AULA 6: SÍNTESE PROTÉICA

O Fluxo da Ação Gênica

1. A Síntese Protéica

Introdução: A necessidade de síntese das células

• A Síntese Protéica depende dos genes presentes no DNA de cada célula e de todo um aparato enzimático necessário para a transcrição e tradução.

• No processo de diferenciação celular, fatores de crescimento e diferenciação, hormônios, neurotransmissores e fatores da matriz extracelular podem induzir uma cascata de sinais intracelulares que alteram a expressão gênica da célula.

• Isso é controlado por  fatores de transcrição que ativam ou reprimem diferentes genes. 

• Assim, após esse processo, um hepatócito expressará genes diferentes daqueles expressos em um neurônio.

• A transcrição depende de enzimas que produzirão o RNA mensageiro a partir do DNA. O RNA mensageiro migrará através do complexo de poros nucleares para o citoplasma, onde ocorrerá a síntese protéica.  

Ação gênica:

ReplicaçãReplicaçãoo

Transcrição

TraduçãTraduçãoo

TranscriçãTranscrição o

ReversaReversa

Replicação do RNA

Proteína

DNA

RNA

• Replicação: síntese de DNA;

• Transcrição: síntese de RNA, 1 fita cópia do DNA;

• Tradução: síntese de polipeptídio, ditada pela seqüência de nucleotídeio da molécula de RNAm.

GENÓTIPO

FENÓTIPO

Ação gênica:

O DNA contém desoxinucleotídeos de

Adenina, Citosina, Guanina e Timidina.

RNA

• É uma macromolécula de ácido nucléico de longa cadeia, mas difere do DNA em três propriedades:

• O açúcar presente é a ribose em vez da desoxirribose

• A base nitrogenada do RNA é a URACILA, (que se liga com a adenina)• É formado por uma fita única

Transcrição : síntese de RNA

Os nucleotídeos de RNA se unem pelo fosfato e pela ribose. À medida que a molécula de RNA vai sendo construída e se afasta da cadeia ativa do DNA que serviu de molde, a molécula de DNA se reconstitui.

Três tipos de RNA fazem parte do processo de síntese de proteínas:

• RNA mensageiro – envolvido com o processo de transcrição (moldado pelo DNA)

- transporta a informação genética do DNA até os ribossomos

• Ribossomos = RNA + proteínas = RNA ribossômico

• RNA transportador - tem a função de traduzir a seqüência de nucleotídeos do RNAm em uma seqüência de aminoácidos na proteína. O RNAt carrega os aminoácidos até os ribossomos, onde eles serão ligados a um polipeptídeo em crescimento.

Tradução

O DNA guarda as informações para a síntese protéica; • O RNA leva estas informações para o citoplasma, local onde

ocorre efetivamente a síntese das proteínas.

• A ordem dos aminoácidos ao longo da cadeia protéica determina a função desta nova proteína; portanto o mecanismo que mantém esta ordem durante a síntese é crítico.

• A síntese protéica ocorre de modo semelhante em todas as células;

• Três tipos de RNA desempenham um papel cooperativo; • RNA mensageiro codifica a informação genética (contida no DNA),

sob a forma de uma sequência de bases que por sua vez especifica uma sequência de aminoácidos;

• A síntese, ou tradução protéica, é um processo que requer um filamento de RNA mensageiro (RNAm), RNA´s transportadores e subunidades ribossômicas. 

• As subunidades ribossômicas associam-se ao RNAm, formando o Polirribossoma, estrutura composta de uma fita de RNAm e cerca de 15 ribossomos aderidos, que possibilita a síntese de um grande número de moléculas protéicas ao mesmo tempo.

Tradução: síntese de proteínas

• Os aminoácidos constituintes da proteína nascente são capturados no meio através dos RNA transportadores, que possuem os anti-códons, que são trincas de bases nitrogenadas que se paream com os códons presentes na molécula de RNA mensageiro.

• Uma vez incorporado o aminoácido na nova proteína, o RNA transportador se separa da maquinaria de síntese protéica.

Papel adaptador dos tRNAs:

• RNA transportador é a chave para o código: os aminoácidos especificados pela sequência de bases do mRNA são carregados e depositados na extremidade em crescimento da cadeia polipeptídica por moléculas específicas de tRNA;

O RNAm leva para o citoplasma o código genético contido no DNA, que é o responsável pela sequência de aminoácidos na proteína. O RNAt tem como função identificar e transportar os aminoácidos até os ribossomos.

• RNA ribossômico se combina com um conjunto de proteínas para formar os ribossomos, que tem sítios para ligação de todas as moléculas que devem interagir durante o processo de síntese proteíca (fatores proteícos, mRNA e tRNA)

• Os ribossomos ligados aos tRNAs e proteínas específicas podem se mover, fisicamente, sobre moléculas de mRNA para traduzir as informações codificadas.

• Tradução: refere-se a todo o processo pelo qual a sequência de bases de um mRNA é usada para unir aminoácidos para a formação de uma proteína.

Linguagem Genética:• Informação genética

• seqüência de nucleotídeos relacionada à expressão de um fenótipo qualquer

• Código Genético• modo pelo qual os nucleotídeos e os

aminoácidos se relacionam

• GENE: sequência de nucleotídeos organizada, contendo elementos de iniciação, terminação, íntrons e exons, de modo que após a transcrição e a tradução produzem uma sequência protéica funcional.

Linguagem Genética:• Sinais genéticos

– seqüências especiais de nucleotídeos• sinais de transmissão da informação genética:

– origem de replicação - oriC– região do centrômero (segregação dos cromossomos)

– Sinais de expressão da informação genética• regiões promotoras – TATA boxes• regiões de regulação – códons de término

• Os sinais genéticos não são universais, variam com o tipo de organismos considerados

Código Genético:

• Decifração - NIREMBERG et al. (1961)

• Códons de 3 nucleotídeos (letras) do RNAm que determina cada aminoácido da sequência protéica a ser sintetizada.– Existem 64 combinações de bases possíveis – Existe + de um códon para o mesmo aa (degeneração)

• Anti-códon: é a sequência de pareamento de nucleotídeos do RNAt que se combina com o RNAm trazendo o aa específico para cada códon.

• A constituição da proteína sintetizada depende diretamente do código genético, revelado no RNA pela sequência de códons.

• Códons são  trincas (tríplets) (UAA, UGA ou UAG) de nucleotídeos que se relacionam especificamente com os 20 aminoácidos usados na síntese de proteínas.

• O número de códons na fita de RNAm determina o tamanho da proteína. Existem, ao todo, 64 códons. Como existem mais códons (64) que aminoácidos (20), quase todos os aminoácidos podem ser reconhecidos por mais de um códon, isso porque algumas trincas de nucleotídeos atuam como sinônimos.

• O local onde ocorre a síntese protéica está relacionado com o destino da proteína produzida.

Código Genético

• Existem 20 aminoácidos diferentes na composição das células.

• Estes quatro nucleotídeos não podem especificar o arranjo de 20 aminoácidos existentes, mas grupos de bases nucleotídicas podem simbolizar cada aminoácido.

• Se um grupo de três nucleotídeos fosse usado para cada aminoácido, então 64 (43) grupos seriam formados, de modo que haveria um número mais que suficiente para codificar os 20 aminoácidos.

• Cada grupo de três nucleotídeos é chamado de códon.

• Como há 61 códons para 20 aminoácidos, muito aminoácidos são codificados por mais de um códon. De fato a leucina, serina e arginina tem 6 códons cada.

• Os códons diferentes para um mesmo aminoácido são chamados de sinônimos, e o código é dito regenerado, o que significa que há redundância.

• Todas as proteínas de procariotos e eucariotos começam com um mesmo aminoácido - a metionina, cujo códon é AUG.

• Um mRNA especifica uma cadeia linear precisa de aminoácidos em uma proteína e também sinaliza onde começar e onde parar a síntese da cadeia polipeptídica.

Código Genético

Descrição das degenerações

O Código Genético

mutações nos códons

alterações nas 3ªs letras não gera substituções

alterações nas 1ªs letras geram substituições de aa com propriedades físico-químicas semelhantes

alterações nas 2ªs letras geram substituições de aa não relacionados

Códon de iniciação

Códons de Terminação

Propriedades:• Código não universal

– exceções à universalidade:• códon UAG

– procariotos – códon de termino– eucariotos – codifica para triptofano

• códon CUN– procariotos – codifica para treonina– eucariotos – codifica para leucina

Propriedades:

• códons especiais

– AUG – codifica para fMET – o aa iniciador

– UAG, UAA, UGA – códons de término para procariotos

Propriedades:• perda de fase (frameshift): quando há modificação na

sequência de leitura do DNA pela inserção ou deleção de pb.

– deleções ou inserções de bases• ex:

normal – AUGGCUUCUGCGCAGAUUAGGCAC ...

mutant – AUGGCUUACUGCGGCAGAUUAGGCAC ...

Inserção A

a. Regulação da Síntese Protéica

A síntese de proteínas pode ser dividida em três etapas:

• A etapa de iniciação é regulada por proteínas citosólicas denominadas fatores de iniciação agem no reconhecimento do RNAm pelo subunidade menor do ribossomo, e sua ligação ao RNAm. Um outro fator de iniciação, media a ligação das duas subunidades ribossômicas no RNAm, ao final da etapa de iniciação, após o desligamento dos outros IF´s.

• A etapa de elongamento começa quando o segundo RNAt se aproxima do sítio A do ribossomo, se unindo ao RNAm. Esta reação é mediada por um fator de elongamento, e consome energia. Um outro fator de elongamento, é responsável pela translocação, isto é, o deslocamento do ribossomo pelo RNAm.

•A etapa de terminação determina a conclusão da síntese da proteína, quando o ribossoma atinge o códon de terminação (UAA, UGA ou UAG). Isto faz com que o sítio A seja ocupado por um fator de terminação: impedindo a ligação de um outro RNAt. Depois disto ocorre o desprendimento do polipeptídeo, que  depende de outro fator de terminação.

Transcrição:

• Maturação de mRNAs

– adição do capacete G (RNA primário)

– adição do poli – A e retirada dos íntrons: “splicing” (RNA maduro)

“Splicing” do gene de ovoalbumina

1 a 7 = íntrons A a G = éxons

CAP G

Poli AClivagem dos íntrons

RNA maduro

Transcrito primário

• procariotos

DNA

Transcrito primário

• eucariotos

b. Síntese de proteínas destinadas ao RER

• As primeiras etapas da síntese de uma proteína ocorrem sempre em ribossomas livre no citosol, mesmo se ela for destinada ao RER. 

• A ligação do ribossoma ao RER se dá logo após o início da tradução, quando emerge, da proteína em construção, um peptídeo sinal.  Este direciona e possibilita, através de sua ligação à partícula de reconhecimento do sinal, a união do complexo ribossomo-proteína ao RER.

• Desta forma, toda proteína que contém um peptídeo sinal é liberada na luz do RER,  depois de concluída a sua síntese. As proteínas destinadas à inserção na membrana do RER também possuem sinais específicos. Além do peptídeo sinal, possuem um ou mais sinais adicionais, que  possibilitam a ancoragem (sinal de ancoragem) e a situação destas proteínas transmembranas.

• De acordo com a natureza da proteína, ela permanecerá na membrana do RER, ou passará, através do sistema de vesículas, para outra organela (CG, endossoma) ou à MP.

• Um Peptídio Sinal,  pequena sequência de aminoácidos na porção N-terminal ou C-terminal da proteína, vai endereçar a proteína a diferentes locais das células. - Assim, proteínas destinadas ao núcleo celular, às mitocôndrias e aos peroxissomos são sintetizadas em Polirribossomas livres. - As proteínas que precisam ser empacotadas e enviadas para fora da célula (proteínas de superfície da Membrana Plasmática, ou que constituirão o conteúdo dos lisossomas e de outros componentes do sistema de endomembranas)  serão sintetizadas no RER.

Variação Genética

Se todos os membros de uma espécie têm o mesmo conjunto de genes, como pode haver variação genética?

R.: Pela presença de ALELOS, que são formas diferentes do mesmo gene, encontrados na mesma posição cromossômica.

• Tipos de variação genética: a) descontínua: uma característica encontrada numa população

em 2 ou mais formas distintas e separadas (fenótipos). Estes fenótipos em geral são codificados pelos alelos de um gene (polimorfismo). Exemplo : albinismo

b) Contínua: mostra uma gama não interrompida de fenótipos na população (curva de distribuição em forma de sino). Ocorre com característica mensuráveis como altura, peso, podendo sofrer a influência do ambiente e não só a genética.

Exercícios1. O gene para a proteína humana albumina ocupa uma região cromossômica de 25.000

pares de nucleotídeos (25 quilobases, ou kb) desde o começo da seqüência codificante da proteína até o final da seqüência codificante, mas o RNA mensageiro para esta proteína tem só 2,1 kb de tamanho. O que você acha que explica esta enorme diferença?

2. Se um códon no mRNA é 5'-UUA-3', desenhe o anticódon do tRNA que se ligaria a este códon (marque as pontas 5' e 3').

3. Considere o seguinte segmento de DNA: 5'GCTTCCCAA 3' 3'CGAAGGGTT 5'

Suponha que o filamento de cima é o molde usado pela RNA polimerase. Responda: Ele seria transcrito da esquerda para a direita como desenhado, ou da direita para a esquerda?

4. Nos humanos, um tipo de miopia (uma anomalia ocular) é dependente de um gene (M). O gene normal é m. Supondo que os genes estão situados em cromossomos, desenhe (colocando os genes em cromossomos homólogos) uma reprodução entre uma mulher com miopia que é geneticamente Mm e um homem normal (mm). Mostre os tipos de gametas que cada genitor pode produzir e resuma os resultados esperados desta reprodução.

5. Em humanos, uma anomalia do intestino grosso chamada polipose intestinal é dependente do gene A, e um distúrbio neurológico chamado doença de Huntington é determinado pelo gene H. Os genes normais são a e h, respectivamente. Um homem que é Aa hh casou-se com uma mulher que é aa Hh. Suponha que A e H estejam em cromossomos não-homólogos. Represente a constituição cromossômica dos dois genitores e os gametas que cada um produziria. Que gametas formariam um zigoto que tem um A e um H?

6. Seria esperada uma variabilidade genética maior entre organismos de reprodução assexuada, organismos autofecundantes, ou organismos bissexuais? Explique.

Bibliografia

• A célula 2001...•

ROBERTIS, E. M. F. De. & HIB, Jose. Bases da Biologia Celular e Molecular. 3 ed. Rio de Janeiro: Ed. Guanabara Koogan S. A. 2001.

• JUNQUEIRA, & CARNEIRO. Biologia Celular e Molecular.

• Alberts et al Biologia Molecular da Célula

• Raven, P. Biologia Vegetal cap. 11