Este artigo tem como objetivo dissertar sobre as células e seus conceitos histofisiológicos básicos, além de descrever o processo de síntese protéica, que envolve a transcrição e a tradução de proteínas.
Células
As células são as unidades vivas básicas de nosso organismo. Cada célula pode ser dividida em duas partes principais: o núcleo e o citoplasma. A imagem a seguir representa uma célula animal:
O citoplasma é definido como toda parte celular que circunda o núcleo. Ele é composto de diversas estruturas, dentre as quais cinco merecem especial atenção: o retículo endoplasmático (responsável por auxiliar no processamento das moléculas produzidas na célula e no transporte das mesmas, além de fornecer a maquinaria necessária para parte considerável das funções metabólicas realizadas pela célula), o complexo golgiense (que atua processando substâncias recebidas das vesículas de transporte do retículo endoplasmático, formando lisossomos, vesículas secretórias e demais componentes citoplasmáticos), os lisossomos (que formam o sistema digestivo intracelular, sistema que permite que as células façam a digestão de estruturas celulares danificadas, de partículas de alimentos que a célula digeriu e de materiais estranhos), os peroxissomos (responsável principalmente pelo catabolismo de ácidos graxos de cadeia longa) e as mitocôndrias (que são a casa de força da célula, visto que liberam a energia necessária para a sintetização do ATP).
O núcleo, por sua vez, é o centro de controle da célula, visto que contém o DNA, no qual está nosso código genético. Os genes são responsáveis por determinar as características das proteínas, além de controlar e promover a reprodução da célula (através da mitose, nas células somáticas, e da meiose, nas reprodutivas). Apesar do funcionamento do núcleo ser complexo em todas as suas funções, daremos enfoque, ao longo desse artigo, à sua atuação especificamente em relação às proteínas.
Ademais, algumas informações são importantes para o devido entendimento do funcionamento das células: cada tipo de célula possui características únicas que tornam possível o desempenho de funções determinadas (como, por exemplo, as hemácias, responsáveis por transportar oxigênio dos pulmões para os tecidos), mas todas as 100 trilhões de células do corpo humano possuem também semelhanças entre si (por exemplo, todas recebem energia para seu funcionamento da reação entre oxigênio e carboidratos, gorduras e proteínas) e, por fim, praticamente todas as células possuem a capacidade de produzir novas células de seu próprio tipo.
Proteínas
As proteínas são macromoléculas formadas pela união de diversos aminoácidos, em processo que será elucidado adiante. Uma das formas de classificação das proteínas é quanto à sua função, onde essas estruturas são divididas nos seguintes grupos:
- Estruturais: Proteínas que constituem a estrutura das células (como as glicoproteínas e as histonas) e proteínas que conferem resistência e elasticidade aos tecidos e órgãos (como o colágeno e a queratina);
- Hormonais: Dentre as quais destacam-se a insulina e o glucagon, responsáveis por regular os níveis de glicose no sangue;
- Reguladoras da expressão gênica: Proteínas que regulam a expressão de genes (como os fatores de transcrição) e proteínas que regulam a divisão celular (como a ciclina);
- De defesa: Como, por exemplo, as imunoglobulinas e as mucinas;
- Transportadoras: Dentre as quais podemos citar a hemoglobina, responsável pelo transporte de oxigênio no sangue;
- Contrátil: Nesse grupo, a actina e a miosina são famosas pela sua ação na contração muscular;
- De reserva: Como a ferritina, que armazena ferro;
- Enzimas: Grupo bastante rico e heterogêneo de proteínas atuantes como catalisadoras nas reações químicas, dentre as quais podemos citar a lactase, que facilita a hidrólise da lactose.
Ademais, as proteínas são tão importantes em nosso organismo, que a sua deficiência está relacionada a diversas doenças e condições de saúde. Um exemplo é a deficiência de proteína C (proteína responsável pela degradação dos fatores Va e VIIIa, ou seja, um anticoagulante plasmático natural), que predispõe à trombose venosa.
Síntese de proteínas
A síntese de proteínas ocorre pelos processos de transcrição (que envolve a transferência da mensagem genética do DNA para o RNA) e tradução (que envolve a transferência da mensagem genética dos nucleotídeos dos ácidos nucleicos para os aminoácidos das proteínas). A seguir, será feita uma análise geral desses mecanismos.
Inicialmente, a transcrição pode ser definida como o processo de cópia de uma fita de DNA para uma de RNA. Para que isso aconteça, é necessário que haja o correto reconhecimento da sequência a ser transcrita. Então, as duas fitas de DNA se separam momentaneamente, através do rompimento das ligações de hidrogênio, de forma que nucleotídeos livres de RNA se ligam à fita-molde de DNA e produzem uma fita de RNA que é complementar ao filamento de DNA utilizado como molde. Assim, os tripletos do código de DNA são transcritos para códons (tripletos complementares). Esses códons definirão a sequência de aminoácidos de cada proteína.
Essa etapa se dá de forma a respeitar a complementaridade das bases de nitrogenadas, conforme apresentado a seguir: a Adenina (A) do DNA é transcrita como Uracila (U) no RNA; a Timina (T) do DNA como Adenina (A) do RNA; a Citosina (C) do DNA como Guanina (G) do RNA; a Guanina (G) do DNA como Citosina (C) do RNA. Essas bases nitrogenadas são organizadas em códons, que são grupos formados por 3 bases que possuem resultado pré-definido, ou seja, o códon GAU, por exemplo, sempre codificará o ácido aspártico.
Além disso, o códon de RNA AUG é responsável por determinar a iniciação da transcrição, enquanto os códons UAA, UAG e UGA são responsáveis por determinar o término da transcrição. Pode-se perceber, pela análise dos códons de RNA, que a maioria dos aminoácidos é representada por mais de um códon. Isso se dá porque o código genético é degenerado, ou seja, possui mais de um códon para cada aminoácido. Entretanto, o código genético não é ambíguo, ou seja, um mesmo códon não especifica mais de um aminoácido. Por fim, pode-se perceber que, na maioria dos casos em que um aminoácido é representado por mais de um códon, a variação ocorre na terceira base de cada códon (por exemplo, na treonina, todos os códons possuem as duas primeiras bases iguais [AC], havendo diferença apenas na última, de forma que temos os códons ACU, ACC, ACA e ACG).
Duas diferenças principais podem ser vistas na formação do DNA e do RNA. Enquanto o DNA é composto por pela pirimidina timina, no RNA ocorre a substituição pela uracila. Outra diferença diz respeito ao açúcar que compõe cada estrutura, visto que, enquanto no DNA está presente a desoxirribose, o açúcar presente no RNA é a ribose.
Essa montagem da molécula de RNA a partir da fita-molde de RNA se dá sob a influência do RNA polimerase, uma enzima que possui estrutura complementar à sequência de genes promotores do DNA, de forma que faz o reconhecimento e se liga a esse promotor para dar início ao processo de transcrição. Após esse ligamento, o RNA polimerase tem papel fundamental no desenrolar do DNA (que ocorre por cerca de duas voltas da hélice) e separação das duas fitas na região desenrolada. A polimerase se move pela fita de DNA promovendo esse desenrolar e separação e, em cada estágio desse processo, adiciona novo nucleotídeo ativado no final da cadeia de RNA, a partir dos seguintes passos:
- Formação de ponte de hidrogênio entre a base final da fita de DNA e a base do nucleotídeo de RNA, no nucleoplasma;
- Clivagem de dois dos três radicais de fosfato de cada um dos nucleotídeos de DNA, de forma a liberar grande quantidade de energia, utilizada para ligar covalentemente o fosfato restante no nucleotídeo e a ribose no final da cadeia de RNA;
- Quando a polimerase encontra a sequência de terminação de cadeia, no fim do gene de DNA, a polimerase e a cadeia de RNA recém-formada se separam da fita de DNA;
- A polimerase, já solta do DNA e do RNA, pode ser reutilizada para a formação de outras cadeias de RNA;
- As fracas pontes de hidrogênio entre a fita de DNA e RNA se soltam, e o filamento de DNA volta a se ligar à sua fita complementar, a partir de pontes de hidrogênio fortes;
- A cadeia de RNA é solta do DNA e liberada no nucleoplasma.
O processo de síntese proteica conta com o auxílio de seis tipos de RNA, a saber:
- RNA mensageiro precursor (pré-mRNA): Fita única de RNA que é processada, no núcleo da célula, para formar o mRNA maduro;
- RNA nuclear pequeno (npRNA): Responsável pelo processo de transformação do pré-mRNA em mRNA, denominado splicing;
- RNA mensageiro (mRNA): Responsável por levar o código genético do núcleo ao citoplasma, após o processo de transcrição;
- RNA de transferência (tRNA): Sua função é levar os aminoácidos ativados até os ribossomos. de forma que cada tRNA reconhece um mRNA específico e entrega o aminoácido no local adequado da molécula de proteína que está se formando;
- RNA ribossômico: Esse RNA forma os ribossomos, local onde as proteínas são formadas;
- MicroRNA (miRNA): Responsável por regular a transcrição gênica e a tradução.
A tradução, por sua vez, é o mecanismo em que a síntese proteica é finalizada. Para tal, a molécula de RNA mensageiro entra em contato com o ribossomo, em ligação que se dá inicialmente no códon de iniciação de cadeia (AUG, mesmo códon que codifica a metionina). A sequência de códons é lida, então, em ordem, até chegar ao códon para terminação (que pode ser UAA, UAG ou UGA). Esse processo é regido por reações químicas, a seguir especificadas:
- Cada aminoácido é ativado por processo químico, através da ligação com ATP e consequente formação do complexo monofosfato de adenosina com aminoácido e liberação de duas ligações de fosfato;
- Esse aminoácido ativo se combina, então, com um RNA transportador para formação do complexo aminoácido-tRNA, onde ocorre a liberação do monofosfato de adenosina;
- O tRNA faz contato com o mRNA do ribossomo, para que o anticódon específico presente no ribossomo se una ao códon, permitindo a formação da molécula apropriada de proteína.
Ademais, um único mRNA pode formar moléculas de proteína em diversos ribossomos simultaneamente, visto que ao passar pelo primeiro ribossomo, pode encontrar um segundo logo em seguida, iniciando uma nova tradução enquanto a anterior ainda não está finalizada. Assim, as moléculas de proteína nos diferentes ribossomos ligados a um mesmo mRNA encontram-se em diferentes estágios de desenvolvimento. O agrupamento de dois ou mais ribossomos (frequentemente, de três a dez) ligados a um único mRNA pode ser chamado de polirribossomo.
É importante salientar, também, que não há especificidade do ribossomo para determinada proteína. O ribossomo é o local onde a proteína é formada a partir de reações químicas, sem haver seletividade.
É a ligação peptídica que ocorre entre os aminoácidos na cadeia proteica que permite a formação de tantas proteínas diferentes. Isto torna possível que, mesmo com a existência de apenas 20 aminoácidos, mais de 100 mil proteínas podem ser criadas (levando-se em conta tanto as proteínas formadas no corpo humano quanto em diversos outros organismos vivos, haja vista que todos utilizam os mesmos 20 aminoácidos no processo).
Transporte de proteínas
Por fim, as proteínas produzidas precisam ser entregues aos seus locais de atuação, que podem ser tanto intracelulares quanto extracelulares.
Logo no início do transporte, ocorre a primeira ramificação: a proteína pode permanecer no citosol (proteínas não sinalizadas pelo peptídeo sinal) ou serem encaminhadas ao retículo endoplasmático (proteínas sinalizadas pelo peptídeo sinal). No caso de serem encaminhadas ao retículo endoplasmático, essa transferência se dá logo ao fim da tradução, através de ligação do ribossomo ao retículo endoplasmático. Quanto a proteína entra nessa estrutura, confere a ela uma aparência granular.
No retículo endoplasmático, as proteínas – após algumas alterações estruturais – são novamente divididas: desta vez, entre aquelas que permanecem nessa estrutura (e, portanto, atuam nela) e aquelas que são transportadas ao complexo golgiense. Novamente, as proteínas são subdivididas, após novas modificações: algumas permanecerão e atuarão no complexo golgiense, enquanto outras serão secretadas para fora desse complexo. Quando para fora do complexo golgiense, as proteínas podem ser encaminhadas ao exterior da célula ou à membrana celular, a depender de suas especificidades.
Em todas as etapas do processo, podem ser identificados na proteína marcadores que correspondam a outras localizações. Nesse caso, a proteína é devidamente encaminhada para seu local correto.
Autor(a) : Aliscia Wendt – @alisciawendt
O texto é de total responsabilidade do autor e não representa a visão da sanar sobre o assunto.
Observação: material produzido durante vigência do Programa de colunistas Sanar junto com estudantes de medicina e ligas acadêmicas de todo Brasil. A iniciativa foi descontinuada em junho de 2022, mas a Sanar decidiu preservar todo o histórico e trabalho realizado por reconhecer o esforço empenhado pelos participantes e o valor do conteúdo produzido. Eventualmente, esses materiais podem passar por atualização.
Novidade: temos colunas sendo produzidas por Experts da Sanar, médicos conceituados em suas áreas de atuação e coordenadores da Sanar Pós.
Referências:
GUYTON, A. C.; HALL, J. E. Tratado de Fisiologia Médica. 13 ed., Rio de Janeiro: Elsevier, 2017.
SMITH, C.; MARKS, A. D.; LIEBERMAN, M. Bioquímica Médica Básica de Marks: Uma Abordagem Clínica. 2 ed., Porto Alegre: Artmed, 2007.
