Introdução à Genética
9.1 Estrutura proteica
são grandes complexos macromoleculares que juntam aminoácidos para formar a
proteína cuja sequência é codificada em um mRNA específico. Os ribossomos são
compostos por diversos tipos de rRNA e dezenas de diferentes proteínas. Assim como
o tRNA, os ribossomos têm uma função geral, no sentido em que podem ser utilizados
para traduzir os mRNA de qualquer gene codificador de proteína.
Embora a maioria dos genes codifique mRNA, os RNA funcionais constituem, sem dúvida, a maior fração do RNA celular total. Em uma célula eucariótica típica ativamente em divisão, o rRNA e o tRNA são responsáveis por quase 95% do RNA total, enquanto o mRNA é responsável por apenas aproximadamente 5%. Dois fatores explicam a abundância de rRNA e tRNA. Primeiramente, eles são muito mais estáveis do que os mRNA e, assim, essas moléculas permanecem intactas por muito mais tempo. Em segundo lugar, tendo em vista que uma célula eucariótica ativamente em divisão apresenta dezenas de milhares de ribossomos, a transcrição dos genes de rRNA e tRNA constitui mais da metade da transcrição nuclear total nas células eucarióticas ativas e quase 80% da transcrição em células de leveduras.
Os componentes do maquinário de tradução e o processo de tradução são muito
semelhantes em procariotos e eucariotos. A principal característica que distingue a tradução em procariotos daquela em eucariotos é o local no qual a transcrição e a tradução ocorrem na célula: os dois processos ocorrem no mesmo compartimento em procariotos, enquanto estão fisicamente separados em eucariotos pela membrana nuclear. Após substancial processamento, os mRNA eucarióticos são exportados a partir do núcleo para a tradução nos ribossomos que estão localizados no citoplasma. Contrariamente, a transcrição e a tradução são acopladas em procariotos: a tradução de um RNA tem início na sua extremidade 5′, enquanto o restante do mRNA ainda está sendo transcrito.
9.1 Estrutura proteica
Quando um transcrito primário é totalmente processado em uma molécula de mRNA madura, ocorre sua tradução em proteína. Antes de considerar como as proteínas são produzidas, precisamos compreender a estrutura proteica. As proteínas são os principais determinantes da forma e da função biológica. Essas moléculas influenciam fortemente a forma, a cor, o tamanho, o comportamento e a fisiologia dos organismos. Tendo em vista que os genes codificam proteínas, compreender a natureza das proteínas é essencial para entender a ação gênica.
Uma proteína é um polímero composto por monômeros denominados aminoácidos.
Em outras palavras, uma proteína é uma cadeia de aminoácidos. Tendo em vista que os aminoácidos chegaram a ser denominados peptídios, a cadeia por vezes é denominada polipeptídio. Todos os aminoácidos apresentam a fórmula geral:
Todos os aminoácidos apresentam dois grupos funcionais (carboxila e amino, demonstrados anteriormente) ligados ao mesmo átomo de carbono (denominado carbono α). Também ligados ao carbono α estão um átomo de H e uma cadeia lateral, ou grupo R (reativo). Sabidamente existem 20 aminoácidos nas proteínas, cada um apresentando um grupo R diferente que proporciona ao aminoácido suas propriedades únicas. A cadeia lateral pode ser desde um átomo de hidrogênio (como no aminoácido glicina) até um anel complexo (como no aminoácido triptofano). Nas proteínas, os aminoácidos são unidos por ligações covalentes denominadas ligações peptídicas. Uma ligação peptídica é formada pela ligação da extremidade amino (NH2) de um aminoácido com a
extremidade carboxila (COOH) de outro aminoácido (Figura 9.2). Uma molécula de água é removida durante a reação. Em virtude do modo pelo qual a ligação peptídica é formada, uma cadeia de polipeptídios sempre apresenta uma extremidade amino (NH2) e
uma extremidade carboxila (COOH), conforme demonstrado na Figura 9.2 A.
FIGURA 9.2 A. Um polipeptídio é formado pela remoção de água entre os aminoácidos para formar ligações peptídicas. Cada aa indica um aminoácido. R , R e R representam os grupos R (cadeias 1 2 3 laterais) que diferenciam os aminoácidos. B. A ligação peptídica é uma unidade planar rígida, com os grupos R se projetando para fora da espinha dorsal C-N. Estão demonstradas as distâncias das ligações-padrão (em angstroms).
As proteínas apresentam uma estrutura complexa com quatro níveis de organização,
ilustrados na Figura 9.3. A sequência linear dos aminoácidos em uma cadeia de polipeptídios constitui a estrutura primária da proteína. Regiões locais da cadeia de polipeptídios se dobram em formas específicas, denominadas estrutura secundária da proteína. Cada forma tem origem a partir de forças de ligação entre os aminoácidos que estão próximos na sequência linear. Essas forças incluem diversos tipos de ligações fracas, notavelmente ligações de hidrogênio, forças eletrostáticas e forças de Van Der Waals. As estruturas secundárias mais comuns são a α-hélice e a folha β-pregueada. Diferentes proteínas demonstram uma ou outra, ou por vezes ambas em suas estruturas. A estrutura terciária é produzida pelo dobramento da estrutura secundária. Algumas proteínas apresentam estrutura quaternária: uma referida proteína é composta por dois ou mais polipeptídios dobrados em separado, também denominados subunidades, unidos por ligações fracas. A associação quaternária pode ser entre diferentes tipos de polipeptídios (resultando em um heterodímero se houver duas subunidades), ou entre polipeptídios idênticos (produzindo um homodímero). A hemoglobina é um exemplo de um heterotetrâmero, uma proteína com quatro subunidades; ela é composta por duas cópias de cada um de dois polipeptídios diferentes, demonstrados em verde e em roxo na
Figura 9.3 D.
FIGURA 9.3 Uma proteína pode apresentar quatro níveis de estrutura. A. Estrutura primária. A sequência de aminoácidos definida por seus grupos R. B. Estrutura secundária. O polipeptídio pode formar uma estrutura helicoidal (uma α-hélice) ou uma estrutura em zigue-zague (uma folha β-pregueada). A folha β-pregueada apresenta dois segmentos de polipeptídios dispostos em polaridade oposta, conforme indicado pelas setas. C. Estrutura terciária. O grupo heme é uma estrutura em anel não proteica, com um átomo de ferro em seu centro. D. Estrutura quaternária ilustrada pela hemoglobina, que é composta por quatro subunidades de polipeptídios: duas subunidades α e duas subunidades β.
Muitas proteínas são estruturas compactas; elas são denominadas proteínas
globulares. As enzimas e os anticorpos estão entre as proteínas globulares mais bem-conhecidas. As proteínas com forma linear, denominadas proteínas fibrosas, são componentes importantes de estruturas tais como a pele, os cabelos e os tendões.