Aula 21.1 - Síntese de proteínas (traduç¦o)

Prévia do material em texto

Síntese de proteínas
A informação genética é carregada em uma molécula chamada de DNA, durante a replicação dele todas as informações são conservadas. Assim como, quando células se duplicam. 
Essas informações devem ser transformadas em produto para que sejam úteis ao indivíduo, esse processo é complexo porque precisa de muitas macromoléculas e ocorre um grande gasto de energia, apesar de ser muito rápido (em E.coli, para realizar a síntese de um polipeptídio de 100 aa, gasta-se, somente, 5 segundos). Esse processo inicia-se com a transcrição do DNA em RNA e posterior tradução desta molécula. Entre organismos ocorrem semelhanças e grandes diferenças no mecanismo pelo qual se dá este processo.
Inicialmente, não se sabia aonde ocorria a síntese de proteínas, para o estudo, pesquisadores utilizaram aminoácidos radioativos. Quando colocados na célula, esses aminoácidos, primeiramente se localizavam nos ribossomos, local aonde ocorre a síntese de proteínas, e, posteriormente, foram “espalhados” por toda a célula. Esse dispersão de aminoácidos ocorreu porque as proteínas sintetizadas a partir deles foram endereçadas a seus locais específicos na célula.
Durante a pesquisa, também foram identificadas estruturas chamadas de tRNA e, neles, os aminoacil de RNA. Estes aminoácidos são ativos e pertencentes a uma estrutura do tRNA chamada de anticódon. O anticódon, assim como o códon, é uma seqüência de três nucleotídeos. E qual a relação entre os dois? Simplificando é a que quando os códons do mRNA são pareados pelo anticódon correspondente do tRNA haverá a liberação de um aminoácido, carregado pelo tRNA, específico para essa seqüência de três letras do anticódon. A descoberta de todos os aminoácidos específicos para a combinação das bases A, C, T, G, 3 a 3 é que é chamado de código genético.
Cada mRNA pode ser lido de 3 formas diferentes, por exemplo, temos a seguinte seqüência: A U A C G A G U C, o primeiro códon pode começar a ser lido pelo primeiro nucleotídeo, pelo segundo ou pelo terceiro, gerando, dessa forma, três frentes de leitura (janelas de leitura). Assim, esse mRNA é lido AUACG... ou UACG... ou ACG..., gerando sempre 3 possibilidades! E qual a que realmente vai ser lida? Será a que é correspondente ao aminoácido metionina (em procariotos) ou formilmetionina (em eucariotos). (*códon de início)
Durante a montagem da tabela correspondente ao código genético, descobriu-se que este é degenerado o que quer dizer que mais de uma seqüência de bases podem dar origem ao mesmo aa (somente a metionina e o triptofano são codificados por um códon). Isso fez com que surgi-se uma teoria chamada de Wobble (se tiver errado esse nome, a culpa é do Google - não achei em outro lugar) ou ondulatória:
Os dois primeiros nucleotídeos para um mesmo aa são os mesmos. Assim, geralmente, se as duas primeiras letras de um códon são iguais a que está na tabela, não importa a terceira, pois será aquele aa. 
Isso permite que não haja a necessidade de haver 1 tRNA para cada combinação de 3 letras para cada aa, pois quando a ponta 5’ do anticódon se pareia com a ponta 3’ do códon é permitido que haja o pareamento do 3º nucleotídeo com algum que não seja o seu correspondente (assim, por exemplo, um C do mRNA não necessariamente se pareará com um G, pode-se parear com um I que é um nucleotídeo modificado do tRNA que pode se parear com um C, um U ou um A, ou ainda outras combinações). (lembrando que o ultimo nucleotídeo do códon é o primeiro do anticódon)
Além disso, pelos dois primeiros nucleotídeos corresponderem para um mesmo aminoácido, uma mutação na terceira base pode não acarretar nenhuma mudança na proteína final. Ao contrário de uma mutação no segundo nucleotídeo que sempre irá acarretar uma mudança no aa sintetizado.
Além do tRNA e do mRNA, outras moléculas de RNA também participam da síntese de proteínas, são os rRNA que compõem os ribossomos junto com outras proteínas. Os rRNAs são diferentes para eucariotos e procariotos. 
Os ribossomos de eucariotos e procariotos podem estar formando uma única estrutura ou separados em duas subunidades, assim como os rRNAs , as subunidades ribossomais também são diferentes para procariotos e eucariotos. Em procariotos são chamados de 50s e 30s e em eucariotos de 60s e 40s. Essas subunidades têm coeficientes de sedimentação diferentes, por isso há uma diferença na soma de subunidades separadas e juntas. O conhecimento disso é importante porque a união das subunidades é importante para que a síntese de proteínas ocorra perfeitamente. 
O ribossomo ainda pode ser separado em sítio A, sítio P e uma região chamada de Peptidil transferase. 
Quando o tRNA é feito, ele, logo depois, deve ser processado para que haja modificações de alguns nucleotídeos e ele tem que se ligar a um aminoácido para que se tenha os aminoacil de RNA, que é o tRNA ligado ao aminoácido. Para que isso ocorra deve se ter a ativação de aminoácido. 
O tRNA é divido em quatro braços, um braço é o do anticódon, um braço A – liga-se ao aminoácido, um braço D e um braço T e, ás vezes, um braço extra. Ele tem o formato de trevo devido ao pareamento de suas bases internas da fita simples do tRNA. E a ponta 3’ do tRNA sempre termina em ACC, pois é aí que vai se ligar o aa.
A importância dos braços é porque fica mais fácil para a enzima que vai colocar o aminoácido no tRNA reconhecer qual aminoácido deve colocar. As enzimas responsáveis por essa ação são chamadas de aminoacil tRNA sintetases, essas enzimas podem ser divididas em duas classes de acordo com o seu mecanismo de ação.
Primeiro, deve-se ter uma molécula de aa e um ATP que irá formar um amino acil AMP, que é um aminoácido ligado a um fosfato e uma adenina. Ela é o substrato para as sintetases.
Daí se você tiver uma sintetase da classe 1 é a hidroxila do carbono 2 que vai participar do ataque do aminoacil AMP, o aminoácido vai se ligar a este carbono e, depois, vai ser transferido para o carbono 3 por uma reação de transesterificação. No final, tem-se uma molécula de aminoacil tRNA.
Se você tiver uma sintetase de classe 2, a hidroxila que participa da reação é do carbono 3, não sendo necessária a transesterificação.
 Os aminoácidos que serão ligados pela classe 1 ou 2 são diferentes.
Só depois dessa ativação é que realmente ocorre a síntese de proteínas. A síntese de proteínas também pode ser divida em 3 partes, assim como a replicação e a transcrição. Tem-se a iniciação, a elongação e a terminação.
- “Agora, vamos falar da síntese de proteínas em procariotos.”
Todas as partes da síntese protéica ocorrem no ribossomo, mas elas utilizam fatores diferentes: a iniciação e elongação, GTP + Mg e a terminação, ATP. Além disso, na iniciação, ainda têm-se o mRNA, o tRNA que irá carregar a metionina, as subunidades do ribossomo, os fatores de iniciação IF1, IF2 e IF3. Na elongação, além do GTP e MG, vai ter os ribossomos completos, os aminoacil tRNA que foram formados durante a ativação de aminoácidos, vai ter os fatores de elongação EFG, EFTU, EFTS. Já, na terminação, vão haver os fatores de terminação: RS1, RS2, RS3. Nessas três fases há a participação do mRNA e dos rRNA. 
A metionina, como já comentado, é o aminoácido correspondente ao códon de início (AUG), mas como o ribossomo sabe que é aquela metionina a do início da proteína? O mRNA é composto de três partes, o códon de iniciação, o de término e uma parte que não é traduzida. Essa parte tem um seqüência de nucleotídeos que é chamado de sítio de ligação ao ribossomo ou seqüência Shine-Dalgarno, porque é através dessa seqüência de nucleotídeos que o mRNA irá se posicionar no ribossomo. O sítio de ligação de ribossomo se liga ao rRNA, no caso de procariotos o 16s, em sua ponta 3’, através de pareamento de bases. Geralmente essa seqüência de bases do sítio de ligação é AGGAGG. Grandes modificações na seqüência da ponta 3’ do rRNA iriam prejudicar a tradução, porque não haveria pareamento do rRNA e mRNA. Assim, ESSE SITIO DE LIGAÇÃO ESTÁ ANTES DA PRIMEIRA METIONINA!Iniciação
No início, se tem o ribossomo inteiro. Com o ribossomo inteiro, há a entrada da IF1 e IF3. Quando esses fatores se ligam a subunidade 30s, ocorre a liberação da subunidade maior que é a 50s e, enquanto esses fatores estiverem ligados, as subunidades não se unem mais. Aí, o mRNA interage com a subunidade 30s e o sítio de ligação pareia com o rRNA 16s. Depois do pareamento, o primeiro códon estará ligado no sítio P do ribossomo, esse nome vem de sítio peptitivo. Nesse momento vem a IF2, ligada ao GTP e carregando o tRNA iniciador. O tRNA se liga ao sítio P e libera a metionina/formilmetionina, assim formando o primeiro aminoácido. Após a formação do primeiro aa, o IF2 hidrolisa o GTP e o IF1 e IF3 se desligam do sistema, fazendo com que a subunidade 50s se ligue novamente a subunidade 30s. 
Elongação
A proteína EFTU ligada ao GTP pega o aminoacil tRNA correspondente ao próximo códon e coloca no sítio A, que tem esse nome porque vem de sítio aminoacil. Nesse momento, ocorre a formação de uma ligação peptídica entre o primeiro aminoácido e o segundo, essa ligação é catalisada pela peptidil transferase cuja atividade pertence a uma molécula de rRNA, sendo, portanto, uma ribozima – foi a primeira molécula de RNA com atividade catalítica que foi descoberta. Em seguida, as proteínas EFG e EFTS participam da translocação do ribossomo, o tRNA sem nenhum aa passa para o sítio E, os tRNA com aa vão passar para o sítio P e o sítio A fica vazio. 
Tanto a EFTU, quanto a EFG vem ligadas a um GTP. Quando esse GTP é hidrolisado a um GDP, essas proteínas se desligam do complexo e o ribossomo esta pronto para um novo “round” desse processo. 
Agora, começa uma nova fase da elongação, porque o tRNA que está no sítio P, já está ligado a dois aminoácidos. Mas, o processo é exatamente o mesmo. E o processo vai se repetindo até a síntese protéica terminar.
Relembrando: o primeiro aminoácido entra no sítio P e os outros no A! Por quê? Porque só é o tRNA da metionina que consegue se ligar ao sítio P, os outros não.
Terminação
O sinal para que ocorra o fim da síntese protéica é o códon de parada ou stop códon (UGA, UAG, UAA), eles não são correspondentes a nenhum aminoácido. Quando esses códons aparecem no sítio A, eles são reconhecidos por fatores de liberação que causam a terminação da tradução. Esses fatores de terminação normalmente são 3 (RF1, RF2, RF3), estão relacionados ao stop códon localizado no sítio A. Eles se ligam ao GTP, normalmente o 1 e o 2 se ligam próximos ao sítio A, e após a hidrólise do GTP ocorre a liberação do polipeptideo que estava ligado ao tRNA. O tRNA, também, sai do complexo, assim como o fator de liberação. Agora, o ribossomo está pronto para uma nova síntese. 
Mutações que gerem um stop códon antes do necessário, faz com que a proteína sintetizada seja menor do que o esperado, podendo até acarretar na síntese de uma proteína inativa.
Alguns antibióticos ou toxinas agem em bactérias ou em seres procarióticos, respectivamente, inibindo fatores envolvidos na síntese de proteínas. Por exemplo: a toxina diftérica que age inibindo o fator de elongação EES2 de células eucarióticas. Já, os antibióticos tetraciclina, cloranfenicol e estreptomicina agem sofre a síntese de proteínas de bactérias.
A tetraciclina age bloqueando o sítio A do ribossomo bacteriano. O cloranfenicol age impedindo a transferência de peptídeo, fazendo com que ocorra um problema na transferência do peptídeo do sítio A para o P fazendo com que a síntese protéica pare. A estreptomicina age impedindo a iniciação e, além disso, é capaz de agir fazendo com que ocorram erros na leitura do código genético, fazendo com que a bactéria faça proteínas erradas e pereça. 
Além delas, existe a ciclohexamida que também age impedindo a transferência de peptídeos só que em eucariotos. Entre outras drogas que impedem a síntese protéica.
Depois de sintetizadas, as proteínas são modificadas para que atinjam sua estrutura correta. Para isso elas devem se enovelar formando as estruturas secundárias, as terciárias e, em alguns casos, a quaternária. Algumas proteínas por forças termodinâmicas e de equilíbrio já alcançam a forma nativa delas. Outras precisam de proteínas acessórias para que elas possam se enovelar, essas proteínas são chamadas de chaperoninas que nesse caso são as GROEL e a GROES (?). Além das chaperoninas que participam do enovelamento de proteínas, nós temos as chaperonas como a DNAK, DNAJ, GRPE... Elas consomem ATP para que a proteína sofra o enovelamente correto.
Algumas proteínas precisam ser modificadas para que atinjam sua forma nativa, assim ocorrendo as modificações pós-traducionais. E quais são essas modificações? Proteólises, acetilação, fosforilação, glicosilação, ligamento delas a lipídeos... Por exemplo: uma glicoproteína só recebe a parte carboidrato só depois da proteína ser traduzida.
Em células eucarióticas, as proteínas são endereçadas a outras estruturas para que haja a terminação de sua síntese e para onde irão agir.