Células desempenham muitas funções diferentes. Elas produzem energia, comunicam com outras células e compõem a massa física do corpo. Uma das principais funções das células é a construção de proteínas. As proteínas são macromoléculas biológicas que desempenham um conjunto diverso de funções no corpo. As células constroem proteínas com base em informação codificada no DNA. O processo de extração de informação do DNA para fazer proteínas é chamado de expressão gênica.
Fundamentalmente, a expressão gênica tem dois passos:
- Transcrição – Durante a transcrição, a informação no DNA é “copiada” na forma de RNA do mensageiro (mRNA)
- Translation – Nesta fase, O mRNA é “lido” por máquinas celulares e as proteínas codificadas são feitas
Neste artigo, vamos ter uma visão aprofundada da tradução e olhar para os mecanismos moleculares por trás deste processo. É recomendado ler este artigo em transcrição primeiro.
Como é que o mRNA armazena informação?
Para entender a tradução devemos primeiro entender como a informação das proteínas é armazenada no mRNA. Estritamente falando, o mRNA não codifica para uma proteína. Em vez disso, mRNA codifica – dá instruções para uma seqüência de aminoácidos chamada cadeia de polipeptídeos. As proteínas são feitas de numerosas cadeias de polipeptídeos.
Informação em mRNA é armazenada na forma de sequências de bases de nucleotídeos (A, C, G, e U) que são lidas em três. Um trigêmeo de bases é chamado de códon. Cada códon se refere a um aminoácido específico. Por exemplo, o códão ACG especifica o aminoácido treonina. A ordem dos códons em mRNA especifica a ordem dos aminoácidos na cadeia de polipeptídeos. Assim, e mRNA fio que contém a seqüência AUUCAGUGU codifica para os aminoácidos isoleucina (AUU), glutamina (CAG), e cisteína (UGU) naquela ordem.
No RNA humano, há 61 códons que codificam para cerca de 20 aminoácidos. Há também o códão especial AUG chamado “start codon” que diz onde o gene começa. Finalmente, há três códons especiais que não codificam para aminoácidos (UAA, UAG, UGA) que são chamados “códons de parada”. Os códons de parada dizem mecanismos de tradução quando a cadeia de polipeptídeos está completa.
Overvisão da Tradução
A tradução é um processo complexo que requer alguma maquinaria especializada. Dois tipos de moléculas estão envolvidos no processo de tradução: tRNA e ribossomos.
tRNA
tRNAs (“transferir” RNAs) são moléculas que fazem a ponte entre os códons em mRNA e os aminoácidos que eles especificam. Uma extremidade de tRNA contém uma sequência de bases chamada anticódon que pode se ligar a um códon específico através de par de bases complementares. A outra extremidade do tRNA contém o aminoácido especificado pelo códão. Há moléculas de tRNA que lêem cada códon e bing o aminoácido especificado. tRNAs tRNAs ligam-se ao mRNA e arranjam os aminoácidos na ordem apropriada.
Ribossomos
Ribossomos são as estruturas que fisicamente montam a proteína. Os ribossomos são compostos por uma teia complexa de RNA ribossômico especial (rRNA) e proteínas. Cada ribossoma tem 2 partes: uma pequena subunidade e uma grande subunidade. A subunidade pequena é chamada de subunidade 40S e a subunidade grande de 60S. As duas partes dos ribossomos envolvem o fio de mRNA, quase como os dois pedaços de pão em um sanduíche. A rigor, os ribossomos NÃO são organelas porque lhes falta uma membrana. Os procariotas também possuem ribossomas e os procariotas não possuem organelas.
mRNA são alimentados com ribossomas que lêem os códones. Os ribossomos contêm compartimentos para os anticódons de tRNA para se ligarem aos seus correspondentes códons de mRNA. Os três locais de ligação do tRNA no ribossomo são chamados de locais A, P, e E. Os ribossomos também contêm enzimas que catalisam a reação que liga aminoácidos juntos em uma cadeia de polipéptidos.
Processo de Tradução
A própria tradução pode ser quebrada em três passos: iniciação, alongamento, e terminação. A maioria destes processos ocorre no citoplasma celular ou no retículo endoplasmático. Em eucariotas, a tradução ocorre totalmente separada da transcrição, pois o script pré-mRNA criado na transcrição deve ser modificado antes de ser traduzido. Em procariotas, a tradução ocorre diretamente após a transcrição. Em alguns casos, a tradução de uma extremidade de uma cadeia de mRNA pode começar enquanto a outra extremidade ainda está sendo transcrita.
Initiation
No primeiro passo da tradução, as proteínas do fator de iniciação são liberadas. Estas são as proteínas que desencadeiam os primeiros passos do processo de tradução. Os iniciadores de tradução ligam-se ao final do mRNA 5′ e trazem-no para os ribossomas. O mRNA liga-se à pequena subunidade do ribossomo e é mantido no seu lugar. Em eucariotas, uma molécula de tRNA contendo metionina liga-se à pequena subunidade e juntos se movem pelo cordão do mRNA até chegar ao códão inicial, que é quase sempre o códão AUG. Uma vez alcançado, a subunidade grande do ribossomal envolve o resto do cordão, formando o complexo de iniciação completo.
Em procariotas, a história é um pouco diferente. Em procariotas, a pequena subunidade ribossomal não percorre o cordão mRNA à procura do códão AUG. Em vez disso, ela se liga diretamente a certas seqüências na cadeia do mRNA. Os mecanismos de tradução prokaryote podem reconhecer a área a começar pela presença de sequências Shine-Dalgarno que ocorrem antes do códão de início. As bactérias usam sequências de Shine-Dalgarno porque uma sequência de DNA pode codificar para múltiplas proteínas
Elongamento
Uma vez que a metionina carregando tRNA encontra o códon inicial, a próxima fase de tradução começa. Durante o alongamento, a cadeia de polipeptídeos propriamente dita é construída. Pode-se lembrar o que acontece durante o alongamento pelo nome: No alongamento, a cadeia do poliptídeo fica mais longa.
Quando o alongamento começa, a metionina carregando tRNA está localizada no local P no meio do ribossomo. Ao lado do local P está o local A, que está sobre um códon exposto no cordão de mRNA. O local A é o “slot” para a próxima molécula de tRNA que se ligará com o códon exposto através do par códon-anticodon complementar.
Após o próximo tRNA aterrar no local A, o ribossomo catalisa uma reação que liga os dois aminoácidos juntos. A reação ligando dois aminoácidos é uma reação de hidrólise (remoção de água) que une o grupo de amina de um aminoácido ao grupo de carboxil de outro. Esta reação transfere a metionina do primeiro tRNA para o tRNA no local A. Agora nós temos uma cadeia primitiva de polipéptidos que consiste em dois aminoácidos. A metionina é chamada a extremidade N-terminus e a outra é chamada a extremidade oposta é chamada a extremidade C-terminus.
As cadeias de polipéptidos são mais longas que dois aminoácidos. Uma vez feita a primeira ligação do peptídeo, o mRNA é puxado através do ribossomo por exatamente um códon. Este deslocamento move o tRNA com a cadeia do local A para o local P e move o tRNA vazio no slot P para o slot E (“saída”) onde é removido. O deslocamento também expõe um novo códon do mRNA no local A.
O processo repete pelo fio do mRNA até que a cadeia de poliptídeo esteja completa. Algumas proteínas consistem somente em algumas dúzias de aminoácidos enquanto outros podem ter milhares. A proteína mais longa conhecida é chamada titina e consiste em uma cadeia de 33.000 aminoácidos.
Terminação
Como os ribossomos sabem quando a cadeia de polipeptídeos está completa? Esse é o papel da última etapa da tradução, chamada terminação. A terminação dos mecanismos de tradução acontece quando um códon de parada (UAA, UAG, UGA) entra no site A. Quando um códon de parada entra no site A, ele é reconhecido não pelo tRNA, mas por proteínas especiais chamadas fatores de liberação. Estas proteínas fazem com que as enzimas ribossômicas adicionem uma molécula de água ao último aminoácido da cadeia, fazendo com que as subunidades ribossômicas se dissociem e liberem a cadeia de polipeptídeos. Depois, as subunidades ribossômicas podem ser usadas novamente para traduzir outra cadeia de polipeptídeos.
Pós-Tradução Modificação
Agora temos uma cadeia de polipeptídeos completa, ela pode sair e começar a fazer trabalho no corpo, certo? Bem, não exactamente.
Em procariotas, as proteínas estão geralmente prontas para ir assim que são traduzidas. Em eucariotas, no entanto, as cadeias de polipeptídeos devem muitas vezes passar por um punhado de modificações antes de serem uma proteína madura em pleno funcionamento. Estas edições pós-tradução envolvem a alteração ou remoção de alguns aminoácidos. Algumas proteínas requerem ser dobradas em forma complexa 3-D e existem enzimas que ajudam na dobra. Às vezes, duas cadeias de polipeptídeos dobrados conglomeram-se para formar um complexo proteico maior. Outras vezes a adição ou remoção do grupo de aminoácidos funciona como um “tag” que diz ao corpo para onde as proteínas devem ir.
Em eucariotas, a modificação mot pós-tradução acontece no retículo endoplasmático e no aparelho de Golgi. No retículo endoplásmico, as proteínas são dobradas ou têm seções cortadas ou adicionadas. Os mecanismos que manipulam esses processos são muito diversos. Após serem manipuladas no retículo endoplásmico, as proteínas são enclausuradas em uma vesícula de membrana e transportadas para o aparelho de Golgi. Uma vez lá, elas são submetidas a alguns retoques de última hora antes de serem enviadas para o seu destino final.