Síntese proteica e Endereçamento de proteínas

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Síntese proteica e Endereçamento de proteínas
Código Genético
 Na tradução, a sequência de bases do RNAm é traduzida na sequência de aminoácidos da cadeia polipeptídica. A leitura é feita em trincas de nucleotídeos, chamadas de códon, e cada um codifica um aminoácido específico.
 No total, são 64 combinações possíveis de trincas com as bases nitrogenadas. Porém, somente 20 aminoácidos são codificados, o que significa que o código genético é degenerado, ou seja, existe mais de um códon para codificar o mesmo aminoácido. Outra vantagem é que aminoácidos estruturalmente semelhantes tem códons têm códons semelhantes, o que diminui a possibilidade de mutação. 
 Um primeiro códon específico na sequência estabelece o quadro de leitura, no qual, a cada três resíduos de nucleotídeos, inicia-se um novo códon. A sequência de aminoácidos é definida por uma sequência linear de tripletes contínuos. Existem 3 quadros de leitura possíveis para a leitura do RNAm, e caso a leitura comece de errado, a proteína será traduzida erroneamente pelo complexo ribossomal.
 Outra peça importante na tradução é o RNA transportador (RNAt). Os RNAts pareiam com códons do RNAm em uma sequência de três bases no RNAt denominada anticódon. O pareamento do códon com o anticódon é específico. São moléculas transcritas no genoma e possuem funcionalidade. Além disso, o RNAt possui uma estrutura específica que permite identificar corretamente o aminoácido correto a ser incorporado na cadeia polipeptídica e a parte no qual existe a complementaridade com o códon do RNAm. 
Tradução
 A tradução é composta de quatro etapas: Ativação dos aminoácidos, iniciação da cadeia, elongação e término.
- Ativação dos AAs : as RNAt-sintetases esterificam os 20 aminoácidos aos seus respectivos RNAts. Cada enzima é específica e um ou mais RNAts correspondentes. Para analisar cuidadosamente, existem 64 possibilidades de códons, porém, seria muito dispendioso energicamente haver toda essa quantidade de RNAts e RNAt-sintetases para cada códon. Para economia da expressão gênica, ocorre o denominado pareamento oscilante entre as bases nitrogenadas do códon do RNAm e anticódon do RNAt. Como o código genético é degenerado, é possível que mais de um códon traduza o mesmo aminoácido. Normalmente, a sequência de bases nitrogenadas para o mesmo aminoácido na trinca nucleotídica, havendo alteração apenas na terceira base do códon. Portanto, o pareamento específico entre a terceira base do anticódon e a primeira do códon não é totalmente estável, o que permite uma rápida dissociação entre o RNAt e seu códon durante a síntese proteica. 
 A interação entre a RNAt-sintetase e o RNAt representa um “segundo código genético”. A RNAt-sintetase deve ser específica não apenas para um aminoácido, mas também para um determinado RNAt. Essas interações são cruciais para a leitura precisa do código genético. 
 A ligação entre o aminoácido e o RNAt é uma ligação de alta energia. A estratégia da reação é a formação de um intermediário ativado usando ATP.
- Iniciação da cadeia 
Em procariotos, os códons de iniciação são precedidos por sequências especiais, chamada de sequências de Shine-Delgarno, que fazem par com a ponta 3´de um RNAt. Esse pareamento posiciona corretamente o códon iniciador do sítio P (peptidil) onde o RNAt irá se ligar. Todos os polipetídeos sintetizados no citosol começam com um resíduo de N-formil-metionina. 
 Primeiramente, fatores de iniciação se ligam à subunidade menor do ribossomo, a qual se liga ao RNAm, de modo que o códon de iniciação (AUG) fique no sítio P. Em seguida, um RNAt com o anticódon e o aminoácido correspondente se liga ao códon de iniciação, e por último, a subunidade maior do ribossomo se liga ao conjunto com os fatores de iniciação expulsos. 
 Em eucariotos, todos os polipetídeos começam com metionina. O capeamento na extremidade 5´e a cauda poliadenilada na extremidade 3´são utilizadas como reconhecimento e importantes na síntese proteica. Fatores de iniciação se ligam ao cap, a subunidade menor do ribossomo e ao RNAt para formar o complexo de iniciação. Proteínas de ligação poli (A) se ligam à cauda poli (A). Essa proteína, então, interage com um fator de iniciação, o qual também interage com o fator de iniciação ligado ao cap. Desse modo, o aparato garante as duas extremidades no RNAm estão intactas antes da tradução. Após isso, o processo é o mesmo de procariotos. 
- Alongamento da cadeia: um outro RNAt, com o anticódon e o aminoácido correspondente, se liga ao sítio A (sítio de entrada) do ribossomo. Os dois aminoácidos dos RNAts ligados formam uma ligação peptídica e, então, o aminoácido ligado ao RNAt localizado no sítio P (sítio peptidil) se desprende do seu RNAt. Com isso, o ribossomo se desloca de modo que o RNAt, agora sem o aminoácido, fique no sítio E (sítio de saída) e o RNAt do sítio A muda de posição para o sítio P, permitindo que um novo RNAt (com um novo aminoácido) preencha o espaço do sítio A. O processo evolui até que um códon de terminação seja encontrado na sequência nucleotídica do RNAm.
- Terminação: a tradução termina quando se encontra um códon de parada (UAG, UAA ou UGA), em que não se codifica nenhum aminoácido. Um fator de liberação (proteína com estrutura semelhante ao RNAt) se liga ao sítio A do ribossomo, onde está o códon de parada, liberando a proteína do complexo, que se dissocia.
Eventos co e pós-traducionais
- Enovelamento natural e assistido: enquanto ocorre a síntese proteica, algumas proteínas vão adquirindo suas estruturas secundárias e terciárias enquanto são liberadas do ribossomo. Podem existir três formas de enovelamento natural: a formação de estruturas secundárias estáveis que orientam o enovelamento, a nucleação (formação de qualquer núcleo estável que oriente a formação da estrutura tridimensional da proteína) e o colapso hidrofóbico (característico de proteínas com grande quantidade de aminoácidos hidrofóbicos presente na sua estrutura). O enovelamento é dirigido por rotas cinéticas e intermediários bem definidos, escapando de conformações irrelevantes e que não representam nenhuma estabilidade para a estrutura tridimensional da proteína.
 O enovelamento pode ocorrer de forma errônea, ou seja, a estrutura formada pode ser a mais correta pela ordem dos aminoácidos, porém não é a estrutura funcional da proteína. Para corrigir esse processo, as proteínas chaperonas são caixas de enovelamento assistido que fornecem vários microambientes químicos, e esses microambientes fazem que a estrutura correta da proteína seja formada. Após o enovelamento correto ser completo, a proteína é liberada da caixa de enovelamento. 
- Fosforilação: as enzimas kinases se ligam os grupos fosfato aos grupos hidroxila dos aminoácidos serina, treonina e tirosina, enquanto as fosfatases removem esses grupos. É um processo bastante global e reversível, promovendo uma mudança de característica na proteína como mudança de carga líquida e volume. Acontece majoritariamente no citosol.
- Ubiquitinação: as proteínas que são rapidamente degradadas incluem aquelas que são defeituosas em virtude da inserção de aminoácidos errados ou em virtude de danos acumulados durante seu funcionamento normal. Em células eucarióticas, a via dependente de ATP é envolvida pela proteína ubiquitina. Essa proteína é ligada covalentemente à destruição por meio de uma vida dependente de ATP, que envolve três enzimas separadas (E1, E2, E3). Essas três enzimas exercem diferentes funções no sistema de polimerização da ubiquitina na proteína que está sendo enviada para degradação. Portanto, cada uma delas possui uma diferente relação de especificidade com o substrato. 
 Após o processo de ubiquitinação, as proteínas são degradas em um grande complexo conhecido com proteassomo. Esse complexo não identifica proteínas mal enoveladas, mas sim a ubiquitina (funciona como peptídeo sinal para reconhecimento da proteína e encaminhamento para degradação). Quando a quantidade proteínas mal enoveladas cresce no ambiente celular, a expressãogênica aumenta para produção do proteassomo. 
- Endereçamento de proteínas (peptídeo sinal)
 Em eucariontes, toda proteína é sintetizada no citoplasma. As proteínas destinadas à secreção, à integração na membrana plasmática ou à inclusão nos lisossomos geralmente compartilham das primeiras etapas de uma via que se inicia no retículo endoplasmático. O elemento mais importante em muitas dessas vias é uma sequência curta de aminoácidos que se localiza na ponta do aminoterminal da proteína, denominada sequência sinalizadora ou peptídeo sinal. 
 A sequência sinalizadora direciona a proteína para seu local apropriado na célula, e, em muitas proteínas, ela é removida durante o transporte ou depois que a proteína tenha alcançado seu destino final. 
 Proteínas de membrana são direcionadas para canais na membrana do retículo endoplasmático, onde s sequência sinal é clivada por uma peptase. Do retículo endoplasmático, a proteína é direcionada para seu destino final. As proteínas de via secretória possuem uma sequência que direciona os ribossomos que as estão sintetizando para a membrana do retículo. 
 As proteínas residentes no retículo endoplasmático possuem uma região na região C-terminal uma sequência sinal extra denominada “KDEL”. Essa sequência funciona como um peptídeo sinal específico dessas proteínas, fazendo com que elas retornem sempre ao retículo endoplasmático após irem ao complexo de Golgi para serem secretadas. 
 As proteínas passam pela membrana do retículo endoplasmático e de lá vão para o complexo de Golgi, onde são direcionadas para lugares específicos na célula. Elas podem tanto voltar ao retículo (proteínas com peptídeo sinal KDEL), como ir para lisossomos, vesículas de secreção para serem incorporadas à membrana plasmática, ficar retidas no próprio complexo de Golgi, dentre outras possibilidades. 
 Além disso, no retículo endoplasmático existem árvores de glicosilação disponíveis para as proteínas. A glicosilação pode ser uma maneira de fazer o endereçamento de proteínas, assim como funcionar como complemento estrutural, como o glicocálix na estrutura da membrana plasmática. 
 Em procariotos, as proteínas da membrana e espaço intermembranar são sintetizados em ribossomos aderidos à membrana celular. As que não possuem nenhum sinal, permanecem no citoplasma. 
 As proteínas destinadas ao núcleo incluem RNA e a DNA polimerases e os fatores de transcrição. As sequências de aminoácidos inseridas nos interiores das proteínas ligadas ao núcleo são necessárias para o transporte do citoplasma para o núcleo. Essas sequências de localização nuclear (NLS) são reconhecidas por proteínas receptoras citoplasmáticas que transportam proteínas recém-sintetizadas pelos poros nucleares, situados na membrana pelos quais grandes moléculas são capazes de se mover para dentro e fora do núcleo. Uma proteína, não normalmente encontrada no núcleo, será direcionada para o núcleo se uma NLS estiver ligada a ela. 
- Ativação proteolítica de proteínas: algumas proteínas são sintetizadas em sua forma inativa propositalmente, o que significa que são produzidas com uma cadeia muito maior do que a final. Essa cadeia vai sendo maturada ao longo do tempo, o que reflete que apenas uma parte da proteína será cataliticamente ativa em sua função. Isso serve para proteção em nível de exportação e permite produzir em alta quantidade. É um processo bastante comum em hormônios, como, por exemplo, a insulina.