Universidade Estadual Paulista “Júlio de Mesquita Filho”
Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias
Disciplina: Métodos de Purificação e Análise de Proteínas
Síntese Proteica e
Modificações
Pós-traducionais
Prof. Dr. Marcos Túlio Oliveira
Estagiária: Flávia Campos Freitas Vieira
Dogma Central da Biologia
Molecular
A importância da síntese de proteínas
• As proteínas são os produtos finais da maioria das
vias de informação.
• Componentes e mecanismos utilizados pela
maquinaria de síntese proteica são bem conservados
em todas as formas de vida, de bactérias a
eucariotos.
• É o mais complexo processo de biossíntese que
envolve ao todo quase 300 macromoléculas
diferentes, quase todas dentro do ribossomo.
• Chega a consumir 90% do total de energia utilizada
por uma célula para reações biossintéticas.
• Apesar da complexidade podem produzir proteínas de
forma rápida.
• Ex: um polipeptídeo de 100 resíduos é sintetizado em 5 seg
em uma célula de E. coli (a 37ºC).
• Os processos de endereçamento e degradação devem
estar sincronizados com o de síntese.
O código genético
• A informação genética contida no
DNA é transmitida para o mRNA
pelo processo de transcrição.
• O processo geral da síntese
proteica dirigida por um mRNA é
chamado de tradução.
Propriedades do código genético
Os aminoácidos são formados a partir de códons
A, G, U, C
4¹ = 4
4² = 16
4³ = 64
Os códons são lidos de maneira
sucessiva e sem sobreposição
• Os códons não compartilham nucleotídeos.
Um primeiro códon específico na
sequência estabelece a fase de leitura
• Todo mRNA tem três fases de leitura possíveis.
• Os códons e, consequentemente, os aminoácidos
codificados, são diferentes em cada fase de leitura.
• Apenas uma fase codifica uma dada proteína.
O código genético é degenerado e
universal
• Um aminoácido pode ser
codificado por mais de um
códon.
• A degeneração não é
uniforme.
• Os códons dos
aminoácidos são idênticos
em quase todas as espécies
estudadas.
Tradução do código genético
A decifração do código genético é tida como uma das mais
importantes descobertas científicas do século XX.
Tradução do código genético
Existem códons com funções
especiais
• Códon de iniciação:
AUG  Met
• Códons de parada:
UAA
UAG
UGA
Não codificam
nenhum
aminoácido
Fase de leitura aberta (ORF)
• É uma fase de leitura sem um códon de parada entre
50 ou mais códons.
• Longas ORFs geralmente correspondem a genes que
codificam a proteínas.
• Ex: proteína de 60 kDa  500 códons ou mais
A terceira base de um códon é
oscilante
• O tRNA possui três bases
(anticódon) que pareiam com
o códon no mRNA.
 As duas primeiras letras de um códon são
determinantes primários da especificidade.
 A terceira letra é oscilante. Pareia de forma frouxa e
permite rápida dissociação entre o tRNA e seu códon.
O código genético é resistente a
mutações
• O código é extremamente resistente aos efeitos deletérios
dos tipos mais comuns de mutações.
• Mutações sem sentido (missense):
– Mutações silenciosas;
– Mutações de transição.
• G≡C  A=T;
• GUU (Val)  CUU (Leu)  AUU (Ile).
Síntese Proteica
1. Ativação de precursores
2. Iniciação
3. Alongamento
4. Terminação
5. Processamento pós-sintético
Estágios da Síntese Proteica
4
Componentes necessários para a síntese proteica em E. coli
Componentes-chave na biossíntese
de proteínas
tRNA
ribossomos
Ribossomos
• Bacterianos  65% rRNA + 35%
proteína
• Constituídos por no mínimo uma
grande subunidade de rRNA +
proteínas ribossomais.
• As proteínas são elementos
secundários.
Ribossomo bacteriano
Ribossomos
• O ribossomo é uma ribozima.
• As duas subunidades de rRNA,
encaixam-se formando uma fenda
para o mRNA.
Ribossomos
• A estrutura do rRNAs
que compõe os
ribossomos são
altamente conservados
em todos organismos.
• Os ribossomos de
mitocôndrias e
cloroplastos são um
pouco menores do que
os de bactérias.
RNA transportador
• São compostos por uma única fita de RNA dobrada
em uma estrutura tridimensional precisa.
• Existe pelo menos um tRNA para cada aminoácido
(no mínimo 32).
RNA transportador
Braço do
aminoácido
Braço D
Braço TΨC
Braço do
anticódon
Síntese Proteica: Estágio 1
Síntese Proteica: Estágio 1
• Ocorre no citoplasma.
• Enzimas que esterificam os aminoácidos aos seus
respectivos tRNAs  aminoacil-tRNA-sintases.
• Cada enzima é específica para um aminoácido ou um
ou mais tRNAs correspondentes.
• Reação irreversível.
aminoácido + tRNA + ATP
Mg2+
aminoacil-tRNA + AMP + PPi
• A aminoacilação do tRNA:
– Ativa um aminoácido para a formação de uma ligação
peptídica;
– Garante o posicionamento apropriado do aminoácido no
polipeptídeo (essencial para a fidelidade da síntese proteica).
• A taxa de erro da síntese proteica é ± 1 erro para cada
104 aminoácidos incorporados.
• As proteínas defeituosas são degradadas  erro
interrompido.
Aminoacil-tRNAsintase. Asp-tRNA-sintase
de levedura, típica sintase dimérica.
• O grau de fidelidade
garante poucos erros e
utilização da energia
gasta.
• A quantidade de
proteínas corretas
compensa as erradas.
Síntese Proteica: Estágio 2
• A síntese é feita na direção:
Aminoterminal (5’)  carboxiterminal (3’)
Estágio 2
• Dois tRNAs para o códon AUG.
• Em bactérias, cloroplastos e mitocôndrias:
– Um para iniciar a síntese: N-formilmetionina (tRNAfMet);
– Outro para a tradução da met em posições internas
(tRNAMet).
• Em eucariotos:
– Existem dois tRNAMet .
• Como pode um único códon determinar qual
tRNA será inserido?
Estágio 2 – A iniciação
Estágio 2 – A iniciação em Procariotos
Sequência Shine-Dalgarno
Sinal de iniciação que pareia com
a extremidade 3’ do rRNA 16S.
O (5’) AUG específico no qual o fMet-tRNA deve se ligar
é distinguido dos outros códons de metionina pela sua
proximidade à sequência Shine-Dalgarno no mRNA.
Estágio 2 – A iniciação em Eucariotos
elF3
Subunidade
ribossomal 60S
-80S
Estágio 3 – O Alongamento
Composto por 3 etapas
Estágio 3
Etapa 1 – Ligação de um aminoacil-tRNA
Estágio 3
Etapa 2 – Formação da primeira ligação peptídica
Estágio 3
Etapa 3 - Translocação
Síntese Proteica: Estágio 4
Estágio 4 – A terminação
• Os fatores de terminação
contribuem:
– Hidrólise da ligação peptidil-tRNA
terminal;
– Liberação do polipeptídeo e do
último tRNA;
– Dissociação do ribossomo e
reciclagem.
• RF-1  UAG e UAA
• RF-2  UGA e UAA
Estágio 4
Polissomos
• É
um
conjunto
de
ribossomos adjacentes em
uma molécula de mRNA que
está
sendo
traduzida
simultaneamente.
• Eucariotos e procariotos.
Síntese Proteica: Estágio 5
Estágio 5 – Enovelamento e Processamento
• Algumas proteínas recém-sintetizadas não adquirem
sua conformação final biologicamente ativa até que
sofram modificações pós-traducionais.
Modificações Aminoterminais e Carboxiterminais
Resíduos como N-formilmetionina (bactérias) e
metionina (eucariotos) podem ser removidos para a
formação da proteína funcional.
Perda das sequências sinalizadoras
Sequências sinalizadoras
são removidas no final por
peptidases específicas.
Modificações de aminoácidos individuais
Aminoácidos fosforilados
Aminoácidos metilados
Aminoácidos carboxilados
Ex: caseína do leite
Ex: prototrombina
Ex: proteínas musculares
Modificações em Histonas
Histonas podem ter modificações N-terminais feitas
por uma variedade de pequenas moléculas (grupos
acetil, metil ou fosfato).
• Acetilação  associados com regiões
no cromossomo de transcrição ativa.
• Desacetilação  associados com
regiões na cromatina de transcrição
reprimida.
• Metilação  associado com ativação
ou repressão da cromatina,
dependendo do aminoácido
modificado.
• Fosforilação  associada com as
cromatinas altamente condensadas de
cromossomos mitóticos.
Ligação de cadeias laterais de carboidratos
Cadeias laterais de carboidratos de glicoproteínas são
ligadas covalentemente durante ou após a síntese. Como
proteínas extracelulares, proteoglicanos.
Formação de pontes dissulfeto
Algumas proteínas formam
pontes dissulfeto entre
resíduos de Cys (cisteína).
Comuns em proteínas
secretadas.
Ajudam a proteger a
conformação nativa no meio
extracelular.
Adição de grupos prostéticos
Muitas proteínas exigem a ligação de grupos prostéticos,
para sua atividade.
Inibição da síntese por antibióticos e toxinas
• A síntese proteica é o alvo de muitos antibióticos e
toxinas naturais.
• Diferenciação entre os processos de procariotos e
eucariotos.
Cloranfenicol
Bloqueia a atividade peptidil-transferase
em bactérias, mitocôndrias e cloroplastos
Ricina
Inativa a subunidade 60S dos ribossomos
eucarióticos
Tetraciclinas
Bloqueiam o sítio A do ribossomo
Cicloeximida
Bloqueia a peptidil-transferase em eucariotos
Estreptomicina
Leitura errada do código genético.
Inibe a iniciação
Puromicina
Streptomyces alboniger. Se liga ao sítio
A do ribossomo.
Endereçamento e degradação
proteica
Endereçamento proteico
Cloroplastos
• Sequência sinal ou peptídeo sinal  sequência curta
de aminoácidos que direciona a proteína para o seu
local apropriado na célula.
• Nas proteínas que vão para o RE, mitocôndrias ou
cloroplastos, a sequência sinal está localizada na
porção aminoterminal.
Endereçamento de proteínas em eucariotos
Endereçamento de proteínas em eucariotos
• No lúmem do RE, as proteínas recém-sintetizadas
sofrem modificações (enovelamento, pontes dissulfeto,
glicosilação, etc).
• As proteínas são transportadas
para o aparelho de Golgi, para
depois serem selecionadas e
enviadas para seu destino final.
Endereçamento de proteínas em procariotos
Degradação de proteínas
• Evita o acúmulo de
proteínas anormais ou não
desejáveis;
• Permite a reciclagem dos
aminoácidos.
• Eucariotos: ubiquitina –
ligada a proteínas que vão
ser degradadas por meio de
uma via de ATP no
complexo proteossomo.
Referências
• Nelson, D. L., Cox, M. M. Princípios de Bioquímica
de Lehninger. Capítulo 27. Porto Alegre: Artmed,
2014.
• Watson, J. D., Baker, T. A., Bell, S. P., Gann, A.,
Levine, M., Losick, R. Molecular Biology of the Gene.
5ª ed., US, 2004.
Dúvidas?
Perguntas?
Comentários?
Tradução
https://www.youtube.com/watch?v=DcCnmPeutP
4
Síntese Proteica
https://www.youtube.com/watch?v=RqXhHqGIiY
Modificação Proteica
https://www.youtube.com/watch?v=Cy5gCjctps4