O plano básico de síntese de proteínas em eucariotas e arcaias é semelhante ao das bactérias. Os grandes temas estruturais e mecanicistas são recorrentes em todos os domínios da vida. No entanto, a síntese protéica eucariótica envolve mais componentes proteicos do que a síntese prokariótica, e alguns passos são mais intrincados. Algumas semelhanças e diferenças notáveis são as seguintes:
Ribosomas. Os ribossomos eucarióticos são maiores. Eles consistem de uma subunidade 60S grande e uma subunidade 40S pequena, que se juntam para formar uma partícula 80S com uma massa de 4200 kd, comparado com 2700 kd para o ribossomo procariótico 70S. A subunidade 40S contém um RNA 18S que é homólogo ao RNA 16S procariótico. A subunidade 60S contém três RNAs: os RNAs 5S e 28S são as contrapartidas das moléculas procarióticas 5S e 23S; seu RNA 5.8S é único para eucariotas.
Initiator tRNA. Na eucariotas, o aminoácido iniciador é metionina em vez de N-formilmetionina. Entretanto, como no procariotas, um tRNA especial participa da iniciação. Este aminoacril-tRNA é chamado Met-tRNAi ou Met-tRNAf (o subscrito “i” significa iniciação, e “f” indica que pode ser formilado in vitro).
Iniciação. O códon iniciador em eucariotas é sempre AUG. Os eucariotas, em contraste com os procariotas, não usam uma sequência específica rica em purinas no lado 5′ para distinguir os AUG iniciadores dos internos. Em vez disso, o AUG mais próximo do final do mRNA 5′ é geralmente selecionado como o site inicial. Um ribossomo 40S é anexado à tampa no final do mRNA eucariótico 5′ (Secção 28.3.1) e procura um códon AUG movendo-se passo a passo na direcção 3′ (Figura 29.33). Este processo de scan na síntese de proteínas eucarióticas é alimentado por hélicas que hidrolisam ATP. O emparelhamento do anticódon do Met-tRNAi com o códon AUG do mRNA sinaliza que o alvo foi encontrado. Em quase todos os casos, o mRNA eucariótico tem apenas um local de início e, portanto, é o modelo para uma única proteína. Em contraste, um mRNA procariótico pode ter múltiplas sequências Shine-Dalgarno e, portanto, locais de início, e pode servir como um modelo para a síntese de várias proteínas. Os eucariotas utilizam muito mais factores de iniciação do que os procariotas, e a sua interacção é muito mais intrincada. O prefixo eIF denota um fator de iniciação eucariótica. Por exemplo, a eIF-4E é uma proteína que se liga diretamente à 7-methylguanosine cap (Seção 28.3.1), enquanto a eIF-4A é um helicóptero. A diferença no mecanismo de iniciação entre prokariotas e eucariotas é, em parte, uma consequência da diferença no processamento do RNA. O final do mRNA 5′ está imediatamente disponível para ribossomos imediatamente após a transcrição em procariotas. Em contraste, o pré-mRNA deve ser processado e transportado para o citoplasma em eucariotas antes que a tradução seja iniciada. Assim, há ampla oportunidade para a formação de estruturas secundárias complexas que devem ser removidas para expor os sinais no mRNA maduro. A tampa de 5′ fornece um ponto de partida facilmente reconhecível. Além disso, a complexidade da iniciação da tradução eucariótica fornece outro mecanismo para a expressão gênica que iremos explorar mais adiante no Capítulo 31.
Elongamento e terminação. Os fatores de alongamento eucarióticos EF1α e EF1βγ são as contrapartidas da EF-Tu e EF-T prokaryotic prokaryotic. A forma GTP de EF1α fornece aminoacil-tRNA ao site A do ribossomo, e EF1βγ catalisa a troca de GTP pelo PIB vinculado. O Eukaryotic EF2 mede a translocação orientada pelo GTP da mesma forma que o prokaryotic EF-G. A terminação em eucariotas é realizada por um único fator de liberação, eRF1, comparado com dois em procariotas. Finalmente, o eIF3, como sua contraparte procariótica IF3, impede a reassociação de subunidades ribossômicas na ausência de um complexo de iniciação.
Figure 29.33
Eukaryotic Translation Initiation. Em eucariotas, a iniciação de tradução começa com a montagem de um complexo na tampa do 5′ que inclui a subunidade 40S e Met-tRNAi. Impulsionado pela hidrólise ATP, este complexo escaneia o mRNA até o primeiro AUG (mais…)
29.5.1. Muitos antibióticos funcionam por síntese de proteínas inibidoras
As diferenças entre ribossomos eucarióticos e procarióticos podem ser exploradas para o desenvolvimento de antibióticos (Tabela 29.4). Por exemplo, a puro-micina antibiótica inibe a síntese de proteínas, fazendo com que as cadeias nascentes de polipeptídeos procarióticos sejam liberadas antes que a sua síntese seja completada. A puromicina é um análogo da parte terminal da aminoacil-adenosina do aminoacil-tRNA (Figura 29.34).
Tabela 29.4
Inibidores antibióticos da síntese protéica.
Figura 29,34
Antibiótico Ação da Puromicina. A Puromicina assemelha-se ao aminoacil terminal de um aminoacil-tRNA. O seu grupo de aminoácidos junta-se ao grupo carbonilo da cadeia de polipeptídeos em crescimento para formar um aduto que se dissocia do ribossoma. Este aduct é estável porque (mais…)
Liga-se ao local A no ribossoma e inibe a entrada do aminoacil-tRNA. Além disso, puromycin contém um grupo α-amino. Este grupo de aminoácidos, como o do aminoacil-tRNA, forma uma ligação peptídeo com o grupo carboxil da cadeia do peptídeo em crescimento. O produto, um peptídeo com um resíduo de pura micina covalentemente ligado na sua extremidade carboxil, dissocia-se do ribossomo.
Streptomicina, um trissacarídeo altamente básico, interfere com a ligação do formilmetionil-tRNA aos ribossomos e assim impede o correcto início da síntese proteica. Outros antibióticos aminoglicosídeos, como neomicina, canamicina e gentamicina interferem no local de decodificação localizado próximo ao nucleotídeo 1492 em 16S rRNA da subunidade 30S (Seção 29.3.9). O cloranfenicol age inibindo a atividade da peptidyl transferase. A eritromicina liga-se à subunidade 50S e bloqueia a translocação. Finalmente, a ciclohexamida bloqueia a atividade da peptidil transferase nos ribossomos eucarióticos, fazendo uma ferramenta de laboratório útil para bloquear a síntese de proteínas em células eucarióticas.
29.5.2. Síntese da Proteína dos Blocos de Toxina da Difteria em Eukaryotes por Inibição da Translocação
A difteria foi a principal causa de morte na infância antes do advento da imunização eficaz. Os efeitos letais desta doença são devidos principalmente a uma toxina proteica produzida pela Corynebacterium diphtheriae, uma bactéria que cresce no trato respiratório superior de uma pessoa infectada. O gene que codifica a toxina vem de um fago lisogênico que é abrigado por algumas cepas de C. diphtheriae. Alguns microgramas da toxina da difteria são geralmente letais em uma pessoa não imunizada porque inibem a síntese de proteínas. A toxina é clivada logo após entrar numa célula alvo num fragmento de 21-kd A e num fragmento de 40-kd B. O fragmento A da toxina catalisa a modificação covalente de um componente importante do mecanismo de sintetização da proteína, enquanto que o fragmento B permite que o fragmento A entre no citosol da célula alvo.
Um único fragmento A da toxina no citosol pode matar uma célula. Por que ele é tão letal? O alvo do fragmento A é o EF2, o fator de alongamento que catalisa a translocação na síntese de proteínas eucarióticas. O EF2 contém diftamida, um resíduo não habitual de aminoácidos de função desconhecida que é formado pela modificação pós-tradução da histidina. O fragmento A catalisa a transferência da unidade de difosfato de adenosina ribose de NAD+ para um átomo de nitrogênio do anel da diftamida (Figura 29.35). Esta ADP-ribosilação de uma única cadeia lateral de EF2 bloqueia a sua capacidade de realizar a translocação da cadeia crescente de polipeptídeos. A síntese protéica cessa, contabilizando a notável toxicidade da toxina da difteria.
Figure 29.35
Bloqueio da Translocação pela Toxina da Difteria. A toxina da difteria bloqueia a síntese proteica em eucariotas, catalisando a transferência de uma unidade ADP-ribose de NAD+ para a diftamida, um resíduo modificado de aminoácidos em fator de alongamento 2 (translocase). Diftamida (mais…)