Tradução - Síntese de Proteína

As proteínas são mais da metade da massa seca total de uma célula, portanto sua síntese é extremamente importante para a manutenção e crescimento das células.

A síntese das proteínas recebe o nome de tradução, ocorre no citoplasma das células, mais especificamente nos ribossomos juntamente com vários tipos de moléculas de RNA que atuam nas diversas etapas do processo.

Antes de iniciar a síntese de uma proteína uma molécula de RNA mensageiro (RNAm) é sintetizada a partir de uma de um gene de uma das cadeias do DNA que codifica a proteína, já vimos como ocorre esse processo que é chamado de transcrição. As proteínas são compostas pelos aminoácidos, dessa forma, no citoplasma, cada um dos vinte aminoácidos que entram na composição das proteínas devem se unir a seus respectivos transportadores (RNAt). As subunidades ribossômicas que promoverão a síntese devem se associar com proteínas auxiliadoras do processo.

Quando ocorre a união de um RNAm mais um RNAt com as unidades do ribossomo, que se juntam para formar um ribossomo funcional, se dá o início da síntese de uma proteína. O ribossomo percorre a molécula de RNAm traduzindo a sequência de códons em uma sequência de aminoácidos.

RNA transportador

As moléculas de RNAts atuam como condutoras dos aminoácidos no processo de síntese de proteínas, uma vez que elas carregam os aminoácidos até uma determinada posição indicada pela sequência de bases do RNAm. Os RNAts conseguem executar essa função por eles terem duas regiões de ligação em sua molécula, na qual uma das regiões se liga covalentemente a um aminoácido e a outra, anticódon, se liga por pontes de hidrogênio ao códon do RNAm.

A ligação de um RNAt com seu aminoácido especifico é catalisada por uma enzima chamada aminoacil-RNAt, existem pelo menos 20 tipos de diferentes desta enzima, uma para cada aminoácido. Cada uma reconhece um único tipo de aminoácido e catalisa a sua união a um dos RNAts correspondente a esse aminoácido.

Emparelhamento códon-anticódon

É importante saber que um RNA é sempre escrito no sentido 5’ — 3’, assim sendo, temos que ter em mente que os códons do RNAm e os anticódons do RNAt estão escritos em sentido contrário a seu emparelhamento, o qual é antiparalelo. Isto quer dizer, que a primeira base na sequência do anticódon emparelha-se com a terceira base do códon, por exemplo, GGU é o anticódon correspondente ao códon ACG, pois ambos estão escritos no mesmo sentido,de 5’ para 3’, mas ele se emparelham em sentidos opostos, como mostrado a seguir:

Uma pergunta importante a se discutir é quantos tipos de RNAt existem?

Existem 61 códons de RNAm que especificam aminoácidos, assim, teoricamente esperaríamos encontrar 61 tipos diferentes de RNAt, cada um com um anticódon complementar a um dos 61 códons existentes, contudo, existe um número bem menor de RNAt.

O fato é que o mesmo RNAt pode reconhecer, mais do que um códon, pois a base na primeira posição do anticódon pode se emparelhar com mais de um tipo na terceira posição códon. Isto ocorre, porque a conformação da alça do anticódon do RNAt permite essa flexibilidade na primeira base do anticódon, modificações das bases vizinhos do anticódon também influenciam no emparelhamento da primeira base.

Podem ocorrer também modificações na primeira base do anticódon de certos RNAt, por exemplo, é a base modificada inosina (I), que na primeira posição de um anticódon pode emparelhar-se com U, C ou A na terceira posição de um códon.

O processo de síntese de proteínas é comparável a uma linha de montagem, na qual o ribossomo vai deslizando sobre o RNAm e os aminoácidos são trazidos pelo RNAt e vão sendo encaixados em seus respectivos lugares, de acordo com a sequência de bases do RNAm.

Os ribossomos são moléculas complexas constituídas de proteínas e RNA, que formam sítios catalíticos com funções especializadas. Um ribossomo procariótico possui um sítio para a ligação do RNAm e três sítios para a ligação de RNAt. Os sítios onde se ligam os RNAt são:

• Sítio P: sítio de ligação do peptidil-RNAt, é onde se associa à molécula de RNAt ligada à extremidade carboxílica da proteína em crescimento.
• Sítio A: sítio de entrada do aminoacil-RNAt, é onde se associa o RNAt recém-chegado ao ribossomo e que traz o aminoácido a ser incorporado na proteína em crescimento.
• Sítio E: sítio de saída, é ocupado transitoriamente pelo RNAt Livre de aminoácido que acabou de sair do sítio P e que está deixando o ribossomo.

O caminho do RNAt no ribossomo se dá na seguinte sequência: ele entra no sítio A, passa para o sítio P e finalmente deixo ribossomo pelo sítio E.

Normalmente, sobre uma molécula de RNAm, são encontrados vários ribossomos, cada um deles com um segmento de proteína nascente. Se olhássemos da extremidade 5’ para a 3’ do RNAm, veríamos os ribossomos a ele associados apresentando proteínas nascentes progressivamente maiores pois os ribossomos mais próximos da extremidade 3’ estariam mais próximos do fim da síntese da proteína.

A esta estrutura formada por uma molécula de RNAm associada há vários ribossomos dá-se o nome de polissomo.

O processo de síntese de proteínas costuma ser dividido em três etapas:

1. Iniciação;
2. Alongamento;
3. Término.

Iniciação

O processo de iniciação consiste nas reações que antecedem o início da formação da proteína, é a etapa que ocorre antes da união dos primeiros aminoácidos. Ela consiste na ligação do RNAm ao ribossomo formando um complexo de iniciação que contém o primeiro aminoacil-RNAt (N-formilmetionina em procariontes e o da metionina em eucariontes).

Procariontes

O processo de iniciação nos procariontes requer a presença de uma subunidade menor e maior do ribossomo, um RNAt especial para iniciação, uma molécula de RNAm três fatores protéicos de iniciação e GTP.

Inicialmente a subunidade menor do ribossomo se associa a dois fatores de iniciação, a formação desse complexo depende da interação de bases entre uma sequência do RNAr e uma região especial do RNAm. Essa região especial corresponde a um consenso de seis bases (AGGAGG) localizado sete nucleotídeos antes (a 5’) do códon de iniciação AUG.

A região do RNAm que interage com o ribossomo no processo de iniciação é denominado sítio de ligação do ribossomo. Em seguida, um RNAt especial, o RNAtf-met (da formilmetionina), associado a um fator de iniciação se combina com o complexo subunidade menor do ribossomo e RNAm.

Finalmente é associada da subunidade maior do ribossomo, constituindo um ribossomo completo. Para que isso aconteça, um dos fatores de ligação chamado de fator anti-associação precisa se dissociar do complexo e, assim, os demais fatores de iniciação também são liberados.

O RNAtf-met iniciador posiciona-se no sítio P do ribossomo completo, este é o único RNAt capaz de entrar no sítio P diretamente, sem ter que passar pelo sítio A, como acontece com os demais RNAt. Com o RNAt iniciador no sítio, ou Sítio A fica posicionado no segundo códon do RNAm e irá de determinar qual aminoacil-RNAt será incorporado nessa posição.

O RNAtf-met liga-se somente a uma metionina enzimaticamente transformada em N-formilmetionina e é incapaz de se associar ao sítio A do ribossomo, portanto ele só participa do início da tradução. Eventuais códons AUG no meio do RNAm são traduzidos pelo RNAtmet, que introduz a metionina não formilada ao local correspondente do polipeptídeo.

Eucariontes

A iniciação da tradução nos eucariontes é mais complexa que nos procariontes, pois envolvem um grande número de fatores de iniciação.

Nos eucariontes o RNAm recém-sintetizado é empacotado com proteínas necessárias ao seu transporte do núcleo para o citoplasma, dessa forma, uma etapa importante na síntese de proteínas nesses organismos é o desempacotamento do RNAm. Nesse processo, é uma proteína reconhece o capacete da extremidade 5’ dos mensageiros, enquanto que outros fatores proteicos desfazem dobramentos no início do mensageiro.

Nos eucariontes o RNAt iniciador carrega a metionina que não é formilada como nos procariontes. Além disso, há diferença no complexo de iniciação, que nos eucariontes se forma na extremidade 5’ do RNAm, percorrendo em seguida o RNAm até alcançar o códon de iniciação AUG, onde tem início a tradução. Assim, a tradução se inicia no códon AUG mais próximo à extremidade 5’ do mensageiro e não em uma sequência especial de bases, apesar disso, a eficiência da iniciação parece depender pelo menos em parte de sequências de bases vizinhas ao códon de iniciação.

Alongamento

O alongamento compreende todas as reações que ocorrem desde a formação da primeira ligação peptídica até a incorporação do último aminoácido da proteína, sendo a etapa mais rápida da síntese proteica. Esse processo é basicamente o mesmo em procariontes e eucariontes e ocorre em três etapas:

1. Ligação de um aminoacil-RNAt ao sítio A do ribossomo;
2. Ligação peptídica com o aminoácido recém-chegado causando a transferência da cadeia polipeptídica em crescimento do sítio P para o sítio A;
3. Translocação do ribossomo ao longo do RNAm, transferindo o novo peptidil-RNAt do sítio A para o sítio P, com posicionamento do próximo códon a ser traduzido no sítio A. Durante essa etapa, ou RNAt descarregado é translocado para o sítio E.

Esses três passos são repetidos de maneira cíclica e vários fatores são importantes nesses processos.

Término

O término são os processos necessários para a liberação do peptídeo pronto, nesta etapa, o ribossomo se dissocia do RNAm.

Nesse processo existem 3 códons que não codificam aminoácidos, que são UAG, UAA E UGA, eles são usados como sinais do término da síntese da cadeia polipeptídica. Nenhum dos códons de terminação tem um RNAt correspondente, eles são reconhecidos diretamente por fatores de liberação específicos, esses fatores entram no sítio A do ribossomo, quando este sítio se posiciona sobre um dos códons de terminação. Eles também requerem a presença de um peptidil-RNAt no sítio P para agir, que realiza a hidrólise da ligação entre o polipeptídio e tRNA no sítio P.

A reação de terminação consiste na liberação do polipeptídio pronto do RNAt, expulsão do último RNAt do ribossomo e dissociação do ribossomo do RNAm.

Fonte:

RAMALHO, M.A.P., SANTOS, J.B., PINTO, C.A.B. Genética na agropecuária. Lavras: UFLA, 2008, 463p.

USP — UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO. Tradução. Disponível em: https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/2937177/mod_resource/content/2/BiologiaMolecular_texto02%20final.pdf. Acesso em: 30 mar. 2020.