Replicação, trancrição e tradução 2

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Replicação, Transcrição e Tradução
Ludmila Almeida 
A capacidade de uma célula sobreviver e proliferar em um ambiente caótico depende da duplicação precisa da vasta quantidade de informação genética transportada no seu DNA. Esse processo de duplicação, denominado replicação do DNA, deve ocorrer antes que uma célula possa se dividir para produzir duas células-filhas geneticamente idênticas.
Replicação Celular A cada divisão celular, uma célula deve copiar seu genoma com precisão extraordinária. 
O pareamento de bases possibilita à replicação do DNA A capacidade de cada fita de uma molécula de DNA de agir como um molde para produzir uma fita complementar possibilita à célula copiar, ou replicar, seus genes antes de passá-los para suas descendentes. Mas a tarefa é quase inacreditável, uma vez que pode envolver a cópia de bilhões de pares de nucleotídeos a cada vez que uma célula se divide. A replicação do DNA produz duas duplas-hélices completas a partir da molécula de DNA original, com cada uma das novas hélices de DNA sendo idêntica em sequência nucleotídica à dupla-hélice de DNA original. Como cada fita parental serve como o molde para uma nova fita, cada uma das duplas-hélices de DNA filhas termina com uma das fitas de DNA originais (velha) e uma fita que é completamente nova; diz-se que esse estilo de replicação é semiconservativo.
A síntese de DNA inicia-se nas origens de replicação A dupla-hélice de DNA é normalmente muito estável: as duas fitas de DNA são firmemente unidas uma à outra por um grande número de ligações de hidrogênio entre as bases de ambas as fitas. Em consequência, somente temperaturas próximas à da água em ebulição fornecem energia térmica suficiente para separar as duas fitas. Entretanto, para ser usada como um molde, a dupla-hélice precisa primeiramente ser aberta e as duas fitas separadas para expor as bases não pareadas. O processo de síntese de DNA é iniciado por proteínas iniciadoras que se ligam a sequências de DNA específicas denominadas origens de replicação. Nelas, as proteínas iniciadoras afastam as duas fitas de DNA, quebrando as ligações de hidrogênio entre as bases. Uma vez que uma proteína iniciadora se ligue ao DNA em uma origem de replicação e localmente abra a dupla-hélice, ela atrai um grupo de proteínas que realizam a replicação do DNA. Essas proteínas formam uma máquina de replicação, na qual cada proteína desempenha uma função específica.
Duas forquilhas de replicação são formadas em cada origem de replicação. As moléculas de DNA no processo de serem replicadas contêm junções na forma de Y, denominadas forquilhas de replicação. Em cada forquilha, uma máquina de replicação move-se ao longo do DNA, abrindo as duas fitas da dupla-hélice e usando cada fita como um molde para produzir uma nova fita-filha. As duas forquilhas afastam-se da origem em direções opostas, abrindo a dupla-hélice e replicando o DNA à medida que se movem. A replicação do DNA em cromossomos bacterianos e eucarióticos é, portanto, denominada bidirecional. A taxa mais lenta de movimento da forquilha em humanos pode ser decorrente das dificuldades para replicar o DNA ao longo da estrutura mais complexa da cromatina dos cromossomos eucarióticos.
A DNA-polimerase sintetiza DNA usando uma fita parental como molde O movimento de uma forquilha de replicação é impulsionado pela ação da máquina de replicação, no coração da qual reside uma enzima denominada DNA-polimerase. Essa enzima catalisa a adição de nucleotídeos à extremidade 3’ de uma fita de DNA em crescimento, usando uma das fitas de DNA parentais como um molde. O pareamento de bases entre um nucleotídeo que chega ao local de síntese e a fita molde determina qual dos quatro nucleotídeos (A, G, T ou C) será selecionado. O produto final é uma nova fita de DNA que é complementar em sequência nucleotídica ao molde. 
A forquilha de replicação é assimétrica A direção 5’-3’ da reação de polimerização do DNA cria um problema na forquilha de replicação. A cadeia principal açúcar-fosfato de cada fita de uma dupla-hélice de DNA possui uma única direção química, ou polaridade, determinada pelo modo de cada resíduo de açúcar ser acoplado ao seguinte, e as duas fitas na dupla-hélice são antiparalelas; ou seja, elas seguem em direções opostas. Como consequência, em cada forquilha de replicação, uma nova fita de DNA está sendo produzida sobre um molde que segue em uma direção (3’ para 5’), enquanto a outra nova fita está sendo produzida em um molde que segue na direção oposta (5’ para 3’). A forquilha de replicação é, portanto, assimétrica. Entretanto, parece que as duas novas fitas de DNA estão sendo sintetizadas na mesma direção; ou seja, a direção na qual a forquilha de replicação está se movendo. Essa observação sugere que uma fita esteja sendo sintetizada na direção 5’-3’ e a outra na direção 3’-5’. A fita de DNA que parece crescer na direção 3’-5’ incorreta é de fato produzida descontinuamente, em pequenas porções, separadas e sucessivas – com a DNA-polimerase movendo-se para trás com respeito à direção do movimento da forquilha de replicação, de tal modo que cada novo fragmento de DNA possa ser polimerizado na direção 5’-3’. As pequenas porções de DNA resultantes – denominadas fragmentos de Okazaki são posteriormente unidas para formar uma nova fita contínua. A fita de DNA que é produzida descontinuamente desse modo é denominada fita retardada (lagging),a outra fita, que é sintetizada continuamente, é denominada fita líder (leading). 
A DNA-polimerase é autocorretiva A DNA-polimerase é muito precisa. Ainda que A-T e C-G sejam de longe os pares de bases mais estáveis, outros pares de bases, menos estáveis – G-T e C-A, por exemplo – também podem ser formados. Tais pares de bases incorretos são formados de modo muito menos frequente do que os corretos, mas, se mantidos, resultariam em um acúmulo de mutações. Esse desastre é evitado, porque a DNA-polimerase possui duas qualidades especiais que aumentam amplamente a precisão da replicação do DNA. Primeiro, a enzima monitora cuidadosamente o pareamento de bases entre o nucleotídeo a ser incorporado e a fita molde. Somente quando a correspondência for correta a DNA-polimerase irá catalisar a reação de adição do nucleotídeo. Segundo, quando a DNA-polimerase comete um raro engano e adiciona um nucleotídeo errado, ela pode corrigir o erro por meio de uma atividade denominada autocorreção (proofreading). A atividade de autocorreção ocorre durante a síntese de DNA. Antes que a enzima adicione o nucleotídeo seguinte a uma fita de DNA em crescimento, ela confere se o nucleotídeo previamente adicionado pareia corretamente com a fita molde. Caso isso ocorra, a polimerase adiciona o nucleotídeo seguinte; caso contrário, a polimerase remove o nucleotídeo mal pareado e tenta novamente. Essa autocorreção é realizada por uma nuclease que cliva a cadeia principal fosfodiéster. A polimerização e a autocorreção são rigidamente coordenadas, e as duas reações são desempenhadas por diferentes domínios catalíticos contidos na mesma molécula de polimerase. Esse mecanismo de autocorreção explica por que as DNA-polimerases sintetizam DNA somente na direção 5’-3’, apesar de tal necessidade impor um mecanismo de pesponto complicado na forquilha de replicação. Uma DNA-polimerase hipotética que sintetize na direção 3’-5’ não seria capaz de realizar a autocorreção:
· Se removesse um nucleotídeo pareado incorretamente, a polimerase criaria um impasse químico – uma cadeia que não poderia mais ser alongada. Portanto, para uma DNA-polimerase funcionar como uma enzima autocorretiva que remove seus próprioserros de polimerização à medida que se move ao longo do DNA, ela deve seguir somente na direção 5’-3’.
Pequenos trechos de RNA atuam como iniciadores para a síntese de DNA A primase é um exemplo de uma RNA-polimerase, uma enzima que sintetiza RNA usando DNA como um molde. Uma fita de RNA é quimicamente muito similar a uma fita simples de DNA, exceto que é constituída por subunidades de ribonucleotídeos, nos quais o açúcar é a ribose, e não a desoxirribose; o RNA também difere do DNA no fato de que contém a base uracila (U), em vez de timina (T). Entretanto, como U pode formar um pareamento de bases com A, o iniciador de RNA é sintetizado na fita de DNA por pareamento de bases complementares, exatamente do mesmo modo que no DNA. Para a fita líder, um iniciador de RNA é necessário somente para iniciar a replicação na origem; uma vez que a forquilha de replicação tenha sido estabelecida, a DNA-polimerase é continuamente apresentada a uma extremidade 3’ pareada, à medida que ela se desloca ao longo da fita molde. A DNA-polimerase adiciona um desoxirribonucleotídeo à extremidade 3’ de cada iniciador para iniciar um novo fragmento de Okazaki, e ela continuará a alongar esse fragmento até encontrar o próximo iniciador de RNA.
Para produzir uma nova fita de DNA contínua, a partir de vários fragmentos separados de ácidos nucleicos produzidos na fita retardada, três enzimas adicionais são necessárias. Essas enzimas atuam rapidamente para remover o iniciador de RNA, substituí-lo por DNA, e unir os fragmentos de DNA. Portanto, uma nuclease degrada o iniciador de RNA, uma DNA-polimerase denominada polimerase de reparo então substitui esse RNA por DNA e a enzima DNA-ligase une a extremidade 5’-fosfato de um fragmento de DNA à extremidade 3’-hidroxila adjacente do seguinte. A primase pode iniciar novas cadeias polinucleotídicas, mas essa atividade é possível porque a enzima não realiza a autocorreção do seu trabalho. Como consequência, os iniciadores frequentemente contêm erros. No entanto, como esses iniciadores são feitos de RNA, em vez de DNA, eles se destacam como “cópias suspeitas”, para serem removidas automaticamente e substituídas por DNA. As DNA-polimerases de reparo que sintetizam esse DNA, assim como as polimerases replicativas, realizam a autocorreção à medida que o sintetizam. Desse modo, a maquinaria de replicação celular é capaz de iniciar novas cadeias de DNA e, ao mesmo tempo, garantir que todo o DNA seja copiado com fidelidade.
As proteínas na forquilha de replicação cooperam para formar uma máquina de replicação A replicação do DNA requer a cooperação de um grande número de proteínas que atuam em conjunto para abrir a dupla-hélice e sintetizar DNA novo. Essas proteínas fazem parte de uma máquina de replicação complexa.O primeiro problema enfrentado pela máquina de replicação está em acessar os nucleotídeos que se encontram no centro da hélice. Para que a replicação do DNA possa ocorrer, a dupla-hélice deve ser aberta à frente da forquilha de replicação, de tal modo que os nucleosídeos trifosfatados que chegam possam parear com cada uma das fitas molde. Dois tipos de proteínas de replicação – DNA-helicases e proteínas ligadoras de DNA de fita simples – cooperam para executar essa tarefa. A helicase acomoda-se bem na frente da máquina de replicação, onde usa a energia da hidrólise de ATP para se autopropelir, separando as duas fitas da dupla-hélice à medida que se desloca ao longo do DNA. Proteínas ligadoras de DNA de fita simples se unem ao DNA de fita simples exposto pela helicase, impedindo transitoriamente que as fitas tornem a formar os pares de bases e mantendo-as em uma forma alongada, de tal modo que possam servir como moldes eficientes. À medida que a helicase separa o DNA dentro da forquilha de replicação, o DNA no outro lado da forquilha fica mais firmemente enrolado. Esse excesso de voltas na frente da forquilha de replicação cria uma tensão no DNA que torna o desenrolamento da dupla-hélice crescentemente difícil e impede o movimento para frente da maquinaria de replicação. As células usam proteínas denominadas DNA-topoisomerases para aliviar essa tensão. Essas enzimas produzem quebras de cadeia simples transitórias no DNA, que liberam temporariamente a tensão; a seguir, refazem essas ligações antes de se desligar do DNA. Uma proteína de replicação adicional, denominada grampo deslizante, mantém a DNA-polimerase firmemente presa ao molde enquanto ela sintetiza novas fitas de DNA. A montagem do grampo ao redor do DNA requer a atividade de outra proteína de replicação, o carregador do grampo, que hidrolisa ATP a cada vez que ele prende um grampo deslizante ao redor de uma dupla-hélice de DNA recém-formada. Esse carregamento deve ocorrer somente uma vez por ciclo de replicação na fita líder; entretanto, na fita retardada, o grampo é removido e então reacoplado a cada vez que um novo fragmento de Okazaki é produzido. A maioria das proteínas envolvidas na replicação do DNA é mantida unida em um grande complexo multienzimático que se move como uma unidade ao longo da dupla-hélice de DNA parental.
A telomerase replica as extremidades dos cromossomos eucarióticos Ainda que a fita líder possa ser replicada ao longo de toda a sua extensão até a extremidade do cromossomo, a fita retardada não pode. Quando o último iniciador de RNA na fita retardada é removido, não há como substituí-lo. Sem uma estratégia para lidar com esse problema, a fita retardada se tornaria mais curta em cada ciclo de replicação do DNA; após repetidas divisões celulares, os cromossomos iriam encolher – e por fim perder informação genética valiosa. Os eucariotos solucionaram esse problema possuindo sequências nucleotídicas longas e repetidas nas extremidades dos seus cromossomos, que são incorporadas em estruturas denominadas telômeros. Essas sequências de DNA teloméricas atraem uma enzima denominada telomerase às extremidades dos cromossomos. Usando um molde de RNA que é parte da própria enzima, a telomerase estende as extremidades da fita retardada que está sendo replicada, adicionando múltiplas cópias da mesma sequência de DNA curta à fita molde. Esse molde estendido possibilita que a replicação da fita retardada seja completada pela replicação de DNA convencional. Os telômeros formam estruturas que marcam as verdadeiras extremidades de um cromossomo. Isso possibilita que a célula possa distinguir, sem equívocos, entre as extremidades naturais dos cromossomos e as quebras em fitas duplas de DNA que às vezes ocorrem acidentalmente no meio dos cromossomos. Essas quebras são perigosas, e devem ser imediatamente reparadas. 
Segmentos da sequência de DNA são transcritos em RNA O primeiro passo que uma célula dá para expressar um dos seus milhares de genes é a cópia da sequência nucleotídica desse gene sob a forma de RNA. Esse processo é denominado transcrição, pois a informação, apesar de copiada sob uma nova forma química, permanece escrita essencialmente na mesma linguagem, a linguagem dos nucleotídeos. 
A transcrição produz um RNA que é complementar a uma das fitas do DNA. Todo o RNA de uma célula é produzido a partir da transcrição, um processo que apresenta certas similaridades com a replicação do DNA. A transcrição tem início com a abertura e a desespiralização de uma pequena porção da dupla-hélice de DNA para que as bases de ambas as fitas do DNA sejam expostas. A seguir, uma das duas fitas do DNA de dupla-hélice atuará como molde para a síntese do RNA. Os ribonucleotídeos são adicionados, um a um, à cadeia de RNA em crescimento; da mesma forma que ocorre na replicação do DNA, a sequência nucleotídica da cadeia é determinada pelo pareamentopor complementaridade de bases com o DNA molde. Quando um pareamento correto é feito, o ribonucleotídeo recém-chegado é ligado covalentemente à cadeia de RNA em crescimento pela enzima RNA-polimerase.
A transcrição difere da replicação de DNA em vários aspectos essenciais:
1. A fita de RNA não permanece ligada à fita de DNA molde. Em vez disso, em uma região imediatamente além da região onde os ribonucleotídeos estão sendo inseridos, a cadeia de RNA é deslocada e a hélice de DNA é reestruturada. 
2. As moléculas de RNA são constituídas de fita simples. 
3. As moléculas de RNA são muito mais curtas do que as moléculas de DNA;
RNA-polimerases catalisam a formação de ligações fosfodiéster que unem os nucleotídeos e formam a cadeia principal de açúcar-fosfato de uma cadeia de RNA. A RNA-polimerase se move paulatinamente sobre o DNA, desenrolando a hélice de DNA à sua frente e expondo a nova região da fita molde para que ocorra o pareamento por complementaridade de bases. Desse modo, a cadeia de RNA em crescimento é estendida nucleotídeo a nucleotídeo na direção de 5’ para 3’. A liberação quase imediata da fita de RNA recém-sintetizada da fita de DNA molde permite que muitas cópias de RNA possam ser feitas a partir de um único gene, em um intervalo de tempo relativamente curto.Embora a RNA-polimerase catalise essencialmente a mesma reação química que a DNA-polimerase, existem algumas diferenças importantes entre essas duas enzimas:
· RNA-polimerase usa ribonucleosídeos como substrato para fosfatos e, portanto, ela catalisa a ligação de ribonucleotídeos, e não desoxirribonucleotídeos.
· RNA-polimerases podem dar início à síntese de uma cadeia de RNA na ausência de um iniciador. Essa diferença provavelmente evoluiu porque a transcrição não precisa ser tão exata quanto a replicação do DNA.
Em seu sentido mais amplo, o termo expressão gênica se refere ao processo pelo qual a informação codificada na sequência de DNA é traduzida em um produto que desencadeia um efeito determinado em uma célula ou organismo. Nos casos em que o produto final do gene é uma proteína, a expressão gênica inclui tanto a transcrição quanto a tradução. Quando uma molécula de RNA é o produto final do gene, entretanto, a expressão gênica não requer a tradução.
Sinais no DNA indicam os pontos de início e de término de transcrição para a RNA-polimerase A iniciação da transcrição é um processo especialmente importante, pois é o principal momento no qual a célula seleciona quais proteínas ou RNAs deverão ser produzidos. Para dar início à transcrição, a RNA-polimerase deve ser capaz de reconhecer o início de um gene e ligar-se firmemente ao DNA sobre esse ponto. A RNA-polimerase adere fortemente ao DNA somente após ter encontrado uma região do gene chamada de promotor, que contém uma sequência específica de nucleotídeos posicionada imediatamente a montante do ponto de início para a síntese do RNA. Uma vez ligada firmemente a essa sequência, a RNA-polimerase separa a dupla-hélice imediatamente em frente ao promotor para expor os nucleotídeos de um segmento curto de cada fita de DNA. Uma das duas fitas de DNA expostas funciona como um molde para o pareamento de bases complementares com os trifosfatos de ribonucleotídeos que aí chegam, e dois desses ribonucleotídeos são unidos pela polimerase para dar início à síntese da cadeia de RNA. Por meio desse sistema, a extensão, ou alongamento, da cadeia continua até que a enzima encontre um segundo sinal sobre o DNA, o terminador (sítio de parada, terminação ou término), onde a polimerase se detém e libera tanto o DNA molde quanto o transcrito de RNA recém-sintetizado. Essa sequência terminadora está contida no gene e é transcrita na extremidade 3´ do RNA recém-sintetizado. Visto que a polimerase só pode sintetizar RNA na direção 5’ para 3’, ao ser posicionada a enzima deverá necessariamente usar a fita de DNA orientada no sentido 3’ para 5’ como molde.
Em eucariotos, genes codificadores de proteínas são interrompidos por sequências não codificadoras denominadas íntrons A maioria dos genes eucarióticos que codificam proteínas, ao contrário, tem suas sequências codificadoras interrompidas por sequências intervenientes longas e não codificadoras, chamadas de íntrons. As porções codificadoras dispersas, chamadas de sequências expressas ou éxons, são geralmente mais curtas do que os íntrons, e muitas vezes representam apenas uma pequena fração do comprimento total do gene.
Os íntrons são removidos de pré-mRNAs pelo splicing do RNA Para produzir um mRNA em uma célula eucariótica, o gene, em sua totalidade, incluindo tanto íntrons quanto éxons, é transcrito em RNA. Durante o processo de splicing (ou encadeamento) do RNA, os íntrons são removidos do RNA recém-sintetizado e seus éxons são unidos. Finalmente, cada transcrito recebe uma cauda poli-A; em alguns casos, essa etapa ocorre após o splicing, ao passo que em outros casos essa etapa ocorre antes que as reações de splicing estejam completas. Se um transcrito já sofreu splicing e ambas as extremidades 5’ e 3’ foram modificadas, esse RNA é agora uma molécula funcional que pode então deixar o núcleo e ser traduzida em proteína.
Como a célula determina quais segmentos do transcrito de RNA serão removidos durante o splicing? Apesar de, em geral, existir pouca semelhança entre as sequências nucleotídicas de diferentes íntrons, cada íntron contém poucas sequências nucleotídicas curtas essenciais que direcionam sua remoção do pré-mRNA. Essas sequências especiais se encontram nos limites do íntron ou próximas a eles, e são idênticas ou bastante similares entre todos os íntrons. Guiada por essas sequências, uma elaborada maquinaria de splicing remove o íntron sob a forma de uma estrutura em “laço”. Esse tipo de splicing alternativo permite, portanto, que diferentes proteínas sejam produzidas a partir de um mesmo gene.
Os mRNAs eucarióticos maduros são exportados do núcleo Do número total de transcritos do pré-mRNA que são sintetizados, apenas uma pequena fração − o mRNA maduro −será útil para a célula. Os fragmentos remanescentes de RNA − íntrons excisados, RNAs quebrados e transcritos erroneamente unidos − não são apenas inúteis, mas podem ser perigosos para a célula se forem autorizados a sair do núcleo. Por isso, o transporte de mRNA do núcleo para o citoplasma, onde os mRNAs são traduzidos em proteína, é altamente seletivo: apenas mRNAs processados corretamente são exportados. Esse transporte seletivo é mediado por complexos do poro nuclear, que conectam o nucleoplasma ao citosol e agem como portões que controlam as macromoléculas que entram ou saem. Visto que uma única molécula de mRNA pode ser traduzida diversas vezes, gerando várias cópias da proteína, o intervalo de tempo que uma molécula madura de mRNA permanece na célula afeta a quantidade de proteína produzida. Cada molécula de mRNA, é degradada em nucleotídeos por ribonucleases presentes no citosol.
Uma sequência de mRNA é decodificada em grupos de três nucleotídeos A conversão da informação contida no RNA para proteína representa uma tradução da informação em outra linguagem, composta por símbolos diferentes. Tendo em vista que existem apenas quatro nucleotídeos diferentes no mRNA, mas 20 tipos diferentes de aminoácidos em uma proteína, essa tradução não pode acontecer por um sistema de correspondência direto entre um nucleotídeo no RNA e um aminoácido na proteína. As regras pelas quais a sequência de nucleotídeos de um gene, passando por uma molécula intermediária de mRNA, é traduzida na sequência de aminoácidos de uma proteína sãoconhecidas como o código genético. Cada grupo de três nucleotídeos consecutivos sobre o RNA é denominado códon, e cada um desses códons especifica um aminoácido. 
As moléculas de tRNA conectam os aminoácidos e os códons no mRNA A tradução do mRNA em proteína depende de moléculas adaptadoras que podem reconhecer e ligar-se ao códon, por um sítio sobre sua superfície, e ao aminoácido, por um outro sítio. Esses adaptadores consistem em um conjunto de pequenas moléculas de RNA conhecidas como RNAs transportadores (tRNAs), cada uma com aproximadamente 80 nucleotídeos de comprimento. Duas regiões nucleotídicas não pareadas, situadas cada uma em uma das extremidades da molécula de tRNA estruturada em L, são essenciais para o funcionamento dos tRNAs durante a síntese proteica. Uma dessas regiões forma o anticódon, um conjunto de três nucleotídeos consecutivos, que sofre pareamento com o códon complementar sobre a molécula de um mRNA. A outra é uma região curta, de fita simples, que se situa na extremidade 3’ da molécula; esse é o sítio onde o aminoácido que é codificado pelo códon se liga covalentemente ao tRNA. 
Enzimas específicas acoplam os tRNAs aos aminoácidos corretos O reconhecimento e a ligação do aminoácido correto é dependente de enzimas denominadas aminoacil-tRNA-sintetases, que acoplam covalentemente cada aminoácido ao seu conjunto adequado de moléculas de tRNA. Cada enzima sintetase reconhece nucleotídeos específicos, tanto no anticódon quanto no braço aceptor de aminoácidos do tRNA correto. As sintetases são, portanto, tão importantes quanto os tRNAs no processo de decodificação, pois é a ação combinada das sintetases e dos tRNAs que permite que cada códon na molécula de mRNA especifique o seu aminoácido adequado. 
A mensagem do mRNA é decodificada por ribossomos O reconhecimento de um códon pelo anticódon presente sobre uma molécula de tRNA depende do mesmo tipo de pareamento de bases por complementaridade usado na replicação do DNA e na transcrição. No entanto, a tradução precisa e rápida do mRNA em proteína requer uma maquinaria molecular capaz de mover-se ao longo do mRNA, capturar moléculas de tRNA complementares, manter os tRNAs em posição, e ainda ligar covalentemente os aminoácidos por eles transportados para formar uma cadeia polipeptídica. A maquinaria que dá início ao processo é o ribossomo − um grande complexo composto por dezenas de pequenas proteínas. A subunidade ribossômica pequena pareia os tRNAs aos códons do mRNA, ao passo que a subunidade grande catalisa a formação das ligações peptídicas que unem os aminoácidos uns aos outros, formando a cadeia polipeptídica. Essas duas subunidades se reúnem sobre uma molécula de mRNA, próximo de sua extremidade 5’, para iniciar a síntese de uma proteína. O mRNA é então puxado ao longo do ribossomo como uma longa fita. Conforme o mRNA avança na direção de 5’ para 3’, o ribossomo traduz a sua sequência de nucleotídeos em uma sequência de aminoácidos, um códon de cada vez, utilizando os tRNAs como adaptadores. Cada aminoácido é acrescentado, na sequência correta, à extremidade final da cadeia polipeptídica em crescimento. Quando a síntese da proteína é finalizada, as duas subunidades do ribossomo se separam. Além de um sítio de ligação para uma molécula de mRNA, cada ribossomo contém três sítios de ligação para moléculas de tRNA, denominados sítio A, sítio P e sítio E. Para adicionar um aminoácido à cadeia polipeptídica em crescimento, o tRNA adequadamente carregado penetra no sítio A por pareamento de bases com o códon complementar que se encontra na molécula de mRNA. Seu aminoácido é, então, ligado à cadeia peptídica mantida em posição pelo tRNA que se encontra no sítio P adjacente. Em seguida, a subunidade ribossômica grande desloca-se para frente, movendo o tRNA usado para o sítio E antes de ejetá-lo. Esse ciclo de reações é repetido cada vez que um aminoácido é adicionado à cadeia polipeptídica, com a nova proteína crescendo de sua extremidade amino para sua extremidade carboxila até que um códon de terminação seja encontrado no mRNA.
Códons específicos no mRNA sinalizam para o ribossomo os pontos de início e final da síntese proteica A tradução de um mRNA tem início com o códon AUG, e um tRNA especialmente carregado é necessário para a iniciação da tradução. Esse tRNA iniciador sempre carrega o aminoácido metionina (ou uma forma modificada da metionina,a formil-metionina, em bactérias). Assim, todas as proteínas recentemente sintetizadas possuem uma metionina como o primeiro aminoácido na sua extremidade N-terminal, a extremidade onde é iniciada a síntese de uma proteína. Essa metionina é, em geral, removida posteriormente pela ação de uma protease específica.
Em eucariotos, um tRNA iniciador, carregado com metionina, é inicialmente inserido no sítio P da subunidade ribossômica pequena, juntamente com proteínas adicionais denominadas fatores de iniciação da tradução. De todos os tRNAs na célula, apenas uma molécula de tRNA iniciador carregada é capaz de se ligar firmemente ao sítio P na ausência da subunidade ribossômica grande. Em seguida, a subunidade ribossômica pequena carregada com o tRNA iniciador liga-se à extremidade 5’ de uma molécula de mRNA, que está identificada pelo quepe 5’ presente em todos os mRNAs eucarióticos. A subunidade ribossômica pequena então se move à procura do primeiro códon AUG. Quando esse AUG é encontrado e reconhecido pelo tRNA iniciador, vários fatores de iniciação dissociam-se da subunidade ribossômica pequena abrindo caminho para a montagem completa do ribossomo. Estando o tRNA iniciador ligado ao sítio P, a síntese proteica está pronta para ter início, pela adição do próximo tRNA acoplado a seu aminoácido sobre o sítio A. O fim da tradução é sinalizado pela presença de vários códons, denominados códons de terminação, presentes no mRNA . Os códons de terminação − UAA, UAG e UGA − não são reconhecidos por um tRNA e não especificam um aminoácido, mas, em vez disso, sinalizam o término da tradução para o ribossomo. Proteínas conhecidas como fatores de liberação ligam-se a qualquer códon de terminação que chegue a um sítio A do ribossomo, e essa ligação altera a atividade da peptidil-transferase no ribossomo, fazendo com que seja catalisada a adição de uma molécula de água, em vez de um aminoácido ao peptidil-tRNA. Essa reação libera a extremidade carboxila da cadeia polipeptídica de sua conexão à molécula de tRNA; considerando-se que esse era o único elo de ligação que mantinha o polipeptídeo em crescimento associado ao ribossomo, a cadeia proteica completa é imediatamente liberada. Nesse momento, o ribossomo também libera o mRNA e dissocia suas duas subunidades, que poderão, posteriormente, unir-se sobre outra molécula de mRNA para dar início a um novo ciclo de síntese proteica.
· As proteínas recém-sintetizadas são frequentemente interceptadas por suas chaperonas conforme emergem do ribossomo.
As proteínas são produzidas em polirribossomos Se o mRNA está sendo traduzido de maneira eficiente, um novo ribossomo é montado sobre a extremidade 5’ de uma molécula de mRNA quase imediatamente após o ribossomo precedente ter traduzido uma sequência nucleotídica longa o suficiente para não mais o atrapalhar.
As moléculas de mRNA que estão sendo traduzidas são, por conseguinte, normalmente encontradas sob a forma de polirribossomos, também conhecidos como polissomos. Esses grandes arranjos citoplasmáticos são compostos de muitos ribossomos espaçados por aproximadamente 80 nucleotídeos ao longo de uma única molécula de mRNA.Dessa maneira, muito mais moléculas de proteína podem
ser feitas em um dado tempo do que seria possível se fosse necessário completar cada polipeptídeo antes de poder-se iniciar a síntese do polipeptídeo seguinte.