A síntese de proteínas, também conhecida como tradução, é um processo fundamental para a expressão gênica em todos os organismos. A tradução pode ser dividida em três fases: iniciação, elongação e terminação. Embora o processo de tradução seja semelhante em procariontes e eucariontes, existem algumas diferenças importantes entre eles.
Iniciação da tradução em procariontes
A síntese de proteínas em procariontes, como a bactéria E. coli, começa com a formação de um complexo de iniciação. Esse complexo envolve o pequeno subunidade ribossômica 30S, o modelo de RNA mensageiro (mRNA), três fatores de iniciação (IFs) e um tRNA especializado chamado tRNAMetf.
No mRNA de E. coli, uma sequência chamada sequência Shine-Dalgarno interage com as moléculas de RNA ribossômico (rRNA) que compõem o ribossomo. Essa interação ancora a subunidade ribossômica 30S na posição correta no mRNA. A ligação do mRNA ao ribossomo 30S também requer o fator de iniciação IF-III.
O tRNA iniciador interage então com o códon de início AUG (ou, raramente, GUG). Esse tRNA carrega o aminoácido metionina, que é formilado após sua ligação ao tRNA. A formilação cria uma "falsa" ligação peptídica entre o grupo carboxila formila e o grupo amino da metionina. A ligação do fMet-tRNAMetf é mediada pelo fator de iniciação IF-2. O fMet inicia cada cadeia polipeptídica sintetizada por E. coli, mas geralmente é removido após a tradução ser concluída. Quando um códon AUG em fase é encontrado durante a elongação da tradução, uma metionina não formilada é inserida por um tRNA Met regular. Após a formação do complexo de iniciação, a subunidade ribossômica 30S se une à subunidade 50S para formar o complexo de tradução.
Iniciação da tradução em eucariontes
Em eucariontes, como células animais e vegetais, a formação do complexo de iniciação da tradução é semelhante, mas com algumas diferenças importantes em relação aos procariontes. Em vez de se ligar ao mRNA na sequência Shine-Dalgarno, o complexo de iniciação da tradução em eucariontes reconhece a capa de 7-metilguanosina na extremidade 5' do mRNA. Proteínas de ligação à capa e outros fatores de iniciação auxiliam o movimento do ribossomo em direção à capa 5'. Uma vez na capa, o complexo de iniciação da tradução percorre o mRNA na direção 5' para 3', procurando o códon de início AUG. Muitos mRNAs eucariontes são traduzidos a partir do primeiro AUG, mas nem sempre é o caso. De acordo com as regras de Kozak, os nucleotídeos ao redor do AUG indicam se é o códon de início correto. Essas regras afirmam que a seguinte sequência consenso deve aparecer ao redor do AUG dos genes de vertebrados: 5'-gccRccAUGG-3'. O R (purina) indica um local que pode ser A ou G, mas não C ou U. Quanto mais próxima a sequência estiver desse consenso, maior será a eficiência da tradução.
Uma vez identificado o AUG apropriado, as outras proteínas e a proteína de ligação à capa se dissociam, e a subunidade ribossômica 60S se liga ao complexo de Met-tRNAi, mRNA e subunidade 40S. Esse passo completa a iniciação da tradução em eucariontes.
Alongamento da tradução
O alongamento da tradução ocorre de maneira semelhante em procariontes e eucariontes. Durante o alongamento, os tRNAs carregados com aminoácidos entram e saem sequencialmente do ribossomo, à medida que cada novo aminoácido é adicionado à cadeia polipeptídica em crescimento. O movimento dos tRNAs ocorre por meio de mudanças conformacionais que avançam o ribossomo em três bases na direção 3'. A energia para cada etapa ao longo do ribossomo é fornecida por fatores de alongamento que hidrolisam GTP. A energia do GTP é necessária tanto para a ligação de um novo aminoacil-tRNA ao sítio A quanto para sua translocação para o sítio P após a formação da ligação peptídica. As ligações peptídicas são formadas entre o grupo amino do aminoácido ligado ao tRNA no sítio A e o grupo carboxila do aminoácido ligado ao tRNA no sítio P. A formação de cada ligação peptídica é catalisada pela peptidil transferase, uma enzima baseada em RNA que está integrada à subunidade ribossômica 50S. A energia para cada formação de ligação peptídica é derivada da ligação de alta energia que liga cada aminoácido ao seu tRNA. Após a formação da ligação peptídica, o tRNA do sítio A, que agora contém a cadeia polipeptídica em crescimento, se move para o sítio P, e o tRNA do sítio P, que agora está vazio, se move para o sítio E e é expulso do ribossomo. O aparato de tradução de E. coli leva apenas 0,05 segundos para adicionar cada aminoácido, o que significa que uma proteína de 200 aminoácidos pode ser traduzida em apenas 10 segundos.
Terminação da tradução
A terminação da tradução ocorre quando um códon de parada (UAA, UAG ou UGA) é encontrado. Quando esses códons de parada se alinham com o sítio A, eles são reconhecidos por fatores de liberação de proteínas que se assemelham a tRNAs. Os fatores de liberação instruem a peptidil transferase a adicionar uma molécula de água à extremidade carboxila do aminoácido do sítio P. Essa reação faz com que o aminoácido do sítio P se desprenda de seu tRNA e a proteína recém-sintetizada seja liberada. As subunidades ribossômicas pequenas e grandes se dissociam do mRNA e uma da outra, sendo recrutadas quase imediatamente para outro complexo de iniciação de tradução. Após muitos ribossomos terem concluído a tradução, o mRNA é degradado para que os nucleotídeos possam ser reutilizados em outra reação de transcrição.
Em resumo, existem várias características importantes que distinguem a expressão gênica em procariontes daquela observada em eucariontes. Essas diferenças estão ilustradas na Figura 3 e listadas na Tabela 1.
Tabela 1: Comparação da tradução em bactérias e eucariontes
| Propriedade | Bactérias | Eucariontes |
|---|---|---|
| Ribossomos | 70S (30S e 50S) | 80S (40S e 60S) |
| Aminoácido transportado pelo tRNA iniciador | fMet | Met |
| Sequência Shine-Dalgarno no mRNA | Presente | Ausente |
| Transcrição e tradução simultâneas | Sim | Não |
Figura 3: A tradução em bactérias começa com a formação do complexo de iniciação, que inclui a subunidade ribossômica pequena, o mRNA, o tRNA iniciador carregando N-formil-metionina e fatores de iniciação. Em seguida, a subunidade 50S se liga, formando um ribossomo intacto.
Figura 4: A tradução começa quando um anticódon de tRNA iniciador reconhece um códon de início no mRNA ligado a uma subunidade ribossômica pequena. A subunidade ribossômica grande se une à subunidade pequena, e um segundo tRNA é recrutado.