Síntese Proteica

Então e como é que o DNA tem algum efeito nas características das células em que se encontra? Afinal é só um plano, certo?

Realmente, o DNA de uma célula funciona como um plano para as características da mesma.

Codifica toda a informação necessária a todas as operações feitas pela célula, desde a produção

de energia (pela glicólise, por exemplo) até à replicação da própria célula, passando por muitas

outras funções. É informação preciosa, pelo que está guardada e protegida no núcleo (daí serem

necessários intermediários, como vamos ver de seguida).

No entanto, a informação contida no DNA tem de ser “descodificada” em proteínas (processo

denominado expressão génica), que vão efetuar todas as funções do organismo para que este

possa sobreviver (explicarei mais à frente como são constituídas estas macromoléculas). As

sequências de DNA que codificam proteínas são chamadas genes, (Figura 1, o resto chama-se

DNA não-codificante, do qual falarei mais tarde). [1]

A expressão dos genes dá-se em duas fases: a transcrição, que se dá dentro do núcleo, e

a tradução, que ocorre fora do núcleo. O núcleo serve de barreira que protege o DNA e, ao

separar os processos de transcrição e tradução, permite uma melhor regulação da expressão dos

genes. [4] Desta descodificação resultam proteínas que vão efetuar quase todas as funções das

células (mais à frente neste artigo explicarei em que consistem as proteínas) [5].

Para compreender o processo de transcrição, primeiro é preciso saber o que é o ácido

ribonucleico (RNA), no qual o DNA é “copiado”, de modo a sair do núcleo e ser traduzido em

proteínas. São ambos ácidos nucleicos e são de tal maneira semelhantes que esta molécula

Figura 1 - Representação de um cromossoma e de um gene. Geralmente,

os genes são bastante maiores que o que está aqui representado (dezenas,

centenas, ou milhares de pares de bases), mas também há genes pequenos, que

codificam péptidos pequenos (proteínas pequenas). [2] Imagem de [3].

difere do DNA apenas num átomo no açúcar dos nucleótidos (na “espinha dorsal”), que neste

caso é a ribose, em vez da desoxirribose do DNA (Figura 2). Esta diferença torna o RNA mais

flexível que o DNA e mais suscetível à degradação, o que permite que ele tenha mais uma série

de funções que o DNA não consegue desempenhar (por ser mais flexível também pode adquirir

estruturas que o DNA não consegue). [6] Para além de terem um átomo diferente no RNA a base

Timina (T) é substituída pelo Uracilo (U), ou seja, no RNA, em vez da Adenina se ligar à Timina,

liga-se ao Uracilo e este, de um modo geral, encontra-se em cadeia simples (formam algumas

estruturas ao se ligar a si mesmo - ao hibridar consigo próprio - mais tarde falarei disto).

Ou seja, quando falei em “copiar” o DNA, na realidade estava a falar da criação de uma cadeia de RNA complementar à de DNA.

A linguagem é semelhante e a mensagem é retida. [8]

Há vários tipos diferentes de RNA com diversas funções, mas, para este processo, estes são os

que mais relevantes:

- O RNA mensageiro (mRNA), que transporta a informação genética para fora do núcleo pronta

para ser traduzida;

- O RNA ribossomal (rRNA), que se associa com algumas proteínas para formar os ribossomas,

essenciais ao processo de tradução (são os “descodificadores”);

- E o RNA de transferência (tRNA), que é a “chave” do “código” que é o mRNA, converte ácidos

nucleicos em aminoácidos, com a ajuda do ribossoma e usando o mRNA como molde. [9]

Sabendo o que é o RNA, estás preparado para saber como decorre o processo de transcrição.

Como já disse acima: a transcrição consiste na transferência da informação contida num gene

para fora do núcleo, através da cópia da sequencia do gene numa molécula de mRNA através da

ação de uma enzima, a RNA polimerase. [5]

Figura 2 - RNA versus DNA. Os “B” nas imagens representam as bases e o “n” indica

No entanto, este processo não é tão simples como parece, visto que é necessário proteger o RNA

da degradação (que protege a célula de alguns vírus e ajuda a regular a expressão genética) e são

necessários sinais para controlar a tradução. Para estas funções, são adicionados ao pré-

mRNA (produto direto da transcrição) o cap 5’ e a cauda Poli A (uma sequencia só de

adeninas), como se pode ver na Figura 3. [10, 11, 12] Este processo de maturação do mRNA só se

dá nos eucariotas. Nos procariotas o mRNA é transcrito e traduzido em simultâneo.

Além disso, os genes não são sequências todas seguidas:

têm zonas regulatórias, como o promotor, onde a polimerase se liga para começar a transcrição,

e têm partes que não formam proteínas (intrões), e partes que codificam proteínas (exões).

Apenas os exões chegam à tradução, os intrões são removidos – são excisados (Figura 3). Este

processo permite que de um mesmo gene originem várias moléculas de mRNA e,

consequentemente, sejam produzidas várias proteínas, através de combinações de exões

(processo chamado splicing alternativo) [8, 13]

Depois, o mRNA é transportado para o citoplasma e pode-se iniciar o processo de tradução.

Agora, para poder explicar o processo de tradução, terei de explicar o que é uma proteína e,

inevitavelmente, um aminoácido. As proteínas são macromoléculas constituídas por moléculas

chamadas aminoácidos. Há 22 aminoácidos que formam proteínas, mas dois deles são raros e

não se encontram em todos os seres vivos, pelo que, geralmente, só vais encontrar os 20

primeiros da Figura 4, que estão presentes em quase todos os organismos. [14, 15] Diferentes

Figura 3 – Representação do processo de transcrição. Como se pode ver, o DNA não é diretamente transcrito em mRNA e lido, há um processamento que tem de ser feito ao mRNA, incluindo: aumentar a sua estabilidade e protege-lo da degradação mediada por proteínas através da inserção do cap na ponta 5’ e da cauda Poli A (adeninas repetidas) na ponta 3’ e a excisão dos intrões (remoção dos mesmos). m7G corresponde ao cap 5’ (é uma guanina “especial” a que foi adicionado um grupo metil) e o A(n) corresponde à cauda Poli A (são “n” adeninas). Imagem de [13].

sequencias de aminoácidos formam diferentes proteínas, que depois podem estar associadas a

iões particulares, como o magnésio (Mg2+) na RNA polimerase e, devido às propriedades dos «

Então e como é que o ribossoma sabe que aminoácidos colocar em ordem? Como é que o mRNA transmite a sua informação?

Como já podes ter percebido, a tradução consiste na “descodificação” do mRNA em si. Nesta

molécula de mRNA, cada grupo de 3 nucleótidos constitui um codão que, corresponde a uma

sequencia de um tRNA específico (o anticodão) que, por sua vez, está associado a um

aminoácido específico, como se pode ver na Figura 5, que corresponde ao código genético. No

caso dos codões UAG, UAA e UGA, dizem “stop”, não há um aminoácido associado a estes. Eles

sinalizam o fim da tradução.

Figura 4 - Estruturas químicas dos 20 principais aminoácidos que constituem as

proteínas. Imagem de [16].

Como podes ver este código é degenerado, na medida em que vários codões codificam a

mesma coisa (seja aminoácido ou terminação da tradução, ou seja, é redundante), e é universal,

na medida em que pode ser aplicado a todos os organismos (o que difere é a frequência de cada

codão e de cada tRNA).

Como já disse antes, para a tradução são necessários os ribossomas. Estes complexos proteicos

são formados por rRNA e proteínas específicas, que nos eucariotas têm 80 Svedberg (S, unidade

que mede a velocidade de sedimentação das partículas) e nos procariotas têm 70S. São

formados por dois complexos, as subunidades, cada: nos eucariotas estas subunidades são

denominadas 40S (pequena) e 60S (grande), e nos procariotas as subunidades são denominadas

30S e 50S. Estes valores somados dariam 90S e 80S, respetivamente, no entanto, a velocidade

de sedimentação varia com a forma e estrutura das partículas e, ao se ligarem as subunidades, a

forma do ribossoma altera-se, alterando a velocidade de sedimentação. [17]

O primeiro passo da tradução consiste na ligação da subunidade pequena do ribossoma a uma

série de proteínas chamadas de fatores de iniciação que se ligam ao mRNA e ao tRNA que

codifica para a Metionina, que corresponde ao codão de iniciação - UAC no mRNA que é

complementar ao AUG no tRNA. As proteínas, depois de traduzidas, são ainda modificadas,

pelo que este aminoácido muitas vezes é removido após a tradução, daí nem todas as sequencias

peptídicas se iniciarem com ele. [5] Depois, liga-se a subunidade grande a este complexo e

inicia-se a fase de elongação, em que o ribossoma “desliza” ao longo do mRNA, incorporando

tRNAs que deixam o seu aminoácido, que o ribossoma liga ao péptido em formação, e depois são

Figura 5 - Código genético. Cada codão corresponde a um aminoácido, usando o tRNA como

intermediário. Como podem ver à direita, cada codão corresponde a um anticodão de um tRNA

específico, que está associado a um aminoácido específico. Para além disso, como podes verificar, há

alguns codões que dizem “stop” a preto. Isto quer dizer que é o codão que sinaliza quando deve

terminar a tradução do mRNA. A coluna da esquerda corresponde à primeira letra do codão, a linha

de cima à segunda letra e a coluna da direita à terceira letra. Imagem de [8].

empurrados para fora do complexo de tradução, vazios (Figura 6). Este processo ocorre até o

ribossoma encontrar um codão de terminação, que nenhum tRNA reconhece. Nesta altura

ligam-se proteínas chamadas fatores de libertação, a tradução pára e o mRNA é solto.

Nos procariotas o mRNA é transcrito e traduzido ao mesmo tempo (e não precisa de sair do

núcleo), pelo que não precisa do cap 5’ nem da cauda poli A, para além de que vai ser degradado

rapidamente. Nos eucariotas, o tempo de vida do mRNA varia muito e tem de sair do núcleo, o

que abre mais oportunidades para a regulação da expressão genética.

E é assim que as sequências de todas as proteínas, são formadas, descodificadas do DNA.

Depois, elas sofrerão outras alterações pós-tradução que as fará adquirir a sua estrutura e

função final. Estas funções incluem um pouco de tudo, incluind catalização de reações (enzimas)

e funções estruturais.

Se tiveres alguma dúvida sobre este processo, deixa um comentário no blog!

Referências

1. Boundless, Boundless Biology. Noncoding DNA. 2015.

2. Gonzalez-Pastor, J.E., J.L. San Millan, and F. Moreno, The smallest known

gene. Nature, 1994. 369(6478): p. 281-281.

3. Pinkley, W. Heredity. 2015; Available from:

https://www.emaze.com/@AOZQZQLF/heredity.

Figura 6 – Processo de tradução a acontecer. A estrutura

grande roxa corresponde a um ribossoma, a linha cor-de-rosa

ao mRNA a ser traduzido, a amarelo o tRNA e a azul os

aminoácidos e o péptido a ser formado. Imagem de [18].

4. Berg, J., J. Tymoczko, and L. Stryer, Eukaryotic Transcription and Translation Are

Separated in Space and Time, in Biochemistry. 2002, W H Freeman: New York.

5. Clancy, S. and W. Brown. Translation: DNA to mRNA to Protein. 2008 [cited 2016;

Available from: http://www.nature.com/scitable/topicpage/translation-dna-to-mrna-

to-protein-393.

6. Seligo, C. and L. Spackman. Ribose vs Deoxyribose. Humbio Core Chemistry [cited

2016; Available

from: http://web.stanford.edu/dept/humbio/chem/riboseVsDeoxyribose.html.

7. Maness, A. What is RNA and how is it different from DNA? 2014; Available

from: http://www.rajeshbihani.com/raj/382/.

8. Karp, G., Cell and Molecular Biology Concepts and Experiments. 7th ed. 2013, United

States of America: John Wiley and Sons.

9. Lodish, H., et al., The Three Roles of RNA in Protein Synthesis, in Molecular Cell

Biology. 2000, W. H. Freeman: New York.

10. Sprangers, R. mRNA degradation. [cited 2016; Available

from: http://www.eb.tuebingen.mpg.de/research/research-groups/remco-

sprangers/mrna-degradation.html.

11. Gallie, D.R., The cap and poly(A) tail function synergistically to regulate mRNA

translational efficiency. Genes & Development, 1991. 5(11): p. 2108-2116.

12. Preiss, T. and M.W. Hentze, Dual function of the messenger RNA cap structure in

poly(A)-tail-promoted translation in yeast. Nature, 1998. 392(6675): p. 516-20.

13. Porque razão são removidos os intrões? BioGeo Gondomar 2010 [cited 2016; Available

from: http://11biogeogondomar.blogspot.pt/2010/11/porque-razao-sao-removidos-os-

introes.html.

14. Krzycki, J.A., The direct genetic encoding of pyrrolysine. Current Opinion in

Microbiology, 2005. 8(6): p. 706-712.

15. Driscoll, D.M. and P.R. Copeland, Mechanism and regulation of selenoprotein

synthesis. Annu Rev Nutr, 2003. 23: p. 17-40.

16. Silva, A. Os 20 aminoácidos essenciais ao organismo. [cited 2016; Available

from: http://www.infoescola.com/bioquimica/os-20-aminoacidos-essenciais-ao-

organismo/.

17. Boundless, Boundless Microbiology. Ribosomes. 2016.

18. Protein synthesis in ribosome. 2013; Available

from: http://gifsoup.com/view/4737457/protein-synthesis-in-ribosome.html.