Biossíntese de aminoácidos e proteínas

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Biossíntese de aminoácidos e proteínas 
Muitos aminoácidos são sintetizados por vias 
metabólicas presentes somente em plantas e em 
microrganismos. Uma vez que os mamíferos devem 
obter esses aminoácidos nas suas dietas, essas 
substâncias são conhecidas como aminoácidos 
essenciais. Os outros aminoácidos, os quais podem ser 
sintetizados pelos mamíferos a partir de intermediários 
comuns, são denominados aminoácidos não 
essenciais. Os esqueletos de carbono de seus a-
cetoácidos são convertidos em aminoácidos por 
reações de transaminação utilizando o nitrogênio a-
amino pré-formado de outro aminoácido, geralmente o 
glutamato. 
 
 
Os aminoácidos não-essenciais são sintetizados nos 
animais a partir de moléculas precussoras que fazem 
parte do ciclo de Krebs e do grupamento amino 
proveniente da degradação de aminoácidos. Como 
vários aminoácidos fornecem intermediários do ciclo de 
Krebs, há uma interdependência entre os aminoácidos 
no seu processo de degradação e síntese. 
Com exceção da tirosina, todos os aminoácidos não 
essenciais são sintetizados por vias simples a partir de 
um dos quatro intermediários metabólicos comuns: o 
piruvato, o oxaloacetato, o a-cetoglutarato e o 3-
fosfoglicerato. A tirosina, classificada erroneamente 
como não essencial, é sintetizada pela hidroxilação do 
aminoácido essencial fenilalanina, a qual ocorre em um 
único passo . De fato, a necessidade de fenilalanina na 
dieta reflete a necessidade de tirosina também. A 
presença de tirosina na dieta diminui, desse modo, a 
necessidade por fenilalanina. A alanina, a asparagina, 
o aspartato, o glutamato e a glutamina são sintetizados 
a partir de piruvato, oxaloacetato e a-cetoglutarato. O 
piruvato, o oxaloacetato e o a-cetoglutarato são os a-
cetoácidos (os chamados esqueletos carbônicos) que 
correspondem à alanina, ao aspartato e ao glutamato, 
respectivamente. De fato, a síntese de cada um desses 
aminoácidos é uma reação de transaminação de uma 
só etapa. A fonte final de α-amino nessas reações é o 
glutamato, sintetizado pela glutamato-sintase em 
microrganismos, plantas e eucariotos inferiores. Essa 
enzima não existe nos vertebrados. 
 
A asparagina e a glutamina são, respectivamente, 
sintetizadas a partir de aspartato e de glutamato por 
uma amidação dependente de ATP. 
A glutamina-sintase é um ponto central no metabolismo 
do nitrogênio. A glutamina é o doador do grupo amino 
na formação de muitos produtos biossintéticos, ao 
mesmo tempo em que é uma forma de reserva de 
amônia. O controle de glutamina-sintase é, portanto, 
vital para a regulação do metabolismo do nitrogênio. As 
glutamina-sintases de mamíferos são ativadas por a-
cetoglutarato, produto da desaminação oxidativa do 
glutamato. Esse controle, presumivelmente, evita o 
acúmulo da amônia produzida por aquela reação. 
O glutamato é o precursor de prolina, ornitina e 
arginina. 
A serina, a cisteína e a glicina são derivadas de 3-
fosfoglicerato. A serina é formada a partir do 
intermediário glicolítico 3-fosfoglicerato em uma via de 
três reações 
Os aminoácidos essenciais, assim como os 
aminoácidos não essenciais, são sintetizados a partir 
de precursores metabólicos conhecidos. No entanto, 
suas vias metabólicas estão presentes somente em 
microrganismos e em plantas e, geralmente, envolvem 
mais etapas do que as dos aminoácidos não 
essenciais. As enzimas que sintetizam aminoácidos 
essenciais aparentemente foram perdidas no início da 
evolução animal, possivelmente devido à pronta 
disponibilidade desses aminoácidos na sua dieta. 
Serão enfocadas somente algumas das muitas reações 
na biossíntese de aminoácidos essenciais. A lisina, a 
metionina e a treonina são sintetizadas a partir de 
aspartato. 
A leucina, a isoleucina e a valina são derivadas do 
piruvato. A valina e a isoleucina seguem a mesma via 
biossintética, utilizando piruvato como composto inicial, 
Os aminoácidos aromáticos fenilalanina, tirosina e 
triptofano são sintetizados a partir de derivados da 
glicose. Os precursores dos aminoácidos aromáticos 
são os intermediários glicolíticos fosfoenolpiruvato 
(PEP) e eritrose-4- -fosfato (intermediário na via das 
pentoses-fosfato; 
A biossíntese da histidina inclui um intermediário na 
biossíntese de nucleotídeos. Cinco dos seis átomos de 
C da histidina são derivados de 5-fosforribosil-a-
pirofosfato 
 
 
 
Síntese de proteínas 
A biossíntese protéica é resultado do processo de 
tradução da informação contida no material 
genético da célula; as proteínas são, portanto, a 
expressão da informação genética. Esta informação 
flui do DNA para o RNA e deste para uma cadeia 
polipeptídica , no considerado "dogma central" da 
bioquímica. O processo de tradução requer um 
CÓDIGO GENÉTICO, através do qual a 
informação contida em uma sequência de 
nucleotídeos de um ácido nucléico é expressa na 
forma de uma sequência específica de aminoácidos 
de um peptídeo. 
 
Uma alteração na sequência original de 
nucleotídeos leva a uma alteração na sequência de 
aminoácidos, potencialmente causando uma 
doença - às vezes letal ao organismo. Estas 
"palavras" de três letras são denominadas 
CÓDONS, e são possíveis 64 tipos diferentes de 
códons. Os códons são expressos na linguagem do 
RNA Mensageiro, sempre no sentido 5’ - 3’, e cada 
códon pode ser traduzido em um aminoácido 
específico. Três códons sinalizam o término da 
sequência polipeptídica, e são ditos de 
encerramento: UGA , AUG e UAA. O códon AUG 
codifica a metionina e, em certas condições, a 
iniciação de uma cadeia polipeptídica, com a 
metionina como aminoácido amino-terninal. 
 
 
 
 
Componentes Necessários para a Tradução: 
Os Aminoácidos: Devem estar presentes todos os 
20 aminoácidos no momento da síntese, inclusive 
os essenciais; 
 
O RNA de Transferência: São as moléculas 
"bilíngues" do processo, e estão ligadas de forma 
específica aos aminoácidos nas suas extremidades 
3’. Possuem o "ANTICÓDON", ou a sequência 
bases complementar e antiparalela ao códon do 
RNAm. Cada aminoácido pode ser transportado 
por mais de uma molécula de RNAt. São em 
número de cerca de 50 RNAt no ser humano, para 
61 códons diferentes; 
A hipótese "wobble", ou de oscilação, tenta 
explicar como um RNAt pode reconhecer mais de 
um códon; nesta hipótese, o pareamento da 
primeira base do anticódon (5’) não é 
necessariamente feita do modo tradicional. Assim, 
nesta posição, G pode parear com C ou U, e U com 
A ou G, por exemplo; 
O RNA Mensageiro: Produzido a partir de um 
molde de DNA no núcleo da célula, vai ao citosol 
para ser traduzido em uma sequência polipeptídica; 
 
Ribossomos: São organelas formadas por uma 
complexa associação entre proteínas e RNA 
ribossômico, localizadas no citosol na forma livre 
ou associadas ao retículo endoplasmático, quando 
sintetizam proteínas que serão "exportadas" da 
célula. São formados por duas subunidades, uma 
maior e outra menor, cujas características são 
expressas em termos de coeficientes de 
sedimentação, ou "S" (de Svedberg). O ribossomo 
eucariótico é formado por uma subunidade 60S e 
outra 40S; o procariótico, por uma subunidade 50S 
e outra 30S. 
Compõem um ribossomo: 
RNAr 3 moléculas no procariótico, 4 moléculas 
no eucariótico 
Proteínas ribossômicas Desempenham várias 
funções na tradução 
Sítios "A" e "P" São sítios de ligação para as 
moléculas de RNAt, e estendem-se por ambas as 
subunidades: 
Os sítios "A" e "P" cobrem juntos dois códons 
vizinhos Na tradução, o sítio "A" - de aminoacil - é 
ocupado pelo aminoacil-RNAt correspondente ao 
códon posicionado, e especifica o próximo 
aminoácido a ser adicionado à cadeia peptídica em 
formação. O sítio "P" - de peptidil - é ocupado pelo 
peptidil-RNAt, ligado à cadeia peptídica que está 
sendo sintetizada. 
Fatores Protéicos: São fatores de iniciação, 
elongamento e liberação da cadeiapolipeptídica 
que está sendo sintetizada. 
Fontes de Energia : A adição de cada aminoácido à 
cadeia polipeptídica que está sendo sintetizada 
utiliza 2 moléculas de ATP e 2 de GTP como fonte 
de energia. Outras moléculas de ATP e GTP são 
necessárias nos processos de iniciação e liberação 
da cadeia sintetizada 
Etapas da Biossíntese Protéica: 
 
Ativação dos Aminoácidos: Refere-se à ligação dos 
aminoácidos ao(s) seu(s) RNAt específico(s). Esta 
ligação é catalisada pelas AMINOACIL-RNAt-
SINTETASES, enzimas que reconhecem os 
aminoácidos e seus RNAt específicos com grande 
especificidade. 
 
A reação ocorre em 2 etapas, e é dependente de 
energia. Na primeira etapa, o aminoácido liga-se ao 
AMP, obtido a partir da hidrólise do ATP e com 
liberação de Ppi. 
Na segunda etapa, o AMINOÁCIDO-AMP liga-se 
à extremidade 3’ do RNAt, liberando o AMP e 
energia. Iniciação da Cadeia: Depende da 
presença da subunidade ribossomal 40S, do 
RNAm, do RNAt com o anticódon de iniciação 
AUG (metionina), e de uma série de proteínas 
denominadas "fatores de iniciação", ou eIF, em 
número de nove, no mínimo, nos eucariontes. 
Em etapas: O eIF-2 liga-se especificamente com 
uma molécula de GTP e com o Met-tRNAi A 
subunidade ribossomal 40S liga-se ao eIF-3, que a 
separa e a mantém separada da subunidade 60S, 
que por sua vez se liga ao eIF-6, com o mesmo 
propósito 
O complexo formado em (a) liga-se ao complexo 
40S formado em (b), com a ajuda de vários outros 
fatores de iniciação, e este novo complexo associa-
se ao RNAm (complexo de pré-iniciação). A 
associação do complexo de pré-iniciação com o 
fator de iniciação eIF-5 e com a subunidade 60S do 
ribossomo dá origem ao complexo de iniciação 
propriamente dito. 
O GTP é hidrolisado e os outros fatores de 
iniciação são liberados. O complexo de iniciação é, 
portanto, formado por um ribossomo 80S associado 
aos eIF-5 e eIF4, ao RNAm corretamente 
posicionado, e ao RNAt de iniciação também 
posicionado no sítio "P", com o sítio "A" vazio. 
Elongamento da Cadeia: Depende dos "fatores de 
elongamento" e do complexo de iniciação. 
Em etapas: O Fator de Elongamento eEF-1 dirige a 
seleção do RNAt correto para o posicionamento no 
sítio "A" do complexo de iniciação. Este 
posicionamento depende ainda da hidrólise de um 
GTP e ocorre com posterior liberação do eEF1. Há 
a formação da ligação peptídica entre os dois 
aminoácidos adjacentes. A enzima 
peptidiltransferase, componente da subunidade 
ribossômica 60S, faz a transferência da metionina 
inicial do sítio "P" para o aminoácido do sítio "A", 
formando um dipeptidil-RNAt. O ribossomo 
movese - às custas do GTP - na direção 5’-3’ em 
uma distância de 3 nucleotídeos, com a ajuda do 
eEF-2, ou "translocase", posicionando o peptídeo 
no sítio "P" e liberando o sítio "A" para o 
posicionamento de um novo aminoácido. O RNAt 
livre é liberado, e o processo se repete até a 
tradução completa do RNAt. Liberação da Cadeia 
Polipeptídica: O surgimento de um códon de 
término - UAG, UGA ou UAMINOÁCIDO - 
determina a ligação de um "Fator de Liberação", ou 
eRF, associado ao GTP. Este fator de liberação 
determina o rompimento da ligação entre o último 
aminoácido e seu RNAt. A dissociação do eRF do 
ribossomo depende da hidrólise do GTP. 
 
Modificações Pós-Traducionais 
Várias modificações podem ser impostas à cadeia 
polipeptídica após a sua biossíntese. As principais 
modificações são: Redução do Tamanho = 
Conversão de proteínas inativas e zimogênios nas 
suas formas ativas, por remoção de seqüências de 
aminoácidos catalisadas por endoproteases 
específicas. Alterações Covalentes = Fosforilação, 
glicosilação, hidroxilação, etc. Algumas proteínas 
são ainda endereçadas a organelas específicas da 
célula ou mesmo ao meio extracelular.