteção, evita a degradação 
do fragmento, mas ainda facilita o transporte do mRNA maduro pelo poro nuclear. Já o 
splicing diz respeito a retirada de íntrons, que são fragmentos não codificantes do gene, 
presentesno mRNA primário. Apenas os éxons, as porções codificantes do gene, 
possuem informação útil à expressão da proteína que o gene transcrito ordena. Com a 
retirada dos íntrons um ou mais éxons podem ser eventualmente perdidos, produzindo 
variação do mRNA maduro e, consequentemente, levando à síntese de proteínas distintas 
a partir de um mesmo mRNA primário, processo denominado splicing alternativo. 
Após o processamento, o fragmento de mRNA deixa o núcleo e vai aos 
ribossomos do citoplasma ou do RE rugoso. Estas estruturas, por sua vez, leem o 
fragmento de mRNA. A cada três nucleotídeos é representado um códon. Cada códon 
está associado a um aminoácido. Considerando as quatro bases nucleotídicas do DNA 
(ACGT), temos, por combinação, 4³ = 64 códons possíveis. Destes, três são códons de 
parada e encerram a síntese proteica, ao invés de representarem um aminoácido. Os 
demais 61 códons representam os 20 diferentes aminoácidos, conferindo ao código 
genético a propriedade de um mesmo aminoácido poder ser representado por um a seis 
diferentes códons, donde se diz que este é degenerado. Também, se diz que é quase 
universal, visto que o conjunto de códons que representa cada aminoácido praticamente 
não varia entre os seres vivos, exceto em algumas bactérias e nas mitocôndrias e 
cloroplastos. Deste modo, após a ativação dos aminoácidos, o tRNA os carreia até os 
ribossomos, ligando-os à cadeia de aminoácidos em formação. O primeiro códon é 
sempre AUG, que representa a metionina. Após a síntese de toda a cadeia polipeptídica, 
quando há ligação de um fator de parada (representado pelos códons de parada), o 
ribossomo se desmonta e libera a proteína. Esta pode, ainda, sofrer mecanismos pós-
traducionais como o enovelamento, via proteínas chaperonas, conferindo às proteínas 
propriedades biológicas específicas. 
Deste modo, o entendimento da síntese de DNA e RNA, e consequentemente de 
proteínas, é essencial para a compreensão da transmissão da informação genética de uma 
célula a outra e como esta determina todas as funções e propriedades celulares.