O mecanismo da Síntese Proteíca

A síntese de uma proteína é um mecanismo complexo, que se inicia no núcleo com o ADN e termina no citoplasma, ao nível dos ribossomas com a formação de proteínas.

Esta passagem da linguagem dos ácidos nucleícos para a linguagem das proteínas ocorre em três etapas:

1. Transcrição - ocorre no núcleo;
2. Migração -ocorre na passagem da informação do núcleo para o citoplasma;
3. Tradução -ocorre no citoplasma, mais proprimente nos ribossomas.
   3.1- Iniciação,
   3.2- Alongamento,
   3.3- Finalização.

ADN → Transcrição → ARNm → Tradução → cadeia polipeptídica (proteína)

1. A transcrição é a etapa em que ocorre a cópia da sequência de bases do ADN para uma cadeia complementar de RNAm.
Esta etapa decorre no núcleo, onde apenas uma cadeia de ADN é usada como molde para síntese de RNAm, segundo a regra do emparelhamento de bases. Esta síntese é comandada pela enzima RNA-polimerase, que desliga um troço de ADN, abrindo a cadeia e iniciando a síntese, sempre no sentido 5’ -> 3’. Após a passagem da RNA-polimerase a cadeia de ADN volta fechar, formando-se novamente pontes de hidrogénio entre as bases azotadas das 2 cadeias.

Nos seres eucariontes o RNA sintetizado sofre um processamento ou maturação, antes de abandonar o núcleo. Durante este processo, diversas porções do RNA inicialmente transcritas, são removidas - os intrões. Estes são sequências não codificadoras, que são eliminadas através de enzimas. Entretanto as sequências codificadoras restantes - os exões – são unidos entre si, formando o RNAm funcional ou maturado. Pelo facto do RNA inicialmente transcrito ser um precursor do mRNA é frequentemente chamado de RNA pré-mensageiro (pré - mRNA).

O processo de transcrição permite não só a síntese de mRNA, mas também de outros tipos de RNA, nomeadamente, RNA ribossómico (rRNA) e RNA transferência (tRNA), como está esquematizado na figura.

A seguinte tabela mostra os intervenientes da transcrição:

2. A migração ocorre no final do processo de transcrição, pois dá-se quando o mRNA migra do núcleo para o citoplasma, no qual vai ocorrer a tradução da mensagem. O mRNA passa para o citoplasma através dos poros nucleares do núcleo.

3. Na tradução dá-se a produção das proteínas, segundo a sequência de codões do mRNA, com a ajuda dos RNAt, RNAr (referidos no post ESTRUTURA DO RNA) e dos ribossomas.
Os ribossomas são organelos membranares constituídos por RNA ribossómico e porções proteicas. Cada ribossoma apresenta uma subunidade maior e uma menor.

Apesar de já ter refiro o tRNA, nunca é de mais mostrar um esquema deste.

Referem-te a esta etapa que decorre no citoplasma, podem-se distinguir a forma como ocorre nos dois tipos de seres:

• Nos eucariontes a etapa dá-se quase sempre nas membranas do retículo endoplasmático rugoso, onde os ribossomas estão inseridos. Neste caso, as proteínas sintetizadas são enviadas para o interior das cisternas do RER, sendo depois distribuídas por toda a célula.
• Em procariontes, que não apresentam sistemas membranares, os ribossomas estão dispersos no citoplasma.

Apesar de a tradução ser efectuada pelos ribossomas que actuam de forma independente, em determinadas situações, podem associar-se em polirribossomas descodificando a mesma cadeia de ARNm em simultâneo.

Este processo é constituído por 3 etapas:

• Iniciação – o RNAm liga-se ao ribossoma na subunidade grande (através do RNAr). O RNAt iniciador transporta o aminoácido metionina até à subunidade menor do ribossoma;


• Alongamento – sequencialmente, um novo RNAt transporta um novo aminoácido até ao ribossoma, ligando-se ao codão. Há formação de uma ligação peptídica entre o aminoácido que chega e os anteriores e o ribossoma avança 3 bases no RNAm. O estabelecimento destas ligações requer energia, fornecida, como sempre, por degradação de moléculas de ATP;


• Finalização – os codões de finalização não têm anticodão complementar, pelo que quando o ribossoma atinge um deles, a síntese acaba, a cadeia polipeptídica destaca-se, podendo sofrer transformações posteriores no retículo e no complexo de Golgi. As subunidades do ribossoma separam-se e ficam livres para iniciar nova síntese.

A tabela que se segue mostra os intervenientes na tradução:

A síntese proteica tem características fundamentais para a sua função:

• Complexidade – são inúmeros os intervenientes neste processo, entre enzimas, vários tipos de ácidos nucléicos e moléculas fornecedoras de energia;


• Rapidez – uma célula eucariótica pode construir uma proteína com 140 aminoácidos em 2 minutos, mantendo todo o rigor do processo;


• Amplificação – a mesma zona do DNA pode ser transcrita várias vezes, formando-se várias moléculas de RNAm idênticas, o que compensa a sua curta duração. Outra forma de acelerar o processo é utilizar polirribossomas, ou seja, vários ribossomas vão “lendo” a mesma molécula de RNAm, em sequência, produzindo cada um a sua proteína.

Muitas das proteínas sintetizadas encontram-se inactivas do ponto de vista biológico, sofrendo várias alterações antes de atingirem a sua conformação definitiva e condicionarem o metabolismo celular. Uma vez activas, as proteínas, podem:
* ter função enzimática, como as proteases, e de transporte, como a hemoglobina;
* ser integradas em estruturas celulares, como a membrana plasmática, os lisossomas, as mitocôndrias ou o núcleo;
* ser exportadas, por exocitose, para o meio extracelular, como por exemplo as enzimas digestivas ou as hormonas de natureza proteíca.

Sites auxiliares:
*http://calazans.ccems.pt/cn/Jogos/SINTESE.htm (teste da síntese proteíca)
*http://www.esec-odivelas.rcts.pt/BioGeo/ficha_rep.htm (ficha sobre a síntese proteíca)
*http://www.icb.ufmg.br/big/genegrad/genetica/genetica/fluxo.htm (desde o RNA a síntese proteíca)
* http://www.universitario.com.br/celo/topicos/subtopicos/genetica/dna/dna.html (Síntese Protreíca)

Sintese Proteíca: O Código Genético

As proteínas e os ácidos nucleicos são macromoléculas compostas por uma sequência particular de monómeros, respectivamente aminoácidos e nucleótidos.
A ordem dos aminoácidos numa proteína confere-lhe características e funções biológicas específicas, o que foi constatado em 1957 por Ingram, ao estudar a anemia falciforme. Esta doença, comum em África, é devida à alteração de um único aminoácido numa das quatro cadeias polipeptídicas da hemoglobina: a substituição de ácido glutâmico por valina na posição 6 da cadeia, provoca uma alteração conformacional na hemoglobina.
Se uma alteração mínima pode ter este tipo de consequência catastrófica, então deve existir um mecanismo que determine com rigor a sequência de aminoácidos numa proteína.
Esse mecanismo transmitirá, de geração em geração, toda a informação necessária à correcta construção e funcionamento das células e organismos que compõem. Essa informação está contida, em código, na sequência de bases azotadas da molécula, pelo que se pode dizer que o alfabeto do DNA apenas contém 4 “letras”.

No entanto, o alfabeto das proteínas contém 22 “letras”, como representá-los a todos com apenas 4 bases?

Se apenas usássemos uma base para representar um aminoácido apenas teríamos proteínas com 4 tipos de aminoácidos. Dado que tal não acontece, teremos que utilizar combinações de bases para representar aminoácidos.
Não podemos ter apenas pares de bases pois assim apenas seriam codificados 16 (4 ao quadrado) aminoácidos, logo teremos que usar tripletos, ou seja, conjuntos de 3 bases, que nos permitem codificar 64 (4 ao cubo) possibilidades, muitas mais do que as que necessitamos. Assim, tres nucleótidos consecutivos do DNA constituem um codogene, tripleto que representa a mais pequena unidade de mensagem genética necessária à codificação de um aminoácido.

Como exitem diferentes sequências de tripletos, essas vão codificar diferentes séries de aminoácidos. Isso é feito através dum mecanismo em que a informação do DNA é trancrita para uma sequência de ribonucleótidos que constituem o mRNA. O mRNA posteriormente abandona o núcleo e transporta a mensagem em código até aos ribossomas, aonde é descodificada. Cada tripleto do mRNAque codifica um determinado aminoácido designa-se vulgarmente codão.

A seguinte imagem mostra o código genético.

Este código genético em algumas características importantes:

· Universalidade – este tipo de codificação em tripletos é usada por toda a Vida na Terra, desde os organismos mais simples, como as bactérias ou os vírus, aos mais complexos. Esta universalidade garante que o código terá surgido muito cedo na evolução da Vida na Terra, provavelmente logo no primeiro ancestral procarionte dos organismos actuais;

· Redundância – no código existem vários codões com o mesmo significado, identificando o mesmo aminoácido, consequência directa do facto de haver um número superior de tripletos do que de aminoácidos. Por este motivo, a terceira base de cada tripleto é a menos específica (o aminoácido arginina, por exemplo, pode ser codificado pelos codões CGU, CGC, CGA e CGG);

· Objectividade – o código não é ambíguo, cada codão apenas codifica para um aminoácido, não gerando confusões;

· Tripleto AUG tem dupla função – codifica o aminoácido metionina e é um codão de iniciação da síntese proteica (logo todas as proteínas começam com este aminoácido). Esta situação, no entanto, apenas se aplica aos organismos eucariontes e às arqueobactérias;

· Tripletos UAA, UAG, UGA são codões de finalização – estes codões aparentemente sem sentido, indicam o momento de fim de síntese, não codificando aminoácidos.

É possivel concluir que:

*Um tripleto, corresponde à menor unidade da informação genética, sendo a sequência de tripletos no DNA a responsável pela sequência de aminoácidos numa proteína.

*Um aminoácido pode ser codificado por vários codões, mas cada codão só codifica um e só um aminoácido.

ADN e a síntese proteíca

"A compreensão da famosa estrutura em dupla hélice do ácido desoxirribonucleico (ADN) é, sem dúvida uma das descobertas fundamentais da Biologia tendo influenciado decisivamente muito do trabalho que veio a ser desenvolvido posteriormente.
O enorme interesse que desperta deve-se ao facto de ser nesta molécula que está contido o código genético que permite a existência da Vida na Terra.

A História do ADN

O ADN foi descoberto em 1869 por Johann Friedrich Miescher que chegou mesmo a reconhecer que poderia ser um dos agentes fundamentais associados à hereditariedade. No entanto, era composto apenas por quatro componentes básicos (os nucleótidos), número que parecia insuficiente para explicar a enorme diversidade da Vida existente no nosso planeta.
Apenas em 1944 uma equipa liderada por Oswald Avery conseguiu provar o papel fundamental que o ADN desempenhava na transmissão das características hereditárias dos seres vivos; iniciava-se então a corrida, nem sempre leal, para a descoberta da estrutura do ADN.
Coube a um conjunto de quatro cientistas trabalhando em Inglaterra (James Watson e Francis Crick no laboratório Cavendish de Cambridge e Maurice Wilkins e Rosalind Franklin no King's College de Londres) o mérito da descoberta que foi publicada a 25 de Abril de 1953 na revista NATURE sob a forma de um conjunto de trabalhos; os três primeiros viriam a ganhar o Nobel da Fisiologia e da Medicina em 1962.

A forma do ADN e a diversidade de seres vivos

Apesar da enorme diversidade dos seres vivos todos eles possuem uma unidade que se reflecte num conjunto de aspectos estruturais e funcionais comuns. Em especial, todos são constituídos por células e, exceptuando alguns vírus, o ADN que se encontra essencialmente confinado aos cromossomas, é o responsável pela transmissão das características dos indivíduos.
O ADN é uma molécula alongada formada por milhares de milhões de átomos ligados entre si que se dispõem formando sempre duas hélices enroladas em torno de um eixo comum. Cada hélice é constituída por uma cadeia de moléculas mais pequenas (os nucleótidos) que diferem entre si pela natureza das bases que contêm, existindo apenas quatro tipos diferentes: adenina, timina, guanina e citosina. A adenina e a guanina são consideradas bases de anel duplo ou Puricas e a timina e a citosina são bases de anel simples ou pirimidicas.

Na formação nucleótido intervêm reacções de condensação, estabelecendo-se ligações entre o grupo fosfato e o carbono 5' da pentose e o carbono 1' da pentose e a base azotada. Assim se formas as cadeias polinucleotídicas.
Na formação duma cadeia os nucleótidos ligam-se sequencialmente. Assim, cada novo nucleótido liga-se pelo grupo fosfato ao carbono 3' da pentose do último nucleótido da cadeia, repetindo-se o processo na direcção 5'->3'.
As cadeias polinucleotídicas são cadeias antiparalelas, pois as cadeias tem sentidos opostos, ou seja se uma cadeia começa em 5' a outra começa em 3' e se termina em 3' a outra termina em 5'. Apesar disso ambas fazem as ligações no sentido 5'->3'.

A forma como os diferentes nucleótidos se sucedem ao longo das cadeias e o comprimento destas é típica de cada espécie. Cada célula tem cerca de 2 metros de ADN compactados. A coerência entre as duas hélices de cada molécula de ADN é assegurada por ligações fracas (denominadas por ponte de hidrogénio) entre as bases de cada hélice que se unem sempre de uma forma específica: a adenina liga-se à timina e a guanina à citosina. Com o auxilío de uma tabela com a composição quantitativa aproximada das bases azotadas, conclui-se que A+G/T+C tem valores muito próximos da unidade.

Desta forma, em cada molécula as duas hélices não são iguais mas sim complementares sendo o seu conjunto que contém a mensagem genética.

No entanto, as ligações entre as hélices pode ser quebrada e cada uma das cadeias consegue regenerar a outra metade da molécula de ADN. É esta capacidade de duplicação da molécula original, produzindo cópias exactas que permite o processo de reprodução.
Esta notável homogeneidade na constituição e forma de actuar do ADN de todos os seres vivos é sem dúvida um dos aspectos fundamentais da Vida na Terra, reflectindo sem dúvida uma génese comum a partir de um ancestral primitivo.Mas, o processo de replicação do ADN nunca é perfeito e são as imperfeições que ocorrem que acabam por estar na origem de todo o processo de evolução da Vida na Terra ao longo de, pelo menos, 3800 milhões de anos."

Este excerto retirado do site: http://www.poloestremoz.uevora.pt/cienciaCidade/cienciaRua/2008/descobertas2008/estruturaAdn/estruturaADN.html mostra que a descoberta do ADN é recente e que na altura da sua descoberta, os cientistas nao se aperceberam da sua verdadeira importância.

Este excerto foi complementado por frases da minha autoria, de forma a completar o excerto.

Este vídeo mostra que o ADN é bastante complexo ao contrário de que o cientista Friedrich Miescher pensou na altura.

Os seguintes sites ajudam a perceber melhor a matéria e auxiliam tambem na sua apreensão.
http://www.prof2000.pt/users/Jdiogo/DNA-SINTESE-PROTEICA.htm (Exercícios sobre ADN e Síntese Proteica)
http://br.syvum.com/cgi/online/mult.cgi/materia/biologia/dna/BioOne.tdf?0 (Testar os conhecimentos sobre ADN)

http://www.johnkyrk.com/DNAanatomy.html (A anatomia do ADN - ANIMAÇÃO)

http://www.johnkyrk.com/DNAreplication.html (A replicação do ADN - ANIMAÇÃO)

http://207.207.4.198/pub/flash/24/menu.swf (A estrutura do ADN e a sua Replicação - ANIMAÇÃO)
http://www.wiley.com/college/pratt/0471393878/student/animations/dna_sequencing/index.html ( A Sequência do ADN - ANIMAÇÃO)
http://www.biomol.org/design/assets/animacoes/dna_repl/polimeriz.htm (Polimerização da cadeia 5'->3')