TRADUÇÃO PROTEICA
Tradução é o processo de leitura da seqüência de mRNA e sua
conversão em uma seqüência de aminoácidos.
A tradução ocorre no citoplasma e ocorre em organelas citoplasmáticas chamadas
ribossomos. A seq de nucleotídeos de uma molécula de mRNA é “lida” da ponta
5’ para 3’ em grupo de três (códons). Código Genético
5’ ... ... AUU CCG UAC GUA AAU UUG ... ... 3'
códon
códon códon códon códon códon
Como existem 4 nucleotídeos, existem 4x4x4 = 64 códons diferentes, cada
um codificando um AA ou um sinal de término da tradução (stop-codons).
Código Genético
20 AAs + 3 stopcodons
Número de letras no código
O código genético possui 20 AAs comumente encontrados nas ptns celulares.
1 base = 4 AAs possíveis X
2 bases = 16 AAs possíveis X
3 bases = 64 AAs D--- excesso de “palavras” – código genético é redundante,
isto é, alguns AAs devem ser especificados por 2 ou + codons diferentes, pois
se apenas 20 codons fossem usados (sendo os outros 44 stop-codons), então
a maioria das mudanças de matriz de leitura deve produzir palavras sem
sentido, o q pararia o processo de síntese de ptns.
Matriz de Leitura (Open Read Frame - ORF)
Uma seq de nucleotídeos pode, em princípio, ser lida em qualquer de suas 3
janelas de leitura, mas a maioria das seqs de DNA codifica um produto
protéico em apenas uma janela de leitura. Na janela de codificação não pode
haver nenhum stop-codon e cada códon deve corresponder ao AA apropriado.
Mas algumas vezes um AA pode ser substituído por outro em outra janela e
ainda reter a fç da ptn, tornando plausível a utlização de outras janelas de
leitura.
Há exceções, como por exemplo em alguns vírus.
5'
3'
atgcccaagctgaatagcgtagaggggttttcatcatttgaggacgatgtataa
1 atg ccc aag ctg aat agc gta gag ggg ttt tca tca ttt gag gac gat gta taa
M P K L N S V E G F S S F E D D V *
2 tgc cca agc tga ata gcg tag agg ggt ttt cat cat ttg agg acg atg tat
C P S * I A * R G F H H L R T M Y
3 gcc caa gct gaa tag cgt aga ggg gtt ttc atc att tga gga cga tgt ata
A Q A E * R R G V F I I * G R C I
O Código Genético é Universal
Os códons têm o mesmo significado, com pequenas exceções, em
todas as espécies.
As exceções mais importantes à essa universalidade ocorrem nas
mitocôndrias dos mamíferos, nas leveduras e em várias outras
espécies.
Nas mitocôndrias dos mamíferos:
- UGA especifica Trp
- AUA especifica uma Met e não Ile
- AGA e AGG são códons de término e não códons de Arg
tRNA
Cada AA é trazido ao ribossomo por uma molécula específica de RNA
transportador (tRNA) que se pareia a um códon do mRNA. O pareamento do
segmento de 3 nucleotídeos de tRNA , chamado anticódon, é feito com o códon.
O tRNA tem dois sítios importantes: o anticódon e o sítio de ligação do
aminoácido (extremidade 3’). Os outros dois braços ajudam a ligação do tRNA
ao ribossomo.
As moléculas de tRNA tem similaridades estruturais, mas cada uma tem uma
forma 3D única, que permite o reconhecimento pela sintetase correta, a qual
catalisa a união de um tRNA com seu aminoácido específico para formar um
aminoacil-tRNA (tRNA + AA).
Amino Acid Activation by
Aminoacyl-tRNA Synthetase
In two chemical steps, this enzyme catalyzes the
formation of an ester bond between the carboxyl group
of an amino acid and the 3 foot OH of the appropriate
tRNA. (1) The amino acid and a molecule of ATP enter
the active site of the enzyme. Simultaneously, ATP
loses pyrophosphate, and the resulting AMP bonds
covalently to the amino acid. The pyrophosphate is
hydrolyzed to 2P(sub)i. (2) The tRNA covalently bonds
to the amino acid, displacing the AMP. The aminoacyl
tRNA is then released from the enzyme.
Degeneração do Código Genético
Algumas espécies de tRNA
podem
levar
seus
AAs
específicos em resposta a
vários códons, e não apenas
por um, por um tipo frouxo de
pareamento em uma ponta do
códon e anticódon. Este
pareamento é chamado de
oscilante. A oscilação é
causada pelo 3º nucleotídeo de
um anticodon q não fica bem
alinhado. Este nucleotídeo
desalinhado às vezes pode
formar pontes de H não só
com seu nt complementar
normal na 3ª posição do
codon, mas também com um
nucleotídeo diferente nesta
posição.
SÍNTESE DE PROTEÍNAS
Resumo:
1- Cada AA é ligado a uma molécula específica de tRNA por uma ligação de
alta energia derivada do ATP. O processo é catalisado por uma enzima
específica chamada de sintetase. Há uma sintetase específica para cada AA.
2- A energia do tRNA carregado é convertida em uma ligação peptídica que une
o AA a outro no ribossomo.
3- Novos AAs são ligados por meio de ligações peptídicas à cadeia em
crescimento
4- Este processo continua até AAn (o AA final) ser adicionado.
O processo total só funciona na presença de mRNA, ribossomos, vários
fatores protéicos adicionais, enzimas e íons inorgânicos.
Ribossomo
Consiste de 2 subunidades que nos procariontes, se sedimentam como partículas 50S
(subunidade maior) e 30S (subunidade menor) e se associam para formar uma partícula 70S.
Nos eucariotos são as subunidades 60S e 40S que formam a partícula 80S.
Os ribossomos contém sítios específicos que os possibilitam se ligar ao
mRNA, aos tRNAs e aos fatores proteicos específicos necessários à
síntese de ptns.
O mRNA liga-se à subunidade 30S.
Os tRNAs se ligam a dois sítios no ribossomo:
Sítio A (aceptor) – sítio de entrada de um aminoacil-tRNA.
Sítio P (peptidil) – o peptidil-tRNA se liga levando a cadeia polipeptídica em crescimento para
o novo aminoacil-tRNA, formando uma nova ligação peptídica
Sítio E ? (saída) – onde o tRNA desacilado é liberado.
Estágios da Síntese Proteíca
3 etapas:
Iniciação - ligação do ribossomo ao mRNA e ligação do 1º tRNA.
Alongamento - translocação do ribossomo e formação de todas as
ligações peptídicas.
Término - liberação da cadeia peptídica, dissociação do ribossomo
ao mRNA.
Iniciação
Componentes:
Iniciação
Procariotos:
Além do mRNA, dos ribossomos e das moléculas específicas de tRNA, a
iniciação necessita da participação de vários fatores,chamados fatores de
iniciação IF1, IF2 e IF3.
Na maioria dos procariotos o primeiro AA em qq novo polipeptídeo sintetizado é
uma N-formilmetionina. Ele é inserido por um tRNA iniciador chamado
tRNAfMet. Portanto o códon AUG na maioria das vezes é o códon iniciador (pode
ser tb GUG e em raras vezes UUG). Esse códon é reconhecido pelo tRNAfMet, e
a Metionina aparece como o 1º AA da cadeia.
1. Ligação do mRNA à subunidade
30S, estiulada pelo IF3.
Qdo não estão participando da síntese
de ptns,as subunidades ribossomais
existem sob a forma livre.
2. IF2 se liga a GFP e ao fMet-tRNA e
estimula sua ligação ao complexo de
iniciação, levando o fMet-tRNA para o
sítio P.
3. GFP é quebrado por um ptn
ribossomal, liberando energia para
ativar a montagem das 2 subunidades
ribossomais. Então IF2 e IF3 são
liberados.
IF1: seu papel não está claro, parece
participar na reciclagem do ribossomo.
Como o códon correto de iniciação é selecionado dentre os muitos
códons AUG e GUG no mRNA?
Os verdadeiros códons de iniciação são precedidos de seqs que se pareavam
bem com a ponta 3’ do rRNA 16S (Seqüência de Shine-Delgarno) rica em
purina.
Há uma separação curta variável entre a seq de Shine-Delgarno e o
códon de iniciação
Structure of a typical bacterial mRNA molecule. Unlike eucaryotic
ribosomes, which typically require a capped 5 end, procaryotic ribosomes
initiate transcription at ribosome-binding sites (Shine-Dalgarno sequences),
which can be located anywhere along an mRNA molecule. This property of
ribosomes permits bacteria to synthesize more than one type of protein from a
single mRNA molecule
Eucariotos:
- Shine-Delgarno não está presente em eucariotos, e esta é uma diferença significativa entre os 2
sistemas de tradução.
- Em eucariotos, a sub-unidade menor do ribossomo se associa à extremidade 5’ do mRNA.
(reconhecimento do 5’Cap) e “escaneia” este até achar o primeiro AUG, onde então a subunidade maior
se associa. O AUG de eucariotos deve estar num contexto específico GCCA/GCCAUGG.
- Em alguns vírus que infectam eucariotos (ex. picornavirus), existem sequências internas para iniciação
de tradução (IRES) Æ destrói Cap dos mRNAs.
- O tRNA-Met inicial não é formilado, mas sua estrutura tambem é diferente da do tRNA-Met do meio da
cadeia, responsável pela especificidade da ligação.
AIongamento
As etapas do alongamento são auxiliadas
por 3 fatores proteicos: EF-Tu, EF-Ts e EFG.
1- EF-Tu medeia a entrada do aminoaciltRNA no sítio A. Para isso EF-Tu se liga a
GTP e se liga ao tRNA. GTP é quebrado e
ativa a ligação do aminoacil-tRNA no sítio A
e EF-TU então é liberado.
2- EF-Ts medeia a ligação EF-Tu – GDP do
ribossomo e a regeneração de EF-Tu-GTP.
3- Na etapa de translocação a cadeia
polipeptídica do peptidil-tRNA do sítio P é
transferida para o aminoacil-tRNA no sítio A,
em uma reação catalisada pela peptidiltransferase. O ribossomo então se move um
códon ao longo do mRNA, indo no sentido 5’3’. Esta etapa é mediada pelo ET-G e é
necessária a quebra de GTP para liberar o
tRNA descarregado do sítio P e para a
transferência do peptidil-tRNA para o sítio A.
A cadeia polipeptídica cresce no sentido N-terminal l C-terminal, pois a
ligação peptídica ocorre com a ligação da região N-terminal do AAn+1 à
região C-terminal do AAn .
Eucariotos
Em eucariotos o alongamento é
semelhante ao dos procariotos.
Terminação
3 códons de término: UAG, UAA e UGA. Não são reconhecidas por um
tRNA, mas por fatores proteicos (fatores de liberação).
Em procariotos os fatores de liberação são RF1 e RF2.
RF1: reconhece as trincas UAA e UAG.
RF2: reconhece as trincas UAA e UGA.
RF3: ajuda a catalisar o término da cadeia, não reconhece os stop-codons.
Em eucariotos um único fator de liberação (eRF) reconhece todos os 3
códons de término.
Quando o peptidil-tRNA está no sítio P,
os fatores de liberação, em resposta aos
códons de término, ligam-se ao sítio A. O
polipeptídeo é então liberado do sítio P, e
o ribossomo se dissocia em duas
subunidades, em uma reação ativada
pela hidrólise de uma molécula de GTP.