9.4: Tradução
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A síntese de proteínas é um dos processos metabólicos que mais consomem energia em uma célula. Por sua vez, as proteínas representam mais massa do que qualquer outro componente dos organismos vivos (com exceção da água), e as proteínas desempenham uma ampla variedade de funções de uma célula. O processo de tradução, ou síntese de proteínas, envolve a decodificação de uma mensagem de mRNA em um produto polipeptídico. Os aminoácidos são unidos covalentemente em comprimentos que variam de aproximadamente 50 aminoácidos a mais de 1.000.
A maquinaria de síntese prote
Além do modelo de mRNA, muitas outras moléculas contribuem para o processo de tradução. A composição de cada componente pode variar entre as espécies; por exemplo, os ribossomos podem consistir em diferentes números de RNAs ribossômicos (rRNA) e polipeptídeos, dependendo do organismo. No entanto, as estruturas e funções gerais do maquinário de síntese de proteínas são comparáveis, desde bactérias até células humanas. A tradução requer a entrada de um modelo de mRNA, ribossomos, tRNAs e vários fatores enzimáticos (Figura\(\PageIndex{1}\)).
Em E. coli, existem 200.000 ribossomos presentes em cada célula a qualquer momento. Um ribossomo é uma macromolécula complexa composta por rRNAs estruturais e catalíticos e muitos polipeptídeos distintos. Em eucariotos, o nucléolo é totalmente especializado na síntese e montagem de rRNAs.
Os ribossomos estão localizados no citoplasma dos procariontes e no citoplasma e no retículo endoplasmático dos eucariotos. Os ribossomos são compostos por uma subunidade grande e uma pequena que se juntam para tradução. A pequena subunidade é responsável pela ligação ao modelo de mRNA, enquanto a subunidade grande se liga sequencialmente aos tRNAs, um tipo de molécula de RNA que traz aminoácidos para a cadeia crescente do polipeptídeo. Cada molécula de mRNA é traduzida simultaneamente por muitos ribossomos, todos sintetizando proteínas na mesma direção.
Dependendo da espécie, existem 40 a 60 tipos de tRNA no citoplasma. Servindo como adaptadores, tRNAs específicos se ligam a sequências no modelo de mRNA e adicionam o aminoácido correspondente à cadeia polipeptídica. Portanto, os tRNAs são as moléculas que realmente “traduzem” a linguagem do RNA para a linguagem das proteínas. Para que cada tRNA funcione, ele deve ter seu aminoácido específico ligado a ele. No processo de “carga” do tRNA, cada molécula de tRNA é ligada ao seu aminoácido correto.
O Código Genético
Para resumir o que sabemos até o momento, o processo celular de transcrição gera RNA mensageiro (mRNA), uma cópia molecular móvel de um ou mais genes com um alfabeto de A, C, G e uracilo (U). A tradução do modelo de mRNA converte informações genéticas baseadas em nucleotídeos em um produto proteico. As sequências de proteínas consistem em 20 aminoácidos comuns; portanto, pode-se dizer que o alfabeto proteico consiste em 20 letras. Cada aminoácido é definido por uma sequência de três nucleotídeos chamada códon trigêmeo. A relação entre um códon nucleotídico e seu aminoácido correspondente é chamada de código genético.
Dados os diferentes números de “letras” nos “alfabetos” de mRNA e proteínas, as combinações de nucleotídeos correspondiam a aminoácidos únicos. Usar um código de três nucleotídeos significa que há um total de 64 (4 × 4 × 4) combinações possíveis; portanto, um determinado aminoácido é codificado por mais de um trigêmeo de nucleotídeo (Figura\(\PageIndex{2}\)).
Três dos 64 códons terminam a síntese de proteínas e liberam o polipeptídeo da máquina de tradução. Esses trigêmeos são chamados de códons de parada. Outro códon, o AUG, também tem uma função especial. Além de especificar o aminoácido metionina, ele também serve como códon inicial para iniciar a tradução. O quadro de leitura para tradução é definido pelo códon inicial do AUG próximo à extremidade 5' do mRNA. O código genético é universal. Com algumas exceções, praticamente todas as espécies usam o mesmo código genético para a síntese de proteínas, o que é uma evidência poderosa de que toda a vida na Terra compartilha uma origem comum.
O mecanismo da síntese protéica
Assim como na síntese de mRNA, a síntese de proteínas pode ser dividida em três fases: iniciação, alongamento e terminação. O processo de tradução é semelhante em procariontes e eucariotas. Aqui, exploraremos como a tradução ocorre em E. coli, um procariota representativo, e especificaremos quaisquer diferenças entre a tradução procariótica e eucariótica.
A síntese de proteínas começa com a formação de um complexo de iniciação. Em E. coli, esse complexo envolve a pequena subunidade do ribossomo, o modelo de mRNA, três fatores de iniciação e um tRNA iniciador especial. O tRNA iniciador interage com o códon inicial do AUG e se liga a uma forma especial do aminoácido metionina que normalmente é removida do polipeptídeo após a conclusão da tradução.
Em procariontes e eucariotos, os princípios básicos do alongamento polipeptídico são os mesmos, portanto, revisaremos o alongamento da perspectiva da E. coli. A grande subunidade ribossômica de E. coli consiste em três compartimentos: o sítio A liga tRNAs carregados de entrada (tRNAs com seus aminoácidos específicos conectados). O sítio P se liga aos tRNAs carregados que transportam aminoácidos que formaram ligações com a cadeia polipeptídica em crescimento, mas ainda não se dissociaram do tRNA correspondente. O site E libera tRNAs dissociados para que possam ser recarregados com aminoácidos livres. O ribossomo muda um códon por vez, catalisando cada processo que ocorre nos três locais. A cada etapa, um tRNA carregado entra no complexo, o polipeptídeo se torna um aminoácido a mais e um tRNA não carregado parte. A energia de cada ligação entre aminoácidos é derivada do GTP, uma molécula semelhante ao ATP (Figura\(\PageIndex{3}\)). Surpreendentemente, o aparelho de tradução de E. coli leva apenas 0,05 segundos para adicionar cada aminoácido, o que significa que um polipeptídeo de 200 aminoácidos pode ser traduzido em apenas 10 segundos.
O término da tradução ocorre quando um códon de parada (UAA, UAG ou UGA) é encontrado. Quando o ribossomo encontra o códon de parada, o polipeptídeo em crescimento é liberado e as subunidades do ribossomo se dissociam e saem do mRNA. Depois que muitos ribossomos concluem a tradução, o mRNA é degradado para que os nucleotídeos possam ser reutilizados em outra reação de transcrição.
CONCEITO EM AÇÃO
Transcreva um gene e traduza em proteína usando o emparelhamento complementar e o código genético neste local.
Resumo
O dogma central descreve o fluxo de informações genéticas na célula, dos genes ao mRNA e às proteínas. Os genes são usados para produzir mRNA pelo processo de transcrição; o mRNA é usado para sintetizar proteínas pelo processo de tradução. O código genético é a correspondência entre o códon de mRNA de três nucleotídeos e um aminoácido. O código genético é “traduzido” pelas moléculas de tRNA, que associam um códon específico a um aminoácido específico. O código genético é degenerado porque 64 códons trigêmeos no mRNA especificam apenas 20 aminoácidos e três códons de parada. Isso significa que mais de um códon corresponde a um aminoácido. Quase todas as espécies do planeta usam o mesmo código genético.
Os participantes da tradução incluem o modelo de mRNA, ribossomos, tRNAs e vários fatores enzimáticos. A pequena subunidade ribossômica se liga ao modelo de mRNA. A tradução começa no AUG inicial do mRNA. A formação de ligações ocorre entre aminoácidos sequenciais especificados pelo modelo de mRNA de acordo com o código genético. O ribossomo aceita tRNAs carregados e, à medida que avança ao longo do mRNA, catalisa a ligação entre o novo aminoácido e o final do polipeptídeo em crescimento. Todo o mRNA é traduzido em “etapas” de três nucleotídeos do ribossomo. Quando um códon de parada é encontrado, um fator de liberação se liga e dissocia os componentes e libera a nova proteína.
Glossário
- códon
- três nucleotídeos consecutivos em mRNA que especificam a adição de um aminoácido específico ou a liberação de uma cadeia polipeptídica durante a tradução
- código genético
- os aminoácidos que correspondem aos códons de três nucleotídeos do mRNA
- rRNA
- RNA ribossômico; moléculas de RNA que se combinam para formar parte do ribossomo
- pare o códon
- um dos três códons de mRNA que especifica o término da tradução
- iniciar o códon
- o AUG (ou, raramente, GUG) em um mRNA a partir do qual a tradução começa; sempre especifica metionina
- tRNA
- RNA de transferência; uma molécula de RNA que contém uma sequência específica de anticódon de três nucleotídeos para emparelhar com o códon de mRNA e também se liga a um aminoácido específico