Objetivos

o Objetivo Principal

  • Explicar o processo pelo qual uma célula de cria de proteínas utilizando o código de DNA

Ao final desta seção, você será capaz de:

  • Explicar como o código genético no DNA determina as proteínas formadas
  • Descrever o processo de transcrição
  • Explicar o processo de tradução
  • Discutir a função dos ribossomos

foi mencionado anteriormente que o DNA fornece um “plano” para a estrutura celular e fisiologia. Isto se refere ao fato de que o DNA contém a informação necessária para que a célula construa um tipo muito importante de molécula: a proteína. A maioria dos componentes estruturais da célula são constituídos, pelo menos em parte, por proteínas e praticamente todas as funções que uma célula realiza são completadas com a ajuda de proteínas. Uma das classes mais importantes de proteínas são as enzimas, que ajudam a acelerar as necessárias reacções bioquímicas que ocorrem dentro da célula. Algumas dessas reações bioquímicas críticas incluem a construção de moléculas maiores a partir de componentes menores (tais como o que ocorre durante a replicação do DNA ou síntese de microtúbulos) e a quebra de moléculas maiores em componentes menores (tais como quando colhendo energia química de moléculas de nutrientes). Seja qual for o processo celular, é quase certo que envolve proteínas. Assim como o genoma da célula descreve seu complemento completo do DNA, o proteoma de uma célula é seu complemento completo de proteínas. A síntese de proteínas começa com genes. Um gene é um segmento funcional de DNA que fornece a informação genética necessária para construir uma proteína. Cada gene em particular fornece o código necessário para construir uma proteína em particular. A expressão do Gene, que transforma a informação codificada num gene num produto final do gene, em última análise, dita a estrutura e a função de uma célula determinando quais as proteínas que são feitas.

A interpretação dos genes funciona da seguinte forma. Lembre-se que as proteínas são polímeros, ou cadeias, de muitos blocos de construção de aminoácidos. A sequência de bases em um gene (isto é, sua sequência de A, T, C, G nucleótidos) se traduz em uma sequência de aminoácidos. Um tripleto é uma seção de três bases de DNA em uma linha que codifica para um aminoácido específico. Por exemplo, o DNA tripleto CAC (citosina, adenina e citosina) especifica o aminoácido valina. Portanto, um gene, que é composto de múltiplos trigêmeos em uma sequência única, fornece o código para construir uma proteína inteira, com múltiplos aminoácidos na sequência adequada (figura 3.4.1). O mecanismo pelo qual as células transformam o código de DNA em um produto proteico é um processo de duas etapas, com uma molécula de RNA como intermediária.

Este diagrama mostra a tradução do RNA em proteínas. Uma cadeia template de DNA é mostrada para se tornar uma cadeia de RNA através da transcrição. Em seguida, a cadeia de RNA passa pela tradução e se torna proteínas.figura 3.4.1-o código genético: o ADN contém toda a informação genética necessária para a construção das proteínas de uma célula. A sequência nucleotídica de um gene é finalmente traduzida em uma sequência de aminoácidos da proteína correspondente do gene.

do ADN ao ARN: transcrição

ADN está alojado no núcleo, e a síntese de proteínas ocorre no citoplasma, portanto deve haver algum tipo de Mensageiro intermediário que abandona o núcleo e gere a síntese de proteínas. Este mensageiro intermediário é o mensageiro RNA (mRNA), (Figura 3.29), um ácido nucleico de cadeia simples que transporta uma cópia do código genético para um único gene fora do núcleo e para o citoplasma onde é usado para produzir proteínas.

existem vários tipos diferentes de RNA, cada um com funções diferentes na célula. A estrutura do RNA é semelhante ao DNA, com algumas pequenas exceções. Por um lado, ao contrário do ADN, a maioria dos tipos de ARN, incluindo o ARNm, são de cadeia simples e não contêm nenhuma cadeia complementar. Em segundo lugar, o açúcar ribose no RNA contém um átomo de oxigénio adicional comparado com o ADN. Finalmente, em vez da timina base, o RNA contém o uracilo base. Isto significa que a adenina irá sempre parir com uracilo durante o processo de síntese de proteínas.

a expressão do Gene começa com o processo chamado transcrição, que é a síntese de uma fita de mRNA que é complementar ao gene de interesse. Este processo é chamado de transcrição porque o ARNm é como uma transcrição, ou cópia, do código de DNA do gene. A transcrição começa de uma forma semelhante à replicação do ADN, na medida em que uma região de ADN desenrola-se e as duas cadeias separam-se, no entanto, apenas essa pequena porção do ADN será dividida. Os trigêmeos dentro do gene nesta seção da molécula de DNA são usados como o modelo para transcrever a cadeia complementar de RNA (figura 3.4.2). Um codon é uma sequência de três bases de mRNA, chamada porque eles codificam aminoácidos diretamente. Como a replicação do DNA, há três fases para transcrição: iniciação, alongamento e terminação.

neste diagrama, a RNA polimerase é mostrada transcrevendo uma cadeia de DNA template em sua transcrição de RNA correspondente.
figura 3.4.2 – transcrição: do ADN ao ARNm: na primeira das duas fases de produção de proteína a partir do ADN, um gene na molécula de ADN é transcrito numa molécula de ARNm complementar.

na primeira das duas fases de produção de proteínas a partir do ADN, um gene na molécula de ADN é transcrito numa molécula de ARNm complementar.Fase 1: Início. Uma região no início do gene chamado promotor—uma sequência particular de nucleótidos—desencadeia o início da transcrição.Fase 2: alongamento. A transcrição começa quando a ARN polimerase desenrosca o segmento de ADN. Uma cadeia, referida como a cadeia de codificação, torna-se o modelo com os genes a serem codificados. A polimerase alinha então o ácido nucleico correto (A, C, G, ou U) com sua base complementar na cadeia de codificação do DNA. RNA polimerase é uma enzima que adiciona novos nucleótidos a uma cadeia crescente de RNA. Este processo constrói uma cadeia de ARNm.Fase 3: rescisão. Quando a polimerase atinge o fim do gene, um dos três trigêmeos específicos (sau, UAG, ou UGA) codifica um sinal de “stop”, o que despoleta as enzimas para terminar a transcrição e liberar a transcrição do mRNA.

o processo de transcrição é regulado por uma classe de proteínas chamadas factores de transcrição, que se ligam à sequência genética e promovem ou inibem a sua transcrição. (mova a figura 3.35 para aqui).

antes da molécula de ARNm deixar o núcleo e prosseguir para a síntese proteica, é modificada de várias formas. Por esta razão, é muitas vezes chamado de pré-ARNm nesta fase. Por exemplo, o seu ADN, e portanto o mRNA complementar, contém regiões longas chamadas regiões não codificantes que não codificam aminoácidos. Sua função ainda é um mistério, mas o processo chamado splicing remove essas regiões não codificantes da transcrição pré-mRNA (figura 3.4.3). Uma espliceossoma—uma estrutura composta por várias proteínas e outras moléculas—liga-se ao ARNm e aos “splices” ou corta as regiões não codificantes. O segmento removido da transcrição é chamado de intron. Os exons restantes são colados juntos. Um exon é um segmento de RNA que permanece após o splicing. Curiosamente, alguns introns que são removidos do mRNA nem sempre não são codificadores. Quando diferentes regiões de codificação de mRNA são spliced para fora, variações diferentes da proteína acabará por resultar, com diferenças na estrutura e função. Este processo resulta em uma variedade muito maior de possíveis proteínas e funções proteicas. Quando a transcrição do mRNA está pronta, viaja para fora do núcleo e para o citoplasma.

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Este vídeo irá mostrar-lhe as importantes enzimas e biomoléculas envolvidas no processo de transcrição, o processo de fazer uma molécula de ARNm a partir do ADN.

neste diagrama, uma transcrição pré-mRNA é mostrada no topo de um fluxograma. Esta transcrição pré-mRNA contém intrões e exões. Na etapa seguinte, o intron está em uma estrutura chamada spliceosome. Na última etapa, o intron é mostrado separado do RNA articulado.
figura 3.4.3 – ADN Articulado: No núcleo, uma estrutura chamada spliceosome corta intrões (regiões não codificadas) dentro de uma transcrição pré-mRNA e reconecta os exons.

de RNA para proteína: tradução

Como traduzir um livro de uma língua para outra, os codões de uma cadeia de mRNA devem ser traduzidos para o alfabeto aminoácido das proteínas. A tradução é o processo de sintetizar uma cadeia de aminoácidos chamada polipeptídeo. A tradução requer duas ajudas importantes: em primeiro lugar, um “tradutor”, a molécula que irá conduzir a tradução, e em segundo lugar, um substrato sobre o qual a cadeia de ARNm é traduzida em uma nova proteína, como a secretária do tradutor.”Ambos os requisitos são cumpridos por outros tipos de RNA. O substrato sobre o qual a tradução ocorre é o ribossomo.

lembre-se que muitos dos ribossomas de uma célula são encontrados associados com o ER rugoso, e realizar a síntese de proteínas destinadas ao aparelho de Golgi. O RNA ribossomal (rRNA) é um tipo de RNA que, juntamente com proteínas, compõe a estrutura do ribossoma. Os ribossomas existem no citoplasma como dois componentes distintos, uma pequena e uma grande subunidade. Quando uma molécula de ARNm está pronta para ser traduzida, as duas subunidades juntam-se e ligam-se ao ARNm. O ribossomo fornece um substrato para a tradução, reunindo e alinhando a molécula de ARNm com os “tradutores” moleculares que devem decifrar seu código.

a outra grande exigência para a síntese de proteínas é as moléculas tradutoras que fisicamente “lêem” os codões de mRNA. Rna de transferência (tRNA) é um tipo de RNA que fornece os aminoácidos correspondentes adequados ao ribossoma, e liga cada novo aminoácido ao último, construindo a cadeia polipeptídica um a um. Assim, o tRNA transfere aminoácidos específicos do citoplasma para um polipéptido em crescimento. As moléculas de tRNA devem ser capazes de reconhecer os codões no ARNm e combiná-los com o aminoácido correto. O tRNA é modificado para esta função. Em uma extremidade de sua estrutura é um local de ligação para um aminoácido específico. Na outra extremidade está uma sequência de base que corresponde ao codon especificando seu aminoácido particular. Esta sequência de três bases na molécula de tRNA é chamada de anticodonte. Por exemplo, um ARNr responsável pela eliminação do aminoácido glicina contém um local de ligação para a glicina numa das extremidades. Por outro lado, contém um anticodon que complementa o codão glicina (GGA é um codon para glicina, e assim o anticodon tRNAs leria CCU). Equipado com a sua carga específica e anticodon correspondente, uma molécula de tRNA pode ler o seu codão de mRNA reconhecido e levar o correspondente aminoácido para a cadeia de crescimento (figura 3.4.4).

A parte superior da figura mostra uma grande subunidade ribossomal entrar em contato com o mRNA que já tem a pequena subunidade ribossomal anexado. Um ARNr e um anticodon estão próximos. No segundo painel, a tRNA também se liga ao mesmo local que as subunidades ribossômicas. No painel inferior, uma cadeia de polipeptídeos é mostrada emergindo do complexo.
figura 3.4.4-tradução do RNA para a proteína: durante a tradução, a transcrição do mRNA é “lida” por um complexo funcional constituído pelas moléculas do ribossoma e do tRNA. as tRNAs levam os aminoácidos adequados em sequência para a cadeia de polipeptídeos em crescimento, combinando os seus anti-codões com os codões da cadeia mRNA.

muito parecido com os processos de replicação e transcrição do ADN, a tradução consiste em três fases principais: iniciação, alongamento e terminação. A iniciação ocorre com a ligação de um ribossomo a uma transcrição de mRNA. A fase de alongamento envolve o reconhecimento de um anticodonte tRNA com o próximo codon mRNA na sequência. Uma vez que as sequências de anticodonte e codon estão ligadas (lembre-se, eles são pares de bases complementares), a tRNA apresenta a sua carga de aminoácidos e a crescente cadeia de polipeptídeos está ligada a este próximo aminoácido. Este apego ocorre com a assistência de várias enzimas e requer energia. A molécula de tRNA então libera a cadeia de mRNA, a cadeia de mRNA desloca um codão sobre o ribossomo, e o próximo tRNA apropriado chega com seu anticodon correspondente. Este processo continua até que o codon final no mRNA seja alcançado, o que fornece uma mensagem “stop” que sinaliza o término da tradução e desencadeia a liberação da proteína completa, recém sintetizada. Assim, um gene dentro da molécula de DNA é transcrito em ARNm, que é então traduzido em um produto proteico (figura 3.4.5).

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Este vídeo irá mostrar-lhe as importantes enzimas e biomoléculas envolvidas no processo de tradução, que utiliza mRNA para codificar uma proteína.

Esta figura mostra um esquema de uma célula onde a transcrição do DNA para o mRNA tem lugar no interior do núcleo e a tradução do mRNA para a proteína ocorre no citoplasma.
figura 3.4.5 – do ADN à proteína: transcrição através da tradução: A transcrição dentro do núcleo celular produz uma molécula de ARNm, que é modificada e então enviada para o citoplasma para tradução. A transcrição é decodificada em uma proteína com a ajuda de um ribossomo e moléculas de tRNA.

Normalmente, uma transcrição do mRNA serão traduzidas simultaneamente por vários adjacentes ribossomos. Isto aumenta a eficiência da síntese proteica. Um único ribossomo pode traduzir uma molécula de ARNm em aproximadamente um minuto.; então, múltiplos ribossomas a bordo de uma única transcrição podem produzir múltiplas vezes o número da mesma proteína no mesmo minuto. Um poliribosoma é uma cadeia de ribossomas que traduz uma única cadeia de mRNA.

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assista a este vídeo para aprender sobre ribossomas. O ribossoma liga-se à molécula de ARNm para iniciar a tradução do seu código numa proteína. O que acontece com as pequenas e grandes subunidades ribossômicas no final da tradução?

revisão do Capítulo

o ADN armazena a informação necessária para instruir a célula a desempenhar todas as suas funções. As células usam o código genético armazenado no DNA para construir proteínas, que finalmente determina a estrutura e função da célula. Este código genético está na sequência particular de nucleótidos que compõem cada gene ao longo da molécula de DNA. Para ” ler ” este código, a célula deve executar dois passos sequenciais. No primeiro passo, transcrição, o código de DNA é convertido em um código de RNA. Uma molécula de RNA mensageiro que é complementar a um gene específico é sintetizada em um processo semelhante à replicação de DNA. A molécula de ARNm fornece o código para sintetizar uma proteína. No processo de tradução, o ARNm liga-se a um ribossomo. Em seguida, as moléculas de tRNA transportam os aminoácidos adequados para o ribossoma, um por um, codificados por codões de tripleto sequenciais no ARNm, até que a proteína seja totalmente sintetizada. Quando concluído, o ARNm se separa do ribossoma, e a proteína é liberada. Tipicamente, múltiplos ribossomas se ligam a uma única molécula de ARNm de uma só vez, de modo que múltiplas proteínas podem ser fabricadas a partir do ARNm simultaneamente.

questões de revisão

questões de pensamento crítico

brevemente explicar as semelhanças entre a transcrição e a replicação do ADN.

transcrição e replicação de ADN ambos envolvem a síntese de ácidos nucleicos. Esses processos compartilham muitas características comuns-particularmente, os processos similares de iniciação, alongamento e terminação. Em ambos os casos, a molécula de DNA deve ser separada e não listada, e a cadeia de codificação (ou seja, sentido) será usada como um modelo. As polimerases também servem para adicionar nucleótidos à cadeia de DNA em crescimento ou mRNA. Ambos os processos são sinalizados para terminar quando concluído.

transcrição e tradução de contraste. Indique pelo menos três diferenças entre os dois processos.

transcrição é realmente um processo de ” cópia “e a tradução é realmente um processo de” interpretação”, porque a transcrição envolve a cópia da mensagem de DNA em uma mensagem de RNA muito semelhante, enquanto a tradução envolve a conversão da mensagem de RNA em uma mensagem de aminoácidos muito diferente. Os dois processos também diferem em sua localização: transcrição ocorre no núcleo e tradução no citoplasma. Os mecanismos pelos quais os dois processos são executados também são completamente diferentes: a transcrição utiliza enzimas de polimerase para construir o ARNm, enquanto a tradução utiliza diferentes tipos de RNA para construir proteínas.

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