Visão Geral

Utilizando um microscópio em 1665, Robert Hooke descobriu pequenas unidades de tecido de cortiça que lhe lembravam as células (quartos) do mosteiro que os monges habitavam. Ele, portanto, referiu-se a estas unidades como células. No entanto, o que Hooke realmente viu usando o seu microscópio eram paredes de células mortas do tecido. Não foi até 1674 que Anton van Leeuwenhoek usou um microscópio para observar uma célula viva.

Hoje em dia, acredita-se amplamente que o que Leeuwenhoek observou sob o microscópio era uma célula bacteriana. Junto com outras descobertas, estas descobertas resultaram na formulação da Teoria Celular por Matthias Schleiden em 1839 que afirma que uma célula é uma unidade básica de vida (a teoria também sustenta que novas células se originam de células existentes e que todos os seres vivos têm uma ou mais células).

Hoje, as células são divididas em duas categorias principais, a saber, células procarióticas (Archaea e Bactérias) e células eucarióticas (plantas, animais, protistas, etc). Como os nomes sugerem, os dois tipos de células são classificados com base na forma em que o seu material genético está organizado dentro da célula. No entanto, eles também têm uma série de outras diferenças que tornam possível distinguir entre os dois tipos de células.

* A palavra núcleo é derivada da palavra latina núcleo que significa “kernel/core”.

* Enquanto “Eu” significa verdadeiro ou bom, “Pro” significa não – Aqui, então, Eukaryotes podem ser descritos como células que têm um núcleo enquanto prokaryotes são células sem núcleo. No entanto, vale notar que todas elas têm material genético.

Tradução

Em biologia molecular e genética, tradução é o termo usado para descrever o processo pelo qual um ácido ribonucleico mensageiro (mRNA) é decodificado a fim de sintetizar polipéptidos ou cadeias de aminoácidos. Aqui, o mRNA transporta códigos genéticos (informação) que servem como a planta destas moléculas (usadas para construir proteínas). Nas células, este processo ocorre após transcrição e envolve três etapas principais.

Estas incluem:

• Iniciação
• Elongamento
• Terminação

Parte das diferenças na organização do material genético entre eucariotas e procariotas, também podem ser identificadas diferenças na tradução entre os dois tipos de células.

Uma breve descrição da transcrição em procariotas e eucariotas

Posto que o mRNA, que serve de modelo para a síntese de proteínas, é em si mesmo um produto da transcrição, é importante ter uma ideia geral deste processo em procariotas e eucariotas.

* A transcrição pode ser descrita como o processo que liga o DNA (ou informação genética contida no DNA) às proteínas. Aqui, a informação contida no DNA é finalmente usada para produzir proteínas.

Em células eucarióticas, o processo de transcrição ocorre dentro do núcleo e a transcrição do mRNA resultante é transportada para o citoplasma onde está envolvida na tradução. Em procariotas, por outro lado, a transcrição ocorre no citoplasma onde o material genético está localizado.

Aqui, vale a pena notar que ao contrário das células eucarióticas, as procariotas não possuem um núcleo onde o material genético está ligado por uma membrana. Como resultado, o material genético da célula está localizado no citoplasma.

Tanto na eucariotas como na procariotas (bactérias), o primeiro estágio de transcrição é conhecido como estágio de iniciação e começa quando proteínas e enzimas associadas (RNA polimerase) se ligam ao promotor (uma seqüência de DNA).

Um bom exemplo destas sequências (no promotor) é a caixa TATA em eucariotas (este é um local ideal dado que o As e Ts estão ligados por algumas (2) ligações de hidrogênio e, portanto, mais fácil de puxar os fios para fora).

Em células eucarióticas, as proteínas conhecidas como fatores de transcrição basal têm que se ligar ao local promotor primeiro, a fim de ajudar a RNA polimerase se ligar ao local. Isto é diferente quando comparado aos procariotas, onde a polimerase se liga diretamente ao promotor.

* Durante a fase de iniciação, a ligação da polimerase à região promotora resulta no desenrolamento do DNA antes do início da segunda fase.

* Nas eucariotas, os factores de transcrição (TFs) são importantes na medida em que identificam e ligam-se à sequência de DNA na região promotora. Uma vez ligados ao local, eles formam o que é conhecido como complexo iniciador que atrai a polimerase para se ligar.

A próxima (segunda) fase da transcrição é conhecida como alongamento e pode simplesmente ser descrita como o alongamento da transcrição. Aqui, a polimerase “lê” e “escreve” o mRNA da fita de modelo (-) antisense do DNA enquanto a fita de sentido (+) a protege (a fita de modelo antisense negativo) de vários fatores interferentes.

Dado que a polimerase copia da fita de modelo, o mRNA que está sendo formado é complementar a esta fita. No entanto, esta nova fita contém um nucleotídeo Uracil (U) em vez de um timina (T) presente na fita de DNA.

* Durante o alongamento, a polimerase “move-se” ao longo da cadeia de modelos numa direcção de 3′ a 5′ adicionando um nucleótido ao RNA de uma forma que corresponda aos da cadeia de ADN. Isto produz uma transcrição (transcrição do RNA) que é quase idêntica à não-modelo.

A última fase da transcrição é conhecida como terminação onde a transcrição continua até ser interrompida, o que por sua vez permite que a transcrição do RNA seja liberada. Aqui, a polimerase pode ser instruída para se dissociar do modelo através de determinados sinais de terminação dependendo da célula.

Em procariotas, sinais baseados em proteínas como o controle de proteína rho Terminação dependente de Rho que resulta na dissociação da polimerase do modelo à medida que o mRNA é liberado.

* Dado que a transcrição ocorre no citoplasma em procariotas, a tradução muitas vezes começa enquanto a transcrição continua ou imediatamente após terminar. Na eucariotas, entretanto, uma membrana nuclear separa o ribossomo (envolvido no processo de tradução) do processo de transcrição. Por este motivo, a transcrição tem que ser completada antes que as transcrições sejam liberadas para o citoplasma onde a tradução ocorre.

Características do mRNA de Prokaryotes e Eukaryotes

mRNA produzido através do processo de transcrição também é conhecido como transcrições de mRNA. Embora tenham uma série de características semelhantes, elas também têm várias diferenças. A transcrição procariótica do mRNA pode ser dividida em várias partes/secções que incluem: a região não codificante (localizada no final do 5′ da transcrição), a sequência Shine-Dalgarno, uma segunda região não codificante, o códon inicial, a região codificante, o códon de parada e outra região não codificante no final do 3′.

O mRNA eucariótico, por outro lado, começa com uma tampa de 5′ e consiste de um nucleotídeo guanino. Este nucleotídeo está ligado a um grupo metilo e ligado ao nucleotídeo vizinho. O nucleotídeo da guanina está ligado a uma região não codificante, semelhante à do mRNA procariótico. A seção seguinte é o códão inicial a partir do qual a região codificadora se estende.

A região codificadora termina no códão de paragem. Segue-se uma região não codificadora e, por último, o poli-rabo (composto de adeninas e pode consistir de até 2200 nucleotídeos) no final de 3′. Nos eucariotas, a tampa de 5′ e a cauda de poli-A evitam que o mRNA se degrade.

Aqui, é importante lembrar que nas eucariotas, o mRNA tem que ser liberado no citoplasma onde ocorre a tradução. Portanto, as duas seções têm um papel importante na manutenção da integridade do mRNA. Em procariotas, a transcrição e a tradução podem ocorrer ao mesmo tempo e, portanto, estas seções não são necessárias.

Não como a transcrição do eucariote, este mRNA não precisa ser transportado a uma longa distância e, portanto, não encontra várias enzimas que são susceptíveis de degradá-lo. Como resultado, o mRNA em procariotas não requer proteção adicional para evitar danos.

Como mencionado, a tradução é o processo através do qual os blocos de construção das proteínas (polipéptidos/correntes de aminoácidos) são construídos usando a informação contida no mRNA. É um processo importante dado que produz proteínas que são necessárias para várias funções celulares.

Para entender o processo é importante conhecer alguns dos componentes e terminologias utilizadas na tradução.

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Uma parte do mRNA (RNA mensageiro), eles incluem:

– Polipéptidos – Cadeias de aminoácidos e são as moléculas que compõem as proteínas.

– Nucleotídeos – Componentes estruturais do DNA e do RNA. Eles mesmos são compostos de nucleósido e fosfato e incluem adenina, timina, citosina e guanina (assim como Uracil).

– Códons – Um grupo consistindo de três nucleotídeos – Por exemplo, AUG é um exemplo bom de um códon – Enquanto códons servem como os blocos de construção de aminoácidos, outros param o processo uma vez que o polipeptídio está completo.

– tRNA (RNA de transferência) – Age como a ponte entre códons de mRNA e aminoácidos.

– Ribossoma – Ribossoma consiste em rRNA, e proteínas e são as estruturas nas quais os polipéptidos são fabricados.

Tradução em procariotas

Dado que o material genético (ADN) do procariotas não está contido num núcleo de membrana, a transcrição tem lugar no citoplasma. Isto, então, permite que a tradução comece neste ambiente assim que o mRNA emerge da polimerase (RNA polimerase/RNAP).

Nos casos em que há espaço suficiente (no mRNA) para acomodar o ribossomo, a tradução pode começar mesmo antes do processo de transcrição estar concluído.

Como resultado, um cenário em que um filamento de DNA está sendo transcrito por múltiplas polimerases com múltiplos ribossomos traduzindo esta informação (do RNA) não é incomum em procariotas, particularmente quando se trata de genes altamente expressos.

Como é o caso da transcrição, existem três fases de tradução que incluem iniciação, alongamento e terminação. A fase de iniciação é caracterizada pela formação do complexo de iniciação e começa com a pequena subunidade do ribossomo (30S) ligando-se ao mRNA.

* Ribossoma consiste de duas subunidades (subunidades do rRNA) com uma das subunidades sendo menor que a outra. Em procariotas, a subunidade menor é designada 30S enquanto a maior é 50S – o total destas é 70S (S significa unidades Svedberg.)

Iniciação

Para que a fase de iniciação ocorra, a subunidade menor do ribossomo deve ser primeiramente dissociada da subunidade maior (50S) do ribossomo. Uma vez dissociada, os factores de iniciação (IF-1 e IF-2) ligam-se em determinados locais nas subunidades 30S onde servem diferentes funções.

No local A (da subunidade ribossómica), o IF-1 serve para evitar a entrada de uma nova molécula de aminoacil-tRNA nesta fase de tradução. Além disso, promove a montagem e estabilização do complexo.

Como bem, o fator de iniciação IF-3 promove a ligação da subunidade ao mRNA. O terceiro fator de iniciação (IF-2 GTP) introduz o aminoacril-tRNA iniciador e liga o local P da subunidade. Ao fazer isso, ele permite que o anticódon do tRNA se ligue ao códon inicial (AUG) do mRNA.

Hidrólise subsequente do GTP (assim como a libertação dos outros factores de iniciação) a subunidade maior do ribossoma (50S) liga-se à subunidade menor (30S) que produz um ribossoma totalmente funcional. Após a formação de um ribossoma totalmente funcional, o local A pode aceitar novamente outra molécula de aminoacril-tRNA.

No final da fase de iniciação, o complexo de iniciação que é formado consiste em ambas as subunidades do ribossoma (as subunidades maior e menor), o mRNA, bem como o tRNA que também contém fMet (N-formil-metionina).

* IF-1 e IF-3 também ajudam a separar a subunidade menor do ribossomo (30S) da subunidade maior (50S).

* A sequência Shine-Dalgarno está localizada várias bases a montante do códon inicial (no mRNA). Este local é importante na medida em que assinala o processo de síntese de proteínas através do alinhamento adequado da subunidade ribossómica com o códão inicial.

* tRNA, que é um dos iniciadores carrega N-formil-metionina (fMet) que é inserido no terminal N das cadeias de polipeptídeos produzidos por procariotas tais como E.coli.

Alongamento

A segunda fase da tradução é conhecida como alongamento e é caracterizada pelo alongamento da cadeia do polipeptídeo. Aqui, o ribossomo tem uma função catalítica como peptidotransferase.

O processo inteiro pode ser dividido em três etapas principais do alongamento que incluem: ligação do aminoacil-tRNA, formação da ligação do peptídeo, bem como a translocação. Durante a primeira etapa deste ciclo (ligação do aminoacil-tRNA), um aminoacil-tRNA que corresponde ao segundo códon liga-se ao sítio A (sítio do aminoacil) através da interação códon-anticodon.

Aqui, é importante notar que a metionina que veio com o IF-2 junto com o tRNA iniciador durante a fase de iniciação é o primeiro aminoácido. A ligação do aminoacil-tRNA é promovida pelo GTP e pelo fator de alongamento (ET-Tu). Os três se unem para formar um complexo (complexo aminoacil-tRNA/EF-Tu/GTP) que resulta na hidrólise do GTP. Por sua vez, o fator de alongamento (EF-Tu bound t GDP) é liberado.

A molécula de EF-Tu liberada pode então promover a ligação de outro tRNA ao ribossomo uma vez que ele tenha regenerado. Isto ocorre quando EF-Ts (também um fator de alongamento) se liga e substitui o PIB no EF-Tu. Os EF-Ts são então substituídos por GTPs resultando na formação de um EF-Tu-GTP recentemente regenerado.

No segundo passo, formando a ligação peptídeo, a extremidade carboxílica do aminoácido no RNAt no local Peptidyl (P) é dissociada e liga-se ao grupo aminoácido do aminoácido que se une ao RNAt no local A através de uma ligação peptídeo. Esta etapa do ciclo é catalisada pela transferência do peptídeo.

A terceira etapa do ciclo (translocação) é caracterizada pela ligação do complexo de alongamento e GTP ao ribossomo. Aqui, a hidrólise do GTP resulta na produção do PIB e de um fosfato enquanto a liberação do fator de alongamento (EF-G) o libera para ligar o GTP na preparação de outro ciclo de alongamento.

Com o tRNA desacylado movendo-se do local P para o local E e o tRNA dipeptidyl do local A para o local P, o local permanece vazio e, portanto, livre para aceitar outro aminoacyltRNA. Um aminoácido é continuamente adicionado ao terminal C do polipéptido à medida que cresce em comprimento para cada um dos códons, à medida que o peptidil-tRNA se desloca de e para os locais P e A.

Terminação

* Durante o alongamento, o RNAt se move continuamente do local P para o local A (para a frente) enquanto traz o próximo aminoácido a ser adicionado à cadeia anterior (cadeia que começou com uma metionina). Este processo continua até que um códon de parada no mRNA entra no local A, impedindo assim que o ciclo continue. Há três tipos de códon de parada que incluem; UAA, UAG, e UGA.

A última fase do processo de tradução é conhecida como terminação e é o ponto em que o processo termina. Tendo entrado no site A, o códão de parada impede que o tRNA se ligue.

Um dos fatores de liberação (RF-1 ou RF-2 junto com uma RF-3) liga-se aos códons causando a enzima (peptidil transferase) responsável pelas ligações do peptídeo para liberar uma molécula de água no último aminoácido da cadeia que faz com que o peptídeo e o tRNA ligado ao site P seja hidrolisado. Como resultado, a cadeia recém formada é separada do RNAt e deixa o ribossomo.

* Enquanto RF-1 identifica UAA e UAG, RF-2 identifica UAA e UGA enquanto RF-3 promove a interação de um dos outros dois fatores de liberação com o ribossomo.

* Fatores de liberação ligam-se ao códon de parada dado que nenhum tRNA tem anticódon para o códon de parada em procariotas.

Salguns dos outros eventos que ocorrem durante a fase de terminação incluem:

– O mRNA é libertado

– O tRNA é libertado do ribossoma quando o factor de libertação do ribossoma se liga ao local A

– O ribossoma dissocia-se nas subunidades grande e pequena quando o EF-G liga-se ao RRF (ribosome release factor)

Tradução em eucariotas

Como é o caso em procariotas, A tradução é o processo pelo qual uma sequência de mRNA é traduzida em polipéptidos durante a síntese de proteínas.

Como mencionado, os processos de transcrição e tradução ocorrem no citoplasma em procariotas (e podem até ocorrer ao mesmo tempo). No entanto, na eucariotas, a membrana do núcleo separa o ribossomo localizado no citoplasma do processo de transcrição que ocorre no núcleo. Por este motivo, a tradução começa quando a transcrição termina e o mRNA é transportado para o citoplasma.

* Para alcançar o citoplasma, o mRNA passa pelos poros nucleares da membrana nuclear.

* Nas eucariotas, a translação também ocorre no ribossomo localizado no retículo endoplásmico (ER).

Em organismos eucarióticos, a translação também ocorre em três fases que incluem iniciação, alongamento e terminação. Embora isto seja semelhante ao processo em procariotas, existem várias diferenças, particularmente no que diz respeito aos componentes envolvidos.

Iniciação

Durante a fase de iniciação, a subunidade ribossômica menor forma um complexo com três fatores de iniciação. Aqui, entretanto, a subunidade menor do ribossomo é 40S em comparação com os muito menores 30S em procariotas. A ligação destes fatores iniciadores (IF-1, IF-A e IF-3) à subunidade ribossômica produz o complexo de pré-iniciação que, por sua vez, une o IF-5 (fator iniciador 5) e o tRNA.

Ultimamente, este complexo liga o mRNA para formar o complexo de iniciação. Como é o caso em procariotas, a pequena subunidade ribossômica move-se ao longo da região não traduzida do mRNA enquanto procura o códon inicial (na maioria dos casos, o primeiro AUG serve como códon inicial em eucariotas).

* Em eucariotas, a seqüência de mRNA localizada no códon inicial é conhecida como seqüência Kozak (ACCAUGGG). Enquanto esta sequência serve uma função semelhante à sequência Shine-Dalgarno, as duas são diferentes na medida em que a sequência Kozak contém realmente a sequência de arranque.

Após o códon inicial ser reconhecido, a subunidade maior do ribossoma (60S) é recrutada para o complexo o que resulta na formação de um ribossoma totalmente funcional (este é um processo dependente de energia que envolve hidrólise GTP e, por fim, produz um ribossoma 80S). Uma vez formado um ribossoma totalmente funcional, os factores de iniciação são libertados.

* No final do factor de iniciação, o tRNAmet iniciador está localizado no local P enquanto o local A permanece vago.

Alongamento

Esta é a segunda fase da tradução e envolve a síntese do polipeptídeo. Enquanto o processo de alongamento em eucariotas é semelhante ao dos eucariotas, o EF-Tu é substituído pelo EF-1α. Aqui, as proteínas do fator de alongamento (EF) têm três funções principais.

A primeira função destas proteínas (proteínas de fator de alongamento) é recrutar os tRNAs carregados para o site A. Além disso, elas desempenham um papel importante na formação de uma ligação peptídeo entre os aminoácidos, bem como a translocação do ribossomo ao longo do mRNA.

O progresso do processo envolve o evento de translocação. Em cada um destes eventos, os tRNAs carregados entram no local A antes de se deslocarem para o local P. Ao final de cada evento, o tRNA entra no local E para que ele possa ser removido.

Como o ribossomo se move ao longo do mRNA, fatores de alongamento promovem as ligações de peptídeo entre os aminoácidos localizados no tRNA (no local A) e o grupo carboxil do grupo de aminoácidos que está localizado no tRNA do local P.

Aqui, a peptidil transferase (ribozima localizada na subunidade maior do ribossomo 50S) serve para catalisar a reação. O aminoácido associado ao tRNA no local P é então ligado à cadeia crescente de polipeptídeos que permite que a cadeia continue a crescer em comprimento. Este processo permite que o ribossomo continue a mover-se ao longo do mRNA enquanto a cadeia de polipeptídeos continua a crescer antes de parar na fase de terminação.

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Terminação

Esta é a última fase do processo de tradução. Ocorre quando o ribossomo chega ao absurdo códon do mRNA, onde o tRNA não tem anticódon complementar. Uma vez que o códon sem sentido é identificado pelos fatores de liberação, o aminoácido no local P é destacado do tRNA que libera o polipeptídeo.

Por outro lado, o ribossomo não só é dissociado do mRNA, mas também nas duas subunidades (pequenas e grandes subunidades do ribossomo) o que lhes permite entrar na fase de iniciação em outro processo de tradução.

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