ASPECTOS GERAIS DA SÍNTESE DE PROTEÍNAS EM EUCARIONTES

por Gladis Franck da Cunha

A síntese de proteínas em organismos eucariontes envolve duas etapas básicas: uma nuclear – a transcrição e outra citoplasmática – a tradução.
O fluxo da informação genética é quase exclusivamente em um sentido: DNA > RNA > Proteína, ou seja, o DNA especifica a síntese de RNA, que por sua vez especifica a síntese de polipeptídeos, os quais formam proteínas. Esse é o dogma central da biologia molecular.

TRANSCRIÇÃO

A transcrição envolve a síntese de uma molécula de RNAm a partir de um molde de DNA pela enzima RNA polimerase II (veja nota 1).

Diversas cópias podem ser feitas de um mesmo gene, assim como uma mesma molécula de RNAm pode dirigir a síntese de diversas cópias idênticas de polipeptídios.
Se não houver qualquer tipo de alteração, um mesmo gene ocorre sempre num mesmo local de determinado cromossomo. Este local é denominado loco gênico.

A transcrição sempre produz um RNA complementar à fita molde. A enzima que realiza a transcrição é chamada RNA-polimerase, que, como todas as polimerases, sempre lê a fita de DNA no sentido de 3’para 5’ e elabora uma fita de RNA complementar e antiparalela, ou seja, de 5’ para 3’.

Diversos tipos de RNA são produzidos nas células: RNAr; RNAt, RNAn e RNAm (ribossômico, transportador, nuclear e mensageiro, respectivamente).

Os RNAn estão presentes apenas no núcleo celular, ao serem processados produzem o RNAm, que irá para o citoplasma dirigir a tradução, pois a maioria dos genes é subdividida em regiões codificantes (éxons) intercaladas por regiões não codificantes (íntrons).

CONTROLE DA TRANSCRIÇÃO

Além da RNA polimerase II, a transcrição depende da presença de diversas outras proteínas denominadas fatores de transcrição. São elas que identificam o local de início da transcrição. Ou seja, as RNA-polimerases dos eucariotos não tem autonomia para iniciar a transcrição.

É preciso que combinações de elementos com sequencias curtas, adjacentes ao gene, atuem como sinais de reconhecimento para que os fatores de transcrição possam ligar-se ao DNA para guiar e ativar a polimerase. Um conjunto desses elementos fica agrupado a e constitui coletivamente, o promotor (BORGES, s.d.).

Depois que vários fatores de transcrição se ligam à região do promotor, uma RNA-polimerase liga-se a esse complexo de iniciação e é ativada para iniciar a síntese de RNA a partir de um único ponto. Esta ativação depende da presença de ATP.

Os elementos promotores sempre incluem um TATA box, frequentemente a TATAAA ou uma variante dele, situada a aproximadamente –25pb do sítio da transcrição. Uma mutação no elemento TATA não impede o início da transcrição, mas desloca seu ponto de início de sua posição normal. Outro elemento promotor frequente é o CAAT Box, que usualmente é o maior determinante da eficiência do promotor (BORGES, s.d.).

Há um vídeo no Youtube que mostra uma animação da transcrição, evidenciando o papel dos fatores de trancrição e do ATP neste processo, acesse aqui. 

A animação abaixo também mostra este processo:

TRADUÇÃO

A tradução depende da presença de ribossomos e de RNA-transportadores ligados aos respectivos aminoácidos. Como podem existir até 61 códons diferentes no RNAm, devem existir 61 tipos de RNAt com os respectivos anticódons, para que a leitura correta da mensagem ou gene seja efetuada.

A organela celular onde se processa a leitura do RNAm é o ribossomo.

ESTRUTURA DOS RIBOSSOMOS: O RNAr se associa a proteínas específicas para formar os ribossomos celulares, os quais têm a função de ler a fita de RNAm, lendo 2 códons por vez.

À medida que os ribossomos se “locomovem” sobre a molécula de RNAm, no sentido 5’ para 3’, os RNAt ligados aos seus respectivos aminoácidos, vão se ligando aos códons. Quando dois RNAt estão ligados ao ribossomo ocorre a ligação peptídica.

Após a ligação peptídica ocorrer, o RNAt que está no primeiro códon do ribossomo é desconectado do seu AA e se separa do ribossomo.

Com um sítio de ligação vazio o ribossomo “avança” sobre mais um códon do RNAm e atrairá o próximo RNAt.

Desse modo, cada ribossomo que leia um mesmo RNA produzirá uma cadeia polipeptídica.

Diz-se que a mensagem do RNAm é decodificada nos ribossomos.

A animação abaixo resume este processo, mostrando as etapas de iniciação da leitura, elongação e finalização da leitura.


Outra boa animação da tradução com narração em Espanhol pode ser vista aqui.

CONTROLE DA TRADUÇÃO

O local de início e de final da tradução é crucial, pois dele depende a correta leitura da mensagem. A tradução sempre inicia com o códon AUG e o RNAt iniciador sempre carrega o aminoácido metionina. O final da tradução pode ser dado por um dos três códons: UAA; UGA ou UAG.

Em eucariontes o RNAt ligado à metionina já está associado à subunidade menor do ribossomo que se ligará ao RNAm.

CONTROLE DA TAXA DE SÍNTESE DE PROTEÍNAS

O tempo para produção de uma proteína pode variar de 20 segundos a alguns minutos.

A degradação cuidadosamente controlada de proteínas ajuda a regular sua quantidade na célula.

Outro fato que regula a produção de proteínas é a presença de cada gene em dose dupla, tendo sido um recebido através do gameta masculino e outro através do gameta feminino. Estes genes podem ser idênticos ou apenas semelhantes e por terem origens diferentes, paterna e materna, são ditos genes alelos.

Os alelos podem sofrer mutações e não produzirem mais uma proteína funcional. Em alguns casos, o fato de um indivíduo ter um dos alelos normais e somente um mutante, ou seja, ser heterozigoto para a mutação é o suficiente para que tenha um fenótipo normal, exemplo disso é o albinismo(2). Noutros casos a presença de um único alelo deficiente já produz uma doença genética como é o caso do raquitismo hipofosfatêmico(3).

Em resumo: a síntese de proteínas depende de uma correta sequência de bases no DNA, sua correta transcrição para o RNAm e correta tradução pelos ribossomos e RNAt. Além disso, em certos casos, um indivíduo saudável também depende da quantidade de produção de uma proteína, necessitando que os dois alelos presentes tenham a informação correta para produção de proteínas funcionais.

O filme abaixo é de 1971 e foi dirigido por Robert Alan Weiss para o departamento de Química da Universidade de Stanford. Seu objetivo foi apresentar de forma lúdica a Síntese de Proteínas. O início do curta-metragem de 13:24 min apresenta uma narração do processo por Paul Berg, que, em 1980, ganhou o Prêmio Nobel da Química. Pelo seu aspecto histórico e lúdico ele é imperdível, sendo apresentado em aulas de Biologia até hoje.



Notas:
1- Há três tipos de RNA polimerase: tipo I –transcreve os RNAr de cadeia maior (28S, 18S e 5,8S); tipo II – transcreve os genes que codificam proteínas formando os RNAm; tipo III – transcreve o menor RNAr (5S) e os RNAt.

2- O albinismo é uma anomalia genética, na qual ocorre um defeito na produção de melanina (pigmento), esta anomalia é a causa da ausência total ou parcial de pigmentação da pele, dos olhos e dos cabelos. O albinismo é hereditário e aparece com a combinação dos dois pais portadores do gene recessivo. O albinismo, também conhecido como hipopigmentação, recebe seu nome da palavra latina “albus” e significa branco. Esta anomalia afeta todas as raças (Albinismo Humano).

3- O RAQUITISMO é uma doença óssea caracterizada pela diminuição da mineralização da placa epifisária de crescimento. Hipofosfatêmico ligado ao cromossomo X. Há diferentes formas de raquitismo, nem todas genéticas. As formas genéticas são causadas por diferentes genes, nem todas são dominantes e ligadas ao sexo, algumas são autossômicas recessivas, mas o raquitismo hipofosfatêmico com transmissão dominante ligada ao cromossomo X é o mais comum. As principais manifestações clínicas são semelhantes nos diferentes tipos, sendo mais precoces nos casos hereditários. Os primeiros sinais e sintomas podem surgir desde o 1° ano de vida e progredir com a idade. Os principais sintomas são o atraso no fechamento das fontanelas cranianas, no crescimento, e no desenvolvimento motor; retardo na erupção dos dentes e maior propensão às infecções e hipoplasia do esmalte (Cursos da Saúde). Fonte da imagem e mais informações na Revisão e Ensaio de Hamilton Cabral de Menezes Filho; Nuvarte Setian e Durval Damiani (2008).

Referências:
1- BORGES, Fernando. Controle da Expressão Gênica. sem data. Texto em PDF. Disponível em http://genetica.ufcspa.edu.br/biomedic/conteudo/genetica_molecular/contrexprgen.PDF acesso em 14 ago 2010.
2- BORGES-OSÓRIO, M.R. ; ROBINSON, W.M. Genética Humana. Porto Alegre: Artes Médicas: Ed. da Universidade, 1993.
3- CÉSAR, ; SEZAR. Biologia. Apoio ao Professor. vol 1Editora Saraiva disponível em: http://biologiacesaresezar.editorasaraiva.com.br/biologia/site/apoioaoprofessor/apoiovolume1.cfm
4- COOPER, Geoffrey M. Eukaryotic RNA Polymerases and General Transcription Factors. The Cell a Molecular Approach. 2ed. 2000. Disponível em: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshelf/br.fcgi?book=cooper∂=A980
5- GRIFFITHS, A. J. F. et al. Introdução à Genética. Rio de Janeiro, Guanabara Koogan, 6a. ed. , 1998.
6- VÉRAS, R. 2010. Marcas da adaptação: A teoria neutra e as assinaturas moleculares da seleção natural. Evolucionismo.org, Disponível em: http://evolucionismo.org/profiles/blogs/marcas-da-adaptacao-a-teoria?xg_source=activity acesso em 14 ago 2010.
7- VOET, D. ; VOET, J.G ; PRATT, C. W.. Fundamentos de Bioquímica. 2ed. Porto Alegre, ARTMED, 2008.
8- WINONA.EDU. Chapter 6 - Enzymes: The Catalysts of Life - Continued s.d. disponível em: http://course1.winona.edu/sberg/308s09/Lec-note/EnzymesB.htm acesso em 14 ago 2010.