GENETICA ON LINE: AULA 5 BIOLOGIA - CÓDIGO GENÉTICO E SÍNTESE DE PROTEÍNAS

O CÓDIGO GENÉTICO E TRADUÇÃO - do gene à proteína

Após a síntese de RNAs, o passo subsequente para concluir a expressão gênica é a conversão da informação contida na molécula de RNA mensageiro (na forma de uma sequência de nucleotídeos) em uma cadeia de aminoácidos, que é o polipeptídeo. Este processo é chamado TRADUÇÃO e finaliza o conjunto de eventos que envolve as propriedades funcionais do DNA.

A informação é decodificada em um sistema que envolve a interação entre mRNA e o tRNA, intermediada pelos ribossomos. Os ribossomos são estruturas supramoleculares compostas de rRNA e proteínas, que possuem duas sub unidades: a sub unidade maior e a sub unidade menor. Esta organização básica é comum entre procariontes e eucariontes, entretanto, os elementos (rRNA e proteínas) que compõe os ribossomos nos dois grupos são diferentes, permitindo diferenciar os ribossomos.

Os ribossomos procariontes possuem uma subunidade (maior) com coeficiente de sedimentação em gradiente de densidade de 50S (Svedberg) e outra (menor) com coeficiente 30S. A estrutura completa, com o arranjo das duas subunidades apresenta coeficente de 70S. Já nos eucariontes, a subunidade maior tem 60S e a menor 40S, constituindo uma estrutura de 80S. Na ilustração abaixo observamos os componentes das sub unidades ribossomais em eucariotos e em procariotos. A subunidade maior eucarionte possui os rRNAs 28S, 5.8S e 5S associados a cerca de 50 proteinas (L1 a L50). Na subunidade menor temos um rRNA 18S associado a mais de 30 proteínas (S1 a S33). Nos procariontes, a subunidade maior conta com os rRNAs 23S e 5S, associados a mais de 30 proteeínas (L1 a L31) e a subunidade menos apresenta o rRNA 16S associado a mais de 20 proteínas (S1 a S21).

O sistema de decodificação, conhecido como código genético, permite que a informação contida em uma sequência de nucleotídeos seja convertida em uma sequência de aminoácidos. No processo, cada conjunto de 3 nucleotídeos do mRNA (chamado de códon, trinca ou triplet) é correspondente a um aminoácido na proteína. Referimos-nos à porção informativa do mRNA pois, como visto, há regiões que não são traduzidas na molécula, que são denominadas 5´-UTR e 3´-UTR (UTR do inglês UnTranslated Region - região não traduzida).

A alocação do aminoácido é especificada pelo pareamento entre o códon do mRNA e o anti-códon do tRNA. No código genético, das 64 combinações de 3 nucleotídeos possíveis (4 ao cubo, pois quatro diferentes nucleotídeos - A, C, G e U - são organizados em trios), 3 não determinam a alocação de aminoácidos (não há tRNA com anti-códon complementar). Estes códons são denominados códons de parada ou de terminação (stop codon - comumente UAA; UAG e UGA). Das 61 combinações restantes, 1 determina o início da síntese, sendo denominado códon de início (start codon - AUG). Este códon especifica o aminoácido metionina. Os 60 códons restantes determinam os outros 19 aminoácidos que compõe as proteínas. Lembramos que os aminoácidos podem ser referidos por seu nome genérico, pela codificação em 3 letras e pela codificação em uma letra. Assim, a metionina, por exemplo, pode ser referida como Met ou simplesmente M. Já a glutamina pode ser referida como Gln ou Q.

Interessantemente, apenas dois aminoácidos possuem apenas um códon, a metionina (AUG) e o triptofano (UGG). Os demais 18 aminoácidos possuem 2, 3, 4 ou 6 códons.

As principais características do código genético são:

1 – universalidade - é partilhado pela grande maioria dos organismos, com poucas exceções;

2 - redundância ou degeneração - um mesmo aminoácido pode ser codificado por mais que um códon (veja a tabela do código genético que já deve estar em seu caderno!);

3 - não ambiguidade - os códons são específicos para seus respectivos aminoácidos, ou seja, um códon sempre determina o mesmo aminoácido, não havendo variação.

Uma particularidade do código genético é o códon de início, que também determina o aminoácido metionina. Para ser o códon de início é necessário que haja reconhecimento de sequências específicas no mRNA, ou seja, não é qualquer AUG no mRNA que determina o começo da tradução. Em procariontes, o códon de inicio é adjacente a uma sequencia nucleotídica específica, denominada sequência de Shine-Dalgarno (AGGAGGU), que dista cerca de 6 nucleotídeos do AUG e é reconhecida pelo rRNA 16S que compõe a subunidade menor do ribossomo.

Nos eucariontes, a identificação do códon de início também requer o reconhecimento de uma sequência específica no mRNA, a sequência de Kozak (GACACCAUGG) que contém o AUG.

Podemos dividir a tradução em diferentes etapas. Para que o processo tenha início, os tRNAs são ativados, ou seja, tem aminácidos ligados a seu braço aceptor. A enzima responsável pelo processo é a aminoaciltRNA sintetase, em uma reação de duas fases. Primeiro a enzima se liga a ATP e ao aminoácido e, em seguida, ocorre a ligação do aminoácido ao tRNA. A especificidade da ligação é assegurada pela ocorrência de uma aminoaciltRNA sintetase para cada um dos 20 diferentes aminoácidos. Após a ligação do aminoácido o tRNA é chamado tRNA ativado, e é referido com a indicação do aminoácido que carrega (por exemplo, o tRNA ativado da metionina é denominado tRNAMet). Somente os tRNAs ativados são capazes de interagir com os ribossomos na tradução.

O processo de síntese propriamente dito começa com a formação do complexo de pré-iniciação, composto pela subunidade menor do ribossomo, pelo tRNAMet e por proteínas específicas denominadas fatores de iniciação (IFs). Este complexo reconhece o códon de iniciação e, após este reconhecimento, a subunidade maior do ribossomo é integrada ao sistema. A partir deste momento, cada códon do mRNA será reconhecido pelo seu respectivo tRNA através do anticodon, com o deslocamento do ribossomo ao longo da cadeia do mensageiro. Estes eventos são conhecidos como alongamento (crescimento da cadeia polipeptídica) e translocação (movimentação do ribossomo sobre o mRNA). Proteínas denominadas EFs (fatores de alongamento) participam nesta etapa, que requer gasto de duas unidades energéticas, para estabelecimento da ligação peptídica e para translocação do ribossomo. O término da tradução ocorre quando o ribossomo alcança o códon de parada, permitindo que outras proteínas, denominadas fatores de liberação (RFs), se liguem ao ribossomo e determinem a dissociação das duas subunidades ribossomais, com liberação do polipeptídeo sintetizado (para visualizar o processo, não deixe de assistir às animações indicadas abaixo.