A SÍNTESE DO RNA A PROTEÍNAS - 2024.
E.E.PROF. FLAVIO XAVIER. 3ºTM A, e 4 TM A e B,
DO RNA para proteínas
O início da síntese de uma proteína se dá quando um determinado trecho do DNA, isto e, um gene, tem suas duas cadeias separadas pela ação de uma enzima chamada polimerase do RNA, que também orienta o agrupamento de nucleotídeos livres no núcleo, junto a uma dessas cadeias.
Muitos genes codificam produtos proteicos, isto é, especificam a sequência de aminoácidos utilizada para construir uma proteína em particular.
Uma cópia de RNA (resultante da transcrição) do gene deve ser feita em primeiro lugar, antes que essa informação possa ser utilizada para a síntese de proteínas.
No entanto o RNA mensageiro (RNAm), é um tipo de RNA que serve de mensageiro entre o DNA e os ribossomos, estes ribossomos que são estruturas moleculares que leem as sequências de RNAm e as utilizam para construir proteínas.
Essa progressão de DNA para RNA para proteína é chamada de "dogma central" da biologia molecular.
Nem todos os genes codificam produtos proteicos. Por exemplo, alguns genes especificam RNAs ribossômicos (RNAr), que servem como componentes estruturais de ribossomos, ou RNAs transportadores (RNAt), que são moléculas de RNA em forma de trevo que trazem aminoácidos aos ribossomos para a síntese proteica.
Ainda outras moléculas de RNA, como pequenos microRNAs (miRNA), agem como reguladores de outros genes, e novos tipos de RNAs não codificadores de proteínas estão sendo descobertos o tempo todo.
Imagem dos componentes de DNA e RNA, incluindo o açúcar (desoxirribose ou ribose), o grupo fosfato e a base nitrogenada.
As bases são bases pirimidinas (citosina, timina no DNA e uracila no RNA, um anel) e as bases purinas (adenina e guanina, dois anéis). O grupo fosfato está ligado ao carbono 5'. O carbono 2' liga-se a um grupo hidroxila na ribose, mas nenhuma hidroxila (apenas hidrogênio) na desoxirribose.
_Imagem modificada de "Nucleic acids: Figure 1," por OpenStax College, Biology (CC BY 3.0)._
Modelo estrutural da dupla hélice de DNA.
O ácido ribonucleico (RNA), diferente do DNA, é geralmente de fita única. Um nucleotídeo em uma cadeia de RNA conterá ribose (o açúcar de cinco carbonos), uma das quatro bases nitrogenadas (A, U, G ou C), e um grupo fosfato.
Há quatro tipos principais de RNA: RNA mensageiro (RNAm), RNA ribossômico (RNAr), RNA transportador (RNAt) e RNAs reguladores.
RNA mensageiro (RNAm)
RNA mensageiro (RNAm) é um intermediário entre um gene codificador de proteína e seu produto proteico.
Quando uma célula precisa fazer uma proteína em especial, o gene codificador da proteína será "ligado", isto é, uma enzima RNA polimerase virá e fará uma cópia de RNA, ou transcrição da sequência de DNA do gene.
A cópia carrega a mesma informação da sequência de DNA de seu gene.
No entanto, na molécula de RNA, a base T é substituída por U. Por exemplo, se uma fita de DNA codificadora tem a sequência 5’-AATTGCGC-3’, a sequência do RNA correspondente será 3’-UUAACGCG-5’.
Sendo um RNAm produzido, logo, será associado a um ribossomo, uma estrutura molecular que é especializada em montar proteínas a partir de aminoácidos.
O ribossomo usa a informação no RNAm para fazer uma proteína de uma sequência específica, "lendo" os nucleotídeos de RNAm em grupos de três (chamados códons) e adicionando um aminoácido particular a cada códon.
A sequência de bases transcritas a partir do DNA carrega consigo a informação codificada para a construção de uma molécula de proteína.
Essa codificação se dá na forma de trincas de bases nitrogenadas, chamadas códons. Temos como exemplo, o RNAm formado possui os seguintes códons: AUG, UUA, GCG, UAA, GUC, CAU, GAC.
As proteínas são moléculas formadas por uma sequência de unidades menores chamadas aminoácidos. portanto, os códons do RNA formado neste processo determinam os aminoácidos que constituirão uma determinada molécula de proteína.
Eles contêm, portanto, uma mensagem para a síntese proteica e, por isso, esse RNA recebeu o nome de "mensageiro
Imagem de um ribossomo (feito de proteínas e RNAr) ligado a um RNAm, com RNAt trazendo aminoácidos para seres adicionados à cadeia crescente. O RNAt que se liga, e consequentemente, o aminoácido que é acrescentado, em um determinado momento é determinado pela sequência do RNAm que está sendo "lido" naquele momento.
RNA ribossômico (RNAr) e RNA transportador (RNAt)
O RNA ribossômico (RNAr) é um componente importante dos ribossomos, ajudando o mRNA a se ligar no local certo para que a sequência de informações possa ser lida.
Alguns RNAr também atuam como enzimas, o que significa que eles ajudam a acelerar (catalisar) reações químicas – neste caso, a formação de ligações que unem os aminoácidos para formar uma proteína.
Os RNAs que atuam como enzimas são conhecidos como ribozimas.
RNAs transportadores (RNAt) também estão envolvidos na síntese proteica, mas seu trabalho é agir como carregadores - trazer aminoácidos ao ribossomo, assegurando que o aminoácido adicionado a cadeia é o especificado pelo RNAm.
RNAs transportadores consistem de uma fita única de RNA, mas essa fita tem segmentos complementares que ficam juntos para fazer regiões de fita dupla. Esse pareamento de bases cria uma estrutura 3D complexa importante à função da molécula.
Estrutura de um RNAt. A molécula geral tem uma forma mais ou menos parecida com um L.
Imagem adaptada de Protein Data Bank (trabalho do governo dos EUA).
RNA regulatório (miRNAs e siRNAs)
Alguns tipos de RNAs não codificadores (RNAs que não codificam proteínas) ajudam a regular a expressão de outros genes.
Esses RNAs podem ser chamados de RNAs regulatórios. Por exemplo, microRNAs (miRNAs) e RNAs de pequena interferência siRNA são pequenas moléculas de RNA regulatório de 22 nucleotídeos de extensão.
Elas se ligam a moléculas específicas de RNAm (com sequências parcial ou completamente complementares) e reduzem sua estabilidade ou interferem em sua tradução, fornecendo uma maneira de a célula diminuir ou ajustar níveis desses RNAm.
Estes são apenas alguns exemplos de vários tipos de RNAs regulatórios e não codificadores. Cientistas ainda estão descobrindo novas variedades de RNA não codificador.
O processo da tradução gênica
Os ribossomos são estruturas presentes em todos os tipos celulares, estão em organismos procariontes quanto em organismos eucariontes.
Pode se classificar os ribossomos como organelas não membranosas, ou organela, devido à sua ausência de membrana.
São responsáveis pela síntese de proteínas, os ribossomos são constituídos por RNA ribossomal e proteínas associadas.
A síntese de proteínas pode ocorrer de maneira isolada no citoplasma ou então associados às membranas.
O ribossomo é uma estrutura, com 20 nm a 30 nm, presente em todos os tipos celulares.
É composto por duas subunidades, uma maior e uma menor, formadas por RNA ribossomal (RNAr) e proteínas.
Nos organismos eucariontes, ou seja incluindo nós os humanos o RNA ribossomal é produzido na região do nucléolo, e as proteínas, na região do citoplasma.
Depois de formadas, as proteínas migram para o núcleo, entrando nessa região pelos poros, para associarem-se ao RNA ribossomal e darem origem às subunidades que formarão os ribossomos.
As duas subunidades são formadas no núcleo, porém não se unem nesse local, migrando em direção ao citoplasma de maneira independente. É no citoplasma que elas, ligadas a uma molécula de RNA mensageiro (RNAm), formarão um ribossomo funcional, capaz de sintetizar proteínas.
Tanto em organismos procariontes quanto em organismos eucariontes, as subunidades irão juntar-se apenas após a ligação da subunidade menor a uma molécula de RNA mensageiro.
O ribossomo é formado por duas subunidades, as quais se juntam apenas após a ligação com um RNA mensageiro.
No sítio P, temos uma molécula de RNA transportador (RNAt) ligada à cadeia polipeptídica em formação.
No sítio A, verifica-se a presença de uma molécula de RNA transportador portando o próximo aminoácido que será adicionado à cadeia em formação.
Por fim, temos o sítio E, que é o local onde o RNA transportador, agora sem transportar um aminoácido, deixa o ribossomo.
Diferença entre ribossomos de procariontes e de eucariontes
Os ribossomos de procariontes e os de eucariontes são responsáveis pela síntese de proteínas e apresentam-se bastante semelhantes.
Há, algumas diferenças podem ser observadas entre eles.
-O tamanho dos eucariontes são maiores do que aqueles observados em organismos procariontes.
A composição química dessas estruturas celulares também é diferente, apresentando, por exemplo, proteínas diferentes. possui importância médica, uma vez que certos medicamentos são capazes de afetar os ribossomos de procariontes e de não afetarem os ribossomos das células eucariontes, sendo, portanto, importantes para o tratamento de doenças bacterianas.
· Ribossomos livres e ligados
·
Os ribossomos podem ser encontrados em diferentes locais da célula e, dependendo de sua localização, podem receber a denominação de livres ou ligados.
Os ribossomos livres são aqueles que estão soltos no citoplasma da célula, os ligados, por sua vez, são aqueles que estão associados às membranas do retículo endoplasmático e do envelope nuclear.
Ribossomos livres produzem proteínas que, em sua maioria, funcionarão no próprio citoplasma.
Os ligados, no entanto, produzem proteínas que atuarão dentro de organelas ou que serão excretadas para fora da célula.
Em procariontes, observa-se a presença apenas de ribossomos livres, uma vez que esses organismos apresentam células sem núcleo definido e não possuem organelas membranosas.
Em células eucariontes, existem ribossomos encontrados no interior de cloroplastos e mitocôndrias. Eles são menores que os ribossomos que estão livres no citoplasma ou ligados nas membranas.
A função dos ribossomos-
Os ribossomos atuam na síntese de proteínas, sendo, portanto, encontrados, em maior quantidade, em células com altas taxas de síntese proteica, como as células do pâncreas.
Nas células com alta taxa de síntese, é comum a ocorrência de polirribossomos, que são grupos de ribossomos unidos por uma mesma molécula de RNA mensageiro.
É o RNA mensageiro que contém o código para a sequência de aminoácidos que formará a cadeia polipeptídica que será sintetizada no ribossomo.
A síntese de proteínas ocorre nos ribossomos e envolve três etapas: início, elongação e término.
A síntese de proteínas ocorre em três etapas e envolve o ribossomo e diferentes tipos de RNA.
· Início: na etapa de início, verifica-se a aproximação entre as subunidades do ribossomo, o RNA mensageiro e o RNA transportador. Esse último será responsável por levar o primeiro aminoácido que será colocado na cadeia polipeptídica.
Elongação: nessa etapa temos a adição dos aminoácidos que comporão a cadeia polipeptídica.
O RNA transportador chega ao sítio A, e seu anticódon pareia-se, por complementaridade, com o códon do RNA mensageiro.
O aminoácido por ele trazido liga-se, por meio de uma ligação peptídica, com a cadeia polipeptídica em formação que está no sítio P.
O ribossomo então move o RNA transportador que está no sítio A para o sítio P, e aquele que estava no sítio P, para o sítio E, onde será liberado.
Nesse processo, o RNA mensageiro também se move, deixando o códon que será traduzido exposto no sítio A.
Término: quando o ribossomo atinge o códon de termino (UAG, UAA e UGA) no RNA mensageiro, entra em ação o fator de liberação, uma proteína que promove a quebra da ligação entre o RNA transportador que está no sítio P e o último aminoácido da cadeia polipeptídica.
Nesse momento, essa cadeia é liberada, e o complexo formado pelas subunidades ribossomais, o RNA mensageiro e o transportador, é desfeito.
No RNAt há uma trinca de bases nitrogenadas denominadas anticódon, por meio das quais ele se liga temporariamente ao RNAm no ribossomo pelas bases complementares, os códons.
Nesse exemplo já mencionado, temos (AUGUUAGCGUAAGUCCAUGAC), às três primeiras bases (AUG) vai acoplar-se um RNAt com a sequência UAC; e assim por diante, como no esquema abaixo.
A síntese de uma proteína começa com o acoplamento do ribossomo ao RNAm. No ribossomo também se acopla um RNAt, cujo anticódon se liga ao códon do RNAm.
Em seguida, outro RNAt acopla-se ao segundo códon, ou seja, um ribossomo permite que até dois RNAts se acoplem ao mesmo tempo
Os aminoácidos transportados em cada RNAt unem-se entre si por meio de uma ligação química conhecida por ligação peptídica.
O ribossomo, que catalisa esse processo, desloca-se então sobre o RNAm e o primeiro RNAt se desliga do conjunto ribossomo-RNAm, sendo que os aminoácidos permanecem ligados.
Em seguida, uma nova molécula de RNAt se une ao ribossomo, transportando mais um aminoácido que se junta aos outros dois.
O processo continua até que todos os códons do RNAm tenham sido percorridos pelo ribossomo, recebendo os RNAt complementares e formando uma cadeia de aminoácidos, ou seja, uma molécula de proteína
Esquema do processo de tradução gênica. A estrutura de cor azul claro é o ribossomo.
Todas as proteínas presentes nos mais diferentes seres vivos são compostas por combinações entre 20 aminoácidos.
Essas combinações são determinadas, como vimos, pelas sequências de códons do RNAm que foram transcritas a partir do DNA. Damos o nome de código genético à correspondência entre os códons e os aminoácidos
As quatro bases nitrogenadas do RNAm combinam-se, três a três, formando 64 códons que correspondem a apenas 20 aminoácidos.
Dois ou mais códons podem estar relacionados a um aminoácido, assim como alguns não correspondem a aminoácido nenhum.
Neste último caso, são códons que determinam o término do processo de tradução.
O código genético é praticamente o mesmo para todos os seres vivos e, por isso, dizemos que ele é universal. Além de universal, ele é considerado "degenerado", pois praticamente todos os aminoácidos são determinados por mais de um códon.
A relação de tudo o que vimos com as características de um indivíduo é que:
- As proteínas têm importantes funções no nosso corpo: são substâncias essenciais para a construção das células dos seres vivos e atuam como enzimas, controlando praticamente todo o metabolismo celular. Portanto, os genes (as porções de DNA que transcrevem RNAm), sendo os responsáveis pelo controle da produção de proteínas, controlam também todas as características dos indivíduos.
RESUMO SOBRE A SÍNTESE DE PROTEÍNAS
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