Eventos pós-tradução

Quando liberadas do ribossomo, a maioria das proteínas recém-sintetizadas é incapaz de atuar. Conforme você verá nesta seção e nos capítulos subsequentes deste livro, a sequência de DNA é apenas uma parte da história de como os organismos funcionam. Nesse caso, todas as proteínas recém-sintetizadas precisam se dobrar corretamente e os aminoácidos de algumas proteínas precisam ser quimicamente modificados. Tendo em vista que uma parte do dobramento e da modificação das proteínas ocorre após a síntese proteica, eles são denominados eventos pós-tradução.

 

Dobramento da proteína dentro da célula. O evento pós-tradução mais importante é o dobramento da proteína nascente (recém-sintetizada) em sua forma tridimensional correta. Diz-se que uma proteína que é dobrada corretamente está em sua conformação nativa (contrariamente a uma proteína não dobrada ou dobrada erroneamente, que é não nativa). Como observamos no início deste capítulo, as proteínas existem em uma extraordinária diversidade de estruturas. As estruturas distintas das proteínas são essenciais para a sua atividade enzimática, para a sua capacidade de se ligar ao DNA, ou para seus papéis estruturais na célula. Embora se saiba desde a década de 1950 que a sequência de aminoácidos de uma proteína determina a sua estrutura tridimensional, também se sabe que o ambiente aquoso dentro da célula não favorece o dobramento correto da maioria das proteínas. Tendo em vista que as proteínas de fato se dobram corretamente na célula, uma questão antiga tem sido como o dobramento correto é realizado.

A resposta aparentemente é que as proteínas nascentes são dobradas corretamente com

o auxílio de chaperonas — uma classe de proteínas encontrada em todos os organismos, desde bactérias até plantas e seres humanos. Uma família de chaperonas, denominada chaperoninas GroE, forma grandes complexos multissubunitários denominados máquinas de dobramento de chaperoninas. Embora o mecanismo preciso ainda não seja compreendido, acredita-se que proteínas recém-sintetizadas e não dobradas entrem em uma câmara na máquina de dobramento que proporciona um microambiente eletricamente neutro, dentro do qual a proteína nascente consegue se dobrar com sucesso em sua conformação nativa.

Modificação pós-tradução das cadeias laterais de aminoácidos. Conforme já declarado, as proteínas são polímeros de aminoácidos produzidos a partir de qualquer um dos 20 diferentes tipos. Entretanto, a análise bioquímica de muitas proteínas revela que uma diversidade de moléculas pode ligar-se covalentemente às cadeias laterais de aminoácidos. Mais de 300 modificações de cadeias laterais de aminoácidos são possíveis após a tradução. Duas das modificações pós-tradução mais comumente encontradas — a fosforilação e a ubiquitinação — são consideradas em seguida.

 

FIGURA 9.19 RNA mensageiros produzidos por recomposição alternativa do pré-mRNA do gene FGFR2 humano codificam duas isoformas de proteína que se ligam a diferentes ligantes (os fatores de crescimento).

 

Fosforilação. Enzimas denominadas quinases unem os grupos fosfato aos grupos hidroxila dos aminoácidos serina, treonina e tirosina, enquanto enzimas denominadas fosfatases removem esses grupos fosfato. Tendo em vista que os grupos fosfato são negativamente carregados, a sua adição a uma proteína normalmente altera a conformação proteica. A adição e a remoção de grupos fosfato atuam como uma alteração reversível para controlar uma diversidade de eventos celulares, incluindo a atividade enzimática, as interações proteína–proteína e as interações proteína–DNA

(Figura 9.20).

Uma medida da importância da fosforilação de proteínas é o número de genes que

codificam a atividade quinase no genoma. Até mesmo um organismo simples como uma levedura apresenta centenas de genes de quinases, enquanto a planta da mostarda Arabidopsis thaliana apresenta mais de 1.000. Outra medida da significância da fosforilação de proteínas é que a maior parte das diversas interações de proteínas que ocorrem em uma célula típica é regulada por fosforilação.

Análises recentes das interações de proteínas do proteoma indicam que a maioria das

proteínas atua por meio da interação com outras proteínas. Interatoma é a denominação dada ao conjunto completo de interações de proteínas em um organismo, órgão, tecido, ou célula. Um modo de ilustrar a rede de interações de proteínas que constitui um

interatoma está demonstrado na Figura 9.21. Para gerar esta figura, pesquisadores determinaram as 3.186 interações proteicas entre 1.705 proteínas humanas. Entretanto, essas interações constituem apenas uma pequena fração das interações de proteínas que estão ocorrendo em todas as células humanas sob todas as condições de crescimento.

 

FIGURA 9.20 As proteínas podem ser ativadas por meio da ligação enzimática de grupos fosfato aos grupos laterais de seus aminoácidos e inativadas por meio da remoção desses grupos fosfato.

FIGURA 9.21 As proteínas (representadas pelos círculos) interagem com outras proteínas (conectadas por linhas) para formar complexos proteicos simples ou grandes. Este interatoma demonstra 3.186 interações de 1.705 proteínas humanas. (Dados de Ulrich Steizl et al., Max Delbrück Center for Molecular Medicine [MDC] Berlin-Buch. Direitos autorais MDC.)

 

 

Qual é a significância biológica dessas interações? Neste capítulo e nos antecedentes,

você observou que as interações de proteínas são centrais para a função de grandes máquinas biológicas tais como o replissomo, o spliceossomo e o ribossomo. Outro conjunto de interações significativas é a das associações entre as proteínas humanas e as proteínas dos patógenos humanos. Por exemplo, o interatoma de 40 proteínas do vírus

Epstein-Barr (EBV) e de 112 proteínas humanas é composto por 173 interações (Figura

9.22). A compreensão sobre essa rede de interações pode levar a novas terapias para a mononucleose, uma doença causada por infecção pelo EBV.

 

Ubiquitinação. Surpreendentemente, uma das modificações pós-tradução mais comuns não é sutil como a adição de um grupo fosfato. Em vez disso, essa modificação tem por alvo a degradação da proteína por meio de uma máquina biológica e da protease

denominada proteossomo 26S (Figura 9.23). A modificação que marca uma proteína-alvo para ser degradada é a adição de cadeias de múltiplas cópias de uma proteína denominada ubiquitina aos resíduos de ε-amina da lisina (denominada ubiquitinação). A ubiquitina contém 76 aminoácidos e é observada apenas em eucariotos, nos quais é altamente conservada em plantas e em animais. Duas classes amplas de proteínas são alvo de destruição por meio da ubiquitinação: proteínas de vida curta, tais como reguladoras do ciclo celular, ou proteínas danificadas ou mutadas.

 

FIGURA 9.22 A rede de 173 interações de 40 proteínas do vírus Epstein-Barr (EBV) com 112 proteínas humanas. As proteínas virais estão demonstradas como círculos amarelos e as proteínas humanas como quadrados azuis. As interações estão demonstradas como linhas vermelhas. (Dados de Calderwood et al., Proceedings of the National Academy of Sciences 104, 2007, 7606-7611. Direitos autorais 2007 por National Academy of Sciences.)

FIGURA 9.23 Estão demonstradas as principais etapas na degradação proteica mediada pela ubiquitina. A ubiquitina é primeiramente conjugada a outra proteína e em seguida degradada pelo proteossomo. Em seguida a ubiquitina e os oligopeptídios são reciclados.

 

Direcionamento de proteínas. Em eucariotos, todas as proteínas são sintetizadas nos ribossomos no citoplasma. Entretanto, algumas dessas proteínas acabam no núcleo, outras nas mitocôndrias e ainda outras ancoradas na membrana ou secretadas da célula. Como essas proteínas “sabem” onde elas devem ir? A resposta para esse problema aparentemente complexo de fato é consideravelmente simples: uma proteína recém-sintetizada contém uma sequência curta que a direciona para o local ou compartimento celular correto. Por exemplo, uma proteína de membrana recém-sintetizada ou uma proteína destinada para uma organela apresenta um curto peptídio líder, denominado sequência de sinal, na sua extremidade amino-terminal. Para as proteínas de membrana, esse trecho de 15 a 25 aminoácidos direciona a proteína para canais na membrana do

retículo endoplasmático, onde a sequência de sinal é clivada por uma peptidase (Figura

9.24). A partir do retículo endoplasmático, a proteína é direcionada para o seu destino final. Existe um fenômeno semelhante para determinadas proteínas bacterianas que são secretadas.

 

FIGURA 9.24 As proteínas destinadas a serem secretadas da célula apresentam uma sequência amino-terminal que é rica em resíduos hidrofóbicos. Essa sequência de sinal se liga às proteínas na membrana do retículo endoplasmático (RE) que retiram o restante da proteína por meio da bicamada lipídica. A sequência de sinal é clivada da proteína neste processo por uma enzima denominada peptidase de sinal (não demonstrada). Uma vez dentro do retículo endoplasmático, a proteína é direcionada para a membrana celular, a partir da qual será secretada.

 

As proteínas destinadas ao núcleo incluem as RNA e DNA polimerases e os fatores de

transcrição discutidos nos Capítulos 7 e 8. As sequências de aminoácidos inseridas no interior das referidas proteínas ligadas ao núcleo são necessárias para o transporte do citoplasma para o núcleo. Essas sequências de localização nuclear (NLS) são reconhecidas por proteínas receptoras citoplasmáticas que transportam proteínas recém-sintetizadas através dos poros nucleares — sítios na membrana por meio dos quais moléculas grandes são capazes de passar para dentro e para fora do núcleo. Uma proteína normalmente não observada no núcleo será direcionada para o núcleo se uma NLS estiver ligada a ela.

Por que as sequências de sinal são clivadas durante o direcionamento, enquanto uma

NLS, localizada no interior de uma proteína, permanece após a proteína se movimentar para dentro do núcleo? Uma explicação pode ser que, na desintegração nuclear que

acompanha a mitose (ver Capítulo 2), as proteínas localizadas no núcleo podem ser encontradas no citoplasma. Tendo em vista que essa proteína contém uma NLS, ela pode ser realocada para o núcleo de um célula-filha que resulta da mitose.

 

CONCEITO-CHAVE A maioria das proteínas eucarióticas é inativa, exceto se modi cada após a tradução. Alguns

eventos pós-tradução, tais como a fosforilação ou a ubiquitinação, modi cam os grupos laterais de aminoácidos,

promovendo, assim, a ativação ou a degradação proteica, respectivamente. Outros mecanismos pós-tradução

reconhecem a identidade dos aminoácidos em uma sequência proteica e direcionam aquelas proteínas para

locais nos quais sua atividade é necessária dentro ou fora da célula.

 

RESUMO

Este capítulo descreveu a tradução da informação codificada na sequência de nucleotídios de um mRNA em uma sequência de aminoácidos de uma proteína. Nossas proteínas, mais do que qualquer outra macromolécula, determinam quem e o que somos. Elas são as enzimas responsáveis pelo metabolismo celular, incluindo a síntese de DNA e RNA, e são os fatores reguladores necessários para a expressão do programa genético. A versatilidade das proteínas como moléculas biológicas é manifestada na diversidade de formas que elas podem assumir. Além disso, até mesmo após a sua síntese, elas podem ser modificadas em uma diversidade de modos por meio da adição de moléculas que conseguem alterar a sua função.

Tendo em vista o papel central das proteínas na vida, não é surpresa que ambos o

código genético e o maquinário para a tradução desse código em proteínas tenham sido altamente conservados desde as bactérias até os seres humanos. Os principais componentes da tradução são três classes de RNA: tRNA, mRNA e rRNA. A precisão da tradução depende da ligação enzimática de um aminoácido com seu tRNA cognato, gerando uma molécula de tRNA carregada. Como adaptadores, os tRNA são as moléculas-chave na tradução. Contrariamente, o ribossomo é a fábrica na qual mRNA, tRNA carregados e outros fatores proteicos se unem para a síntese proteica.

A decisão-chave na tradução é onde iniciar a tradução. Em procariotos, o complexo de

iniciação é montado no mRNA na sequência de Shine-Dalgarno, logo upstream do códon de início AUG. O complexo de iniciação em eucariotos é montado na estrutura cap 5′ do mRNA e se movimenta na direção 3′ até que o códon de início seja reconhecido. A fase mais longa da tradução é o ciclo de alongamento; nessa fase, o ribossomo se movimenta ao longo do mRNA, revelando o próximo códon que irá interagir com seu tRNA carregado cognato, de modo que os tRNA carregados com aminoácidos possam ser adicionados à cadeia de polipeptídios em crescimento. Esse ciclo continua até que um códon de parada seja encontrado. Os fatores de liberação facilitam o término da tradução.

Nos últimos anos, novas técnicas de imagem revelaram interações ribossômicas no

nível atômico. Com esses novos “olhos”, atualmente podemos ver que o ribossomo é uma máquina incrivelmente dinâmica, que altera sua forma em resposta aos contatos realizados com tRNA e com proteínas. Além disso, as imagens em resolução atômica revelaram que os RNA ribossômicos, não as proteínas ribossômicas, estão intimamente associados aos centros funcionais do ribossomo.

O proteoma é o conjunto completo de proteínas que pode ser expresso pelo material

genético de um organismo. Enquanto um eucarioto multicelular típico apresenta aproximadamente 20.000 genes, o proteoma típico provavelmente é 10 a 50 vezes maior. Essa diferença em parte é o resultado de modificações pós-tradução, tais como fosforilação e ubiquitinação, que influenciam a atividade e a estabilidade proteica.

 

TERMOS-CHAVE

aminoácido

aminoacil-tRNA sintetase

anticódon

centro decodificador

centro peptidiltransferase

código degenerado

códon

desenho de fármaco com base na estrutura

direcionamento de proteínas

domínio

estrutura primária

estrutura quaternária

estrutura secundária

estrutura terciária

extremidade amino

extremidade carboxila

fator de iniciação

fator de liberação (RF)

iniciador

interatoma

isoforma

oscilante

polipeptídio

proteína fibrosa

proteína globular

proteoma

ribossomo

RNA ribossômico (rRNA)

RNA transportador ou de transferência (tRNA)

sequência de localização nuclear (NLS)

sequência de Shine-Dalgarno

sequência de sinal

sítio A

sítio ativo

sítio E

sítio P

subunidade

trinca

tRNA carregado

ubiquitina

ubiquitinação

 

PROBLEMAS RESOLVIDOS

 

Problema resolvido 1. Com a utilização da Figura 9.5, demonstre as consequências sobre a tradução subsequente da adição de uma base adenina no início da sequência codificadora a seguir:

 

Solução

Com a adição da A no início da sequência codificadora, o quadro de leitura é alterado, e um conjunto diferente de aminoácidos é especificado pela sequência, conforme demonstrado aqui (observe que é encontrado um conjunto de códons sem sentido, que resulta no término da cadeia):

–ACG–AUC–GGA–ACC–ACG–UGA–UAA–GCA–

– Thr – Ile – Gly – Thr – parada – parada

 

Problema resolvido 2. A adição de um único nucleotídio seguida por uma deleção de um nucleotídio único à distância de aproximadamente 20 pb no DNA causa uma alteração na sequência proteica de:

 

–His–Thr–Glu–Asp–Trp–Leu–His–Gln–Asp–

 

para:

 

–His–Asp–Arg–Gly–Leu–Ala–Thr–Ser–Asp–

 

Qual nucleotídio foi adicionado e qual foi deletado? Qual é a sequência de mRNA

original e a nova? (Dica: ver Figura 9.5).

 

Solução

Podemos desenhar a sequência de mRNA em relação à sequência proteica original (com as ambiguidades inerentes nesse estágio):

 

Tendo em vista que a alteração na sequência proteica fornecida a nós no início do problema tem início após o primeiro aminoácido (His) em virtude da adição de um nucleotídio único, podemos deduzir que um códon Thr tem de ser alterado para um códon Asp. Essa alteração necessariamente resulta da adição de uma G diretamente antes do códon Thr (indicado por um quadro), que altera o quadro de leitura, conforme demonstrado aqui:

Além disso, tendo em vista que uma deleção de um nucleotídio deve restaurar o códon Asp final para o quadro de leitura correto, uma A ou G deve ter sido deletada do final do códon próximo ao último original, conforme demonstrado pela seta. A sequência proteica original nos possibilita desenhar o mRNA com uma diversidade de ambiguidades. Entretanto, a sequência proteica que resulta do deslocamento do quadro de leitura nos possibilita determinar qual nucleotídio estava no mRNA original na maior parte desses pontos de ambiguidade. Os nucleotídios que podem ter aparecido na sequência original estão circulados. Em apenas alguns casos a ambiguidade permanece.

 

PROBLEMAS

 

QUESTÕES SOBRE AS FIGURAS

1. A estrutura proteica primária está demonstrada na Figura 9.3 A. Onde no mRNA

(próximo da extremidade 5′ ou 3′) uma mutação em R2 seria codificada?

2. Neste capítulo, você conheceu mutações supressoras sem sentido nos genes do

tRNA. Entretanto, as mutações supressoras também ocorrem em genes

codificadores de proteínas. Com a utilização da estrutura terciária da subunidade β

da hemoglobina demonstrada na Figura 9.3 C, explique em termos estruturais

como uma mutação poderia causar a perda da função proteica da globina. Agora

explique como uma mutação em um segundo local na mesma proteína poderia

suprimir esta mutação e levar a uma proteína normal ou quase normal.

3. Com a utilização da estrutura quaternária da hemoglobina demonstrada na Figura

9.3 D, explique em termos estruturais como uma mutação na proteína da

subunidade β poderia ser suprimida por uma mutação no gene da subunidade α.

4. RNA transportadores (tRNA) são exemplos de moléculas de RNA que não

codificam proteínas. Com base nas Figuras 9.6 e 9.8, qual é a significância da

sequência de moléculas de tRNA? Qual você prevê que seria o impacto sobre a

tradução de uma mutação em uma das bases de uma das hastes na estrutura do

tRNA? No organismo mutante?

5. Os componentes de ribossomos procarióticos e eucarióticos estão demonstrados na

Figura 9.10. Com base nesta figura, você acredita que o grande RNA ribossômico

procariótico (rRNA 23S) seria capaz de substituir o rRNA 28S eucariótico?

Justifique a sua resposta.

6. Os RNA ribossômicos (rRNA) são outro exemplo de uma molécula de RNA

funcional. Com base na Figura 9.11, qual você acredita que seja a significância da

estrutura secundária do rRNA?

7. Na Figura 9.12, o aminoácido terminal que está emergindo do ribossomo é

codificado pela extremidade 5′ ou 3′ do mRNA?

8. Na Figura 9.12 B, o que você acredita que ocorra com o tRNA que é liberado do

sítio E?

9. Na Figura 9.17, o que você acredita que ocorra próximo das subunidades

ribossômicas após elas terminarem a tradução daquele mRNA?

10. Com base na Figura 9.19, você consegue prever a posição de uma mutação que

afetaria a síntese de uma isoforma, mas não da outra?

11. Com base na Figura 9.24, você consegue prever a posição de uma mutação que

produziria uma proteína ativa que não foi direcionada para o local correto?

 

PROBLEMAS BÁSICOS

12.

a. Utilize o dicionário de códons na Figura 9.5 para completar a tabela a seguir.

Presuma que a leitura seja da esquerda para a direita e que as colunas representem

os alinhamentos da transcrição e da tradução.

 

C Dupla-hélice

de DNA

 

T G A

 

C A U mRNA

transcrito

G C A Anticódon

de tRNA

adequado

 

Aminoácidos

Trp incorporados

à proteína

 

b. Rotule as extremidades 5′ e 3′ do DNA e do RNA, bem como as extremidades

amino e carboxila da proteína.

13. Considere o segmento de DNA a seguir:

 

5′ GCTTCCCAA 3′

3′ CGAAGGGTT 5′

 

Presuma que o filamento superior seja o filamento-molde utilizado pela RNA

polimerase.

a. Desenhe o RNA transcrito.

b. Rotule as suas extremidades 5′ e 3′.

c. Desenhe a cadeia de aminoácidos correspondente.

d. Rotule as suas extremidades amino e carboxila.

Repita as partes a a d, presumindo que o filamento inferior seja o filamento-molde. 14. Um evento mutacional insere um par de nucleotídios extra no DNA. Qual dos

desfechos a seguir você espera? (1) Absolutamente nenhuma proteína; (2) uma

proteína na qual um aminoácido está alterado; (3) uma proteína na qual três

aminoácidos estão alterados; (4) uma proteína na qual dois aminoácidos estão

alterados; (5) uma proteína na qual a maior parte dos aminoácidos após o sítio da

inserção está alterada.

15. Antes de a verdadeira natureza do processo do código genético ter sido totalmente

compreendida, foi proposto que a mensagem poderia ser lida em trincas

sobrepostas. Por exemplo, a sequência GCAUC poderia ser lida como GCA CAU

AUC:

Planeje um teste experimental dessa ideia.

16. Se o tRNA é o adaptador para a tradução, o que é o ribossomo? 17. Qual anticódon você preveria para uma espécie de tRNA que carreia a isoleucina?

Existe mais de uma resposta possível? Caso afirmativo, declare quaisquer

respostas alternativas.

18. a. Em quantos casos no código genético você falharia em conhecer o aminoácido

especificado por um códon se você soubesse apenas os primeiros dois nucleotídios

do códon?

b. Em quantos casos você falharia em conhecer os primeiros dois nucleotídios do

códon se soubesse qual aminoácido é especificado por ele? 19. Deduza quais seis códons do tipo selvagem podem ter estado nos mutantes que

levaram Brenner a inferir a natureza do códon UAG.

20. Se um polirribonucleotídio contém quantidades iguais de bases adenina e uracila

posicionadas aleatoriamente, qual proporção de suas trincas irá codificar (a)

fenilalanina, (b) isoleucina, (c) leucina, (d) tirosina? 21. Você sintetizou três RNA mensageiros diferentes com bases incorporadas em uma

sequência aleatória nas razões a seguir: (a) 1 U: 5 C, (b) 1 A: 1 C: 4 U, (c) 1 A: 1

C: 1 G: 1 U. Em um sistema de síntese proteica in vitro, indique as identidades e as

proporções de aminoácidos que serão incorporados nas proteínas quando cada um

desses mRNA for testado. (Consulte a Figura 9.5.) 22. No fungo Neurospora, foram obtidos alguns mutantes que apresentavam ausência

de atividade em relação a uma determinada enzima. Observou-se, por meio de

mapeamento, que as mutações estão em um de dois genes não ligados. Forneça

uma explicação possível em referência à estrutura proteica quaternária. 23. Qual é o significado da declaração “O código genético é universal”? Qual é a

significância desse achado?

24. A enzima triptofano sintetase é produzida em dois tamanhos, grande e pequena.

Alguns mutantes sem atividade enzimática produziram enzimas exatamente do

mesmo tamanho que o tipo selvagem. Outros mutantes sem atividade produziram

apenas a enzima grande; outros ainda, apenas a enzima pequena.

a. Explique os diferentes tipos de mutantes no nível da estrutura proteica. 32. Um sistema de tradução quimérico que contém a subunidade ribossômica grande

b. Por que você acredita que não havia mutantes que não produziam nenhuma

enzima?

25. Nos experimentos de Crick-Brenner descritos neste capítulo, três inserções ou três

deleções restauraram o quadro de leitura normal e a dedução foi que o código era

lido em grupos de três. Essa dedução realmente é comprovada pelos experimentos?

Um códon pode ter sido composto por seis bases, por exemplo? 26. Um mutante não apresenta atividade em relação à enzima isocitrato liase. Como

esse resultado comprova que a mutação está no gene que codifica a isocitrato

liase?

27. Um determinado supressor sem sentido corrige um mutante sem crescimento até

um estado que é próximo, mas não exatamente, do tipo selvagem (ele apresenta

crescimento anormal). Sugira um possível motivo pelo qual a reversão não é uma

correção total.

28. Em genes bacterianos, assim que algum transcrito de mRNA parcial é produzido

pelo sistema de RNA polimerase, o ribossomo se associa a ele e inicia a tradução.

Desenhe um diagrama desse processo, identificando as extremidades 5′ e 3′ do

mRNA, as extremidades COOH e NH da proteína, a RNA polimerase, e no

mínimo um ribossomo. Por que esse sistema não poderia atuar em eucariotos? 29. Em um haploide, um supressor sem sentido su1 atua na mutação 1, mas não na

mutação 2 ou 3 do gene P. Um supressor sem sentido não ligado su2 atua na

mutação 2 de P, mas não sobre 1 ou 3. Explique esse padrão em relação à natureza

das mutações e dos supressores.

30. Foram desenvolvidos sistemas de tradução in vitro, nos quais moléculas de RNA

específicas podem ser adicionadas a um tubo de ensaio que contém um extrato

celular bacteriano que inclui todos os componentes necessários para a tradução

(ribossomos, tRNA, aminoácidos). Se um aminoácido marcado radioativamente

for incluído, qualquer proteína traduzida a partir daquele RNA pode ser detectada

e demonstrada em um gel. Se um mRNA eucariótico for adicionado ao tubo de

ensaio, serão produzidas proteínas radioativas? Explique. 31. Um sistema de tradução in vitro contém um extrato de célula eucariótica que inclui

todos os componentes necessários para a tradução (ribossomos, tRNA,

aminoácidos). Se um RNA bacteriano for adicionado ao tubo de ensaio, uma

proteína será produzida? Caso negativo, por que não?

de E. coli e a subunidade ribossômica pequena de levedura (um eucarioto

unicelular) seria capaz de atuar na síntese proteica? Explique por que sim ou por

que não.

33. Mutações que alteram um único aminoácido no sítio ativo de uma enzima podem

resultar na síntese de quantidades do tipo selvagem de uma enzima inativa. Você

consegue pensar em outras regiões em uma proteína nas quais uma alteração de

aminoácido único pode apresentar o mesmo resultado? 34. Qual evidência ampara a visão de que os RNA ribossômicos são um componente

mais importante do ribossomo do que as proteínas ribossômicas? 35. Explique por que os antibióticos, tais como eritromicina e azitromicina, que se

ligam à subunidade ribossômica grande não nos prejudicam. 36. Por que os eucariotos multicelulares precisam ter centenas de genes que codificam

quinases?

37. Nosso sistema imune produz muitas proteínas diferentes que nos protegem contra

infecções virais e bacterianas. Empresas de biotecnologia precisam produzir

grandes quantidades dessas proteínas imunes para testes em humanos e a venda

final para o público. Para essa finalidade, seus cientistas modificam culturas

celulares bacterianas ou humanas para expressar essas proteínas imunes. Explique

por que as proteínas isoladas de culturas bacterianas com frequência são inativas,

enquanto as mesmas proteínas isoladas a partir das culturas celulares humanas são

ativas (funcionais).

38. Você esperaria encontrar sequências de localização nuclear (NLS) nas proteínas

que produzem DNA e RNA polimerases procarióticas e eucarióticas? Explique por

que sim ou por que não.

 

PROBLEMAS DESAFIADORES

39. A adição de um nucleotídio único e a deleção de um nucleotídio único à distância

de aproximadamente 15 bases no DNA causam uma alteração na sequência

proteica de:

 

Phe–Ser–Pro–Arg–Leu–Asn–Ala–Val–Lys

 

para:

Phe–Val–His–Ala–Leu–Met–Ala–Val–Lys

 

a. Quais são as sequências de nucleotídios do mRNA antigo e do novo? (Utilize o

dicionário de códons na Figura 9.5.)

b. Qual nucleotídio foi adicionado? Qual foi deletado? 40. Você está estudando um gene de E. coli que especifica uma proteína. Uma parte da

sua sequência é:

 

–Ala–Pro–Trp–Ser–Glu–Lys–Cys–His–

 

Você recupera uma série de mutantes em relação a esse gene que não demonstram

atividade enzimática. Ao isolar os produtos enzimáticos mutantes, você observa as

sequências a seguir:

Mutante 1:

 

–Ala–Pro–Trp–Arg–Glu–Lys–Cys–His–

 

Mutante 2:

 

–Ala–Pro–

 

Mutante 3:

 

–Ala–Pro–Gly–Val–Lys–Asn–Cys–His–

 

Mutante 4:

 

–Ala–Pro–Trp–Phe–Phe–Thr–Cys–His–

 

Qual é a base molecular em relação a cada mutação? Qual é a sequência de DNA

que especifica essa parte da proteína?

41. Atualmente são conhecidos supressores de mutações por deslocamento do quadro

de leitura. Proponha um mecanismo para a sua ação.

42. Considere os genes que especificam a estrutura da hemoglobina. Disponha os

eventos a seguir na sequência mais provável na qual eles ocorreriam:

a. É observada anemia.

b. A forma do sítio de ligação do oxigênio é alterada.

c. Um códon incorreto é transcrito no mRNA da hemoglobina.

d. O ovócito (gameta feminino) recebe uma dose alta de radiação.

e. Um códon incorreto é gerado no DNA de um gene de hemoglobina.

f. Uma mãe (uma técnica de radiologia) acidentalmente tropeça na frente de um

gerador de raios X em operação.

g. Uma criança morre.

h. A capacidade de transporte de oxigênio do corpo está gravemente

comprometida.

i. O anticódon do tRNA que se alinha é de um tipo que traz um aminoácido

inadequado.

j. Ocorre a substituição de pares de nucleotídios no DNA de um gene de

hemoglobina.

43. Quais características estruturais são compartilhadas pelos spliceossomos (Figuras

8.16 e 8.17) e os ribossomos? Por que ambas as estruturas são utilizadas para

amparar a teoria do Mundo do RNA?

44. Uma molécula de DNA bifilamentar com a sequência demonstrada aqui produz, in

vivo, um polipeptídio que apresenta o comprimento de cinco aminoácidos.

 

TACATGATCATTTCACGGAATTTCTAGCATGTA

ATGTACTAGTAAAGTGCCTTAAAGATCGTACAT

 

a. Qual filamento de DNA é o filamento-molde, e em qual direção ele é transcrito?

b. Rotule as extremidades 5′ e 3′ de cada filamento.

c. Se ocorre uma inversão entre a segunda e a terceira trincas das extremidades

esquerda e direita, respectivamente, e o mesmo filamento de DNA é transcrito,

quão longo será o polipeptídio resultante?

d. Presuma que a molécula original esteja intacta e que o filamento inferior seja

transcrito da esquerda para a direita. Forneça a sequência de bases do RNA e

rotule as extremidades 5′ e 3′ do anticódon que insere o quarto aminoácido no

polipeptídio nascente. Qual é o aminoácido?

45. Uma das técnicas que Khorana utilizou para decifrar o código genético foi

sintetizar polipeptídios in vitro, utilizando mRNA sintético com diversas

sequências de bases repetidas. Por exemplo, (AGA)n, que pode ser escrita como

AGAAGAAGAAGAAGA... Por vezes o polipeptídio resultante continha apenas

um aminoácido (um homopolímero), e por vezes continha mais de um aminoácido

(um heteropolímero), dependendo da sequência de repetição utilizada. Khorana

observou que por vezes polipeptídios diferentes eram produzidos a partir do

mesmo mRNA sintético, sugerindo que a iniciação da síntese proteica no sistema

in vitro nem sempre tem início no primeiro nucleotídio do mensageiro. Por

exemplo, a partir de (CAA)n, três polipeptídios podem ter sido produzidos:

homopolímero aa1 (abreviado aa1-aa1), homopolímero aa2 (aa2-aa2), e

homopolímero aa 3 (aa3-aa3). Esses polipeptídios provavelmente correspondem às

leituras a seguir derivadas do início em diferentes locais na sequência:

 

CAA CAA CAA CAA...

ACA ACA ACA ACA...

AAC AAC AAC AAC...

 

A tabela a seguir demonstra os resultados do experimento de Khorana.

 

mRNA sintético Polipeptídio(s) sintetizado(s)

 

(UG)n (Ser-Leu)

 

(UG)n (Val-Cys)

 

(AC)n (Thr-His)

 

(AG)n (Arg-Glu)

 

(UUC)n (Ser-Ser) e (Leu-Leu) e (Phe-Phe)

 

(UUG)n (Leu-Leu) e (Val-Val) e (Cys-Cys)

 

(AAG)n (Arg-Arg) e (Lys-Lys) e (Glu-Glu)

 

(CAA)n (Thr-Thr) e (Asn-Asn) e (Gln-Gln)

 

(UAC)n (Thr-Thr) e (Leu-Leu) e (Tyr-Tyr)

(AUC)n (Ile-Ile) e (Ser-Ser) e (His-His)

 

(GUA)n (Ser-Ser) e (Val-Val)

 

(GAU)n (Asp-Asp) e (Met-Met)

 

(UAUC)n (Tyr-Leu-Ser-Ile)

 

(UUAC)n (Leu-Leu-Thr-Tyr)

 

(GAUA)n Nenhum

 

(GUAA)n Nenhum

 

Nota: a ordem na qual os polipeptídios ou aminoácidos estão listados na tabela não é signi cativa, exceto em relação a (UAUC)n e (UUAC)n.

a. Por que (GUA) n e (GAU)n codificam, cada um, apenas dois homopolipeptídios?

b. Por que (GAUA)n e (GUAA)n falham em estimular a síntese?

c. Com a utilização dos resultados de Khorana, atribua um aminoácido para cada

trinca na lista a seguir. Relembre que com frequência existem diversos códons para

um único aminoácido e que as duas primeiras letras em um códon normalmente

são importantes (mas que a terceira letra ocasionalmente é significativa). Também

tenha em mente que alguns códons muito diferentes por vezes codificam o mesmo

aminoácido. Tente solucionar este problema sem consultar a Figura 9.5.

 

GUA GAU UUG AAC

 

GUG UUC UUA GAA

 

GUU AGU UAU AGA

 

AUG CUU AUC GAG

 

UGU CUA UAC CAA

ACA UCU AAG UAG

 

CAC CUC ACU UGA

 

A solução deste problema requer tanto lógica quanto tentativa e erro. Não se sinta

desencorajado: Khorana recebeu um Prêmio Nobel por solucioná-lo. Boa sorte!

(Dados de J. Kuspira e G. W. Walker, Genetics: Questions and Problems.

McGraw-Hill, 1973.)

46. Para construir um “interatoma” como aquele demonstrado na Figura 9.21,

cientistas identificam todas as interações proteicas em um tipo de tecido ou célula

em particular. A comparação dos interatomas do tecido muscular humano versus o

tecido cerebral humano revela padrões muito diferentes. Se você fosse o cientista

envolvido nesse estudo, como explicaria esses resultados? 47. Os genomas da maioria dos eucariotos multicelulares codificam aproximadamente

25.000 genes, ainda que seus proteomas contenham mais de 200.000 proteínas.

Proponha dois processos que, considerados em conjunto, expliquem essa

discrepância.

48. Os éxons e os íntrons de um gene estão demonstrados a seguir. A recomposição

alternativa desse gene produz três diferentes quadros de leitura abertos. Preveja

quais éxons formarão esses três mRNA e forneça a justificativa para a sua

resposta. nt = Nucleotídios

 

49. Se fosse encontrada vida em outro planeta, você acredita que ela apresentaria o

mesmo código genético? Justifique sua resposta.

50. A imagem na primeira página do Capítulo 9 é de um ribossomo em resolução

atômica, no qual o rRNA é azul e as proteínas ribossômicas são cor-de-rosa.

Observe essa figura cuidadosamente, prestando atenção nos pontos de interação

dos rRNA com as proteínas ribossômicas e das proteínas ribossômicas com os

tRNA, mRNA e fatores ribossômicos (EF-Tu, RF1). Agora planeje um modelo que

explique a natureza de algumas das interações (em termos muito gerais) que estão ___________________

ocorrendo dentro dessa máquina molecular. Como o conhecimento sobre essas

interações pode auxiliar no desenho de uma nova geração de antibióticos?

1F. Crick, “On Protein Synthesis.” The Symposia of the Society for Experimental Biology 12:138-163, 1958.

 

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