Síntese Proteica: Maquinaria e Mecanismo da Síntese Proteica

Leia este artigo para aprender sobre a Síntese de Proteínas: Maquinário e Mecanismo da Síntese de Proteínas!

Máquinas para Síntese de Proteínas:

Consiste em ribossomos, aminoácidos, mRNA, tRNAs e aminoacil-RNAt sintetases. O mRNA funciona como um modelo com informação genética.

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O ribossomo é o local da síntese de proteínas. ARNt traz o aminoácido desejado, lê a informação genética e coloca o aminoácido no local adequado. Os RNAs são formados sobre o DNA durante a transcrição, enquanto a síntese de proteínas ocorre no citoplasma sobre os ribossomos.

Os dois são separados no espaço e no tempo. Impede a mistura de matérias-primas, protege o DNA de enzimas respiratórias e maquinaria ribossomal de nucleases.

1. Ribossomas (Fig. 6.27):

A síntese de proteínas ocorre nos ribossomos. Os ribossomos são, portanto, também chamados de fábricas de proteínas. Cada ribossomo tem duas partes desiguais, pequenas e grandes. A subunidade maior do ribossomo possui um sulco para expulsar o polipeptídeo recém formado e proteger o mesmo das enzimas celulares.

A subunidade menor se encaixa sobre a maior como uma tampa, mas deixa um túnel para o mRNA. As duas subunidades se unem apenas no momento da formação da proteína. O fenômeno é chamado de associação. Mg ²⁺ é essencial para isso. Logo após a conclusão da síntese de proteínas, as subunidades se separam. O fenômeno é chamado de dissociação.

Os ribossomos geralmente formam rosetas ou grupos helicoidais durante a síntese ativa de proteínas. Eles são conhecidos como polirribossomas ou polissomas (Rich, 1963). Os diferentes ribossomos de um polissoma são mantidos juntos por um filamento de RNA mensageiro. O poliribossoma ajuda a produzir várias cópias do mesmo polipeptídeo. Os ribossomos adjacentes de um polirribossomo são cerca de 340 A ou 34 nm separados. As partes diferentes de um ribosome unido com a síntese de proteína são:

(i) Um túnel para o mRNA. Fica entre as duas subunidades.

(ii) Uma ranhura para passagem do polipéptido sintetizado de novo. O sulco faz parte da subunidade maior.

(iii) Existem três sítios reativos - P (D), A e E (Fig 6.28). O local P (transferência de peptidilo ou local doador) é conjuntamente contribuído pelas duas subunidades ribossomais. O sítio-A (sítio amino-acil ou aceptor) situa-se na subunidade maior do ribossoma. Enfrenta o túnel entre as duas subunidades. E ou site de saída é parte da subunidade maior de frente para o site do túnel.

(iv) A enzima peptidiltransferase é uma ribozima. É componente da subunidade maior do ribossomo (23S rRNA em procariontes).

(v) A subunidade menor do ribossomo tem um ponto para reconhecer mRNA e área de ligação para fatores de iniciação.

2. Aminoácidos:

Centenas de diferentes tipos de proteínas podem ser fabricadas em uma única célula. Todos os tipos de proteínas são formados pelos mesmos aminoácidos. É o arranjo de aminoácidos nos polipeptídeos e o número dos últimos que fornecem especificidade às proteínas. Existem cerca de 20 aminoácidos e amidas que constituem blocos de construção ou monômeros de proteínas. Eles ocorrem no pool de celular.

3. mRNA:

É o RNA mensageiro que traz informações codificadas do DNA e participa de sua tradução, trazendo aminoácidos em uma seqüência particular durante a síntese do polipeptídeo.

No entanto, os códons de mRNA não são reconhecidos pelos aminoácidos, mas pelos anticódons de suas moléculas adaptadoras (tRNAs -> tARNs). A tradução ocorre nos ribossomos. O mesmo mRNA pode ser reutilizado várias vezes. Na forma de polissomo, pode ajudar a sintetizar várias cópias simultaneamente.

4. ARNt:

São RNAs de transferência ou solúveis que captam determinados aminoácidos (no CCA ou 3'end) no processo chamado de carga. Os ARNt carregados levam o mesmo ao ARNm em relação a codões particulares correspondentes aos seus anticódons.

Um ARNt pode captar apenas um aminoácido específico, embora um aminoácido possa ser especificado por 2-6 ARNt. Cada tRNA tem uma área para entrar em contato com o ribossomo (T ¥ C) e a enzima aminoaciltransona sintetase (DHU).

5. Amino-Acil-RNAt-Sintetase:

É a enzima que ajuda na combinação de aminoácidos para o seu tRNA específico. A enzima é específica para cada aminoácido. É também chamado de enzima ativadora de aa-.

Mecanismo de Síntese de Proteínas (Figs. 6.29-31):

1. (a) Ativação de Aminoácidos:

É realizado ativando enzimas, conhecidas como aminoacil-RNAt sintetases (Zamecnik e Hoagland, 1957). Na presença de ATP, um aminoácido combina-se com a sua aminoacil-ARNt-sintetase específica. Mg ²⁺ é necessário.

Produz o complexo enzimático amino-acil-adenilato. A energia disponibilizada ao aminoácido durante sua ativação é mais tarde usada na formação de ligações peptídicas.

Hidrólise de pirofosfato com a ajuda da pirofosfatase enzimática fornece energia para impulsionar as reações iniciais.

(b) Carregamento ou Aminoacilao de ARNt:

O complexo reage com ARNt específico para o aminoácido para formar o complexo aminoacil-ARNt. Enzima e AMP são liberados. O ARNt complexado com o aminoácido é às vezes chamado de ARNt carregado. O aminoácido está ligado à extremidade 3-OH do ARNt que o seu grupo –COOH,

2. Iniciação:

Requer fatores chamados fatores de iniciação. Existem três fatores de iniciação nos procariotos - IF3, IF2 e IF1. Os eucariotos têm nove fatores de iniciação - eIF2, eIF3, eIF1, eIF4A, eIF4B, eIF4C, eIF4D, eIF5, eIF6. Fora destes IF3 ou eIF2 está ligado à subunidade menor do ribossomo no estado dissociado. GTP é obrigatório. O mRNA liga-se a subunidades menores do ribossomo na região de sua capa.

A capa tem nucleotídeos complementares aos nucleotídeos presentes na extremidade 3 'do rRNA. A ligação é tal que o códon de iniciação do mRNA (AUG ou GUG) fica no local P. O fator de iniciação já presente em subunidades menores catalisa a reação (eIF2 em eucariotos e IF3 em procariontes).

O complexo de aminoacil-ARNt específico para o codão de iniciação (metionina-ARNt ou valina-ARNt) atinge o sítio P (sítio D). Anticodon (por exemplo, UAC de tRNA ^Met ) estabelece ligações de hidrogênio temporárias com o códon de iniciação (por exemplo, AUG) de mRNA. A reação de códon-anticódon ocorre na presença do fator de iniciação eIF3 em eucarióticos e IF2 em procariotos. O passo também requer energia que é fornecida pelo GTP.

A metionina de iniciação que aceita tRNA é carregada com metionina não-formilada (tRNA m ^Met ) no citoplasma de eucariotos e metionina formilada (tRNA f ^Met ) em procariotas, plastídios e mitocôndrias. O ARNt envolvido na transferência de metionina formilada é diferente do que aquele que transfere metionina não-formulada.

Na presença de Mg ²⁺, a subunidade maior do ribossomo agora se combina com o complexo 40S-mRNA-ARNtMet para formar o ribossomo intacto. Requer fator de iniciação IF1 em procariontes e fatores elFl, eIF4 (А, В, C) em eucariotos. A união das duas subunidades dos ribossomos é chamada de associação. O ribossoma intacto encerra o complexo ARNm-ARNt presente no local P, mas mantém o local A exposto.

3. Alongamento (Formação da Cadeia Polipeptídica). Um complexo de aminoacil-ARNt alcan o local A e liga-se ao cod de ARNm junto do cod de iniciao com a ajuda do seu anticodonte. O passo requer GTP e um fator de alongamento (eEFl em eucariotos e EF-Tu bem como EF-Ts em procariotos).

Foi descoberto que em Escherichia coli a proteína mais abundante é o fator de alongamento (EF-Tu). Uma liga�o pept�ica (—CO-NH-) �estabelecida entre o grupo carboxilo (—COOH) do amino�ido ligado ao ARNt no local P e o grupo amino (—NH-7) do amino�ido ligado ao ARNt no local ?.

A reação é catalisada pela enzima peptidiltransferase, que é uma enzima RNA. Devido a isto, o grupo NH2 do primeiro aminoácido é impedido de se envolver na formação de ligações peptídicas com outro aminoácido. No processo, a ligação entre o ARNt e o aminoácido no sítio P quebra. O ARNt livre do local P desliza para o local E e daí para o exterior do ribossoma com a ajuda do factor G. O sítio-A transporta complexo de peptidil-ARNt.

Logo ap� o estabelecimento da primeira liga�o pept�ica e deslizamento do ARNt libertado do local P, o ribossoma ou ARNm roda ligeiramente. O processo é chamado de translocação. Requer um fator chamado translocase (EF-G em procariotos e eEF2 em eucariotos) e energia do GTP. Como resultado da translocação, o codão do sítio-A juntamente com o complexo de peptidil-ARNt atinge o local P. Um novo códon é exposto no site -A. Atrai um novo complexo aminoacil tRNA.

O processo de formação de ligação e translocação é repetido. Um por um, todos os codões de ARNm são expostos no local A e são descodificados através da incorporação de aminoácidos na cadeia peptídica.

A cadeia peptídica alonga-se. A cadeia peptídica ou polipeptídeo alongada encontra-se no sulco da subunidade maior do ribossomo para se proteger das enzimas celulares, porque é propenso à quebra devido à sua natureza estendida. A formação da hélice começa à distância com a ajuda dos chaprones.

Muita energia é consumida na síntese de proteínas. Para cada único aminoácido incorporado na cadeia peptídica utiliza-se um ATP e duas moléculas de GTP.

4. Rescisão:

A síntese de polipéptidos termina quando um codão sem sentido de ARNm atinge o local -A. Existem três codons sem sentido - UAA (ocre), UAG (âmbar) e UGA (opala). Estes codões não são reconhecidos por nenhum dos ARNt. Portanto, nenhum aminoácido mais RNAt atinja o sítio -A.

O ARNt do local P �hidrolisado e o polip�tido completo �libertado na presen� do factor de liberta�o dependente do GTP. É único (eRFl) em eucariotos e dois (RF1 e RF2) em procariotos. Nos procariotos, o RF1 é específico para UAG e UAA. RF2 é específico para UAA e UGA. O RF3 dependente de GTP (eRF3 em levedura) é necessário para liberar os RFs do ribossomo.

O ribossomo se move sobre o códon sem sentido e escorrega da cadeia de mRNA. As duas subunidades do ribossomo se separam ou sofrem dissociação na presença do fator de dissociação (DF).

Nos procariontes, a metionina formilada é comumente o aminoácido iniciador. É deformilado (com a ajuda da enzima deformilase) ou algumas vezes removido do polipeptídeo (pela enzima aminopeptidase). A metionina de iniciação geralmente não é retida em eucariotos.

De cada vez vários polipéptidos são sintetizados a partir do mesmo ARNm por um polirribossoma onde vários ribossomas estão ligados à mesma cadeia de ARNm. Cada ribossomo de um polirribossomo forma o mesmo tipo de polipeptídeo. A formação de um número de cópias do mesmo polipeptídeo simultaneamente a partir de um mRNA com a ajuda de um polissômico é chamado de amplificação translacional.

Ao ser liberado do ribossomo, um polipeptídeo possui apenas uma estrutura primária. Bobina e dobra mais para ter estrutura secundária e terciária. Um polipéptido pode ser associado a outros polipéptidos para produzir (estrutura pregueada que, em seguida, forma estrutura terciária e quaternária.

No caso de polirribossomas citoplasmáticos livres, os polipeptídeos ou proteínas são liberados no citoplasma (citosol) onde são empregados para a síntese de mais citoplasma, algumas enzimas e componentes de organelas celulares como núcleo, microtúbulos, microfibrilas, microbiomas, etc.

Algumas proteínas também entram na composição de organelas semi-autônomas, como plastídios e mitocôndrias, embora produzam uma parte de suas próprias necessidades proteicas por seus próprios polirribossomas. Os poliribossomas ligados às membranas do retículo endoplasmático produzem proteínas que ou passam para seu lúmen (Fig. 6.27 B) ou se integram em suas membranas.

As proteínas liberadas no lúmen do ER geralmente atingem o aparato de Golgi para modificações como formação de enzimas hidrolíticas e glicosilação (adição de resíduos de açúcar). As proteínas modificadas são embaladas em vesículas para exportação ou formação de lisossomas, enzimas da parede celular, membrana plasmática, etc.

A síntese proteica é inibida em bactérias por certos antibióticos. Isso forma a base para tratar certas infecções bacterianas.

Inibição Antibiótica da Síntese de Proteína Bacteriana: