Tradução é um processo que envolve a síntese de uma cadeia de aminoácidos a partir de um esquema de mRNA. Estas cadeias de polipeptídeos se dobram em proteínas funcionais. A tradução ocorre fora do núcleo uma vez que o processamento nuclear do pré-mRNA esteja completo e as moléculas de mRNA tenham sido transportadas para o citoplasma através de poros nucleares. A tradução é facilitada principalmente por ribossomos localizados no retículo endoplasmático rugoso, na superfície externa do envelope nuclear, ou no citoplasma.
- Iniciação
- Elongamento
- Terminação
- Reciclagem
Um número de componentes moleculares desempenha um papel na tradução, sendo o mais proeminente o ribossomo. Este complexo macromolecular é composto por múltiplas proteínas e moléculas de rRNA. Todos os ribossomos possuem uma pequena e uma grande subunidade, no entanto a composição destas subunidades difere substancialmente entre as espécies. Em humanos, por exemplo, a pequena subunidade 40S é composta por 33 proteínas e uma única molécula de rRNA 18S, enquanto a grande subunidade 60S é composta por 47 proteínas e três rRNAs (5S, 5.8S e 28S) .
Embora a identificação de 80 proteínas associadas ao ribossomo humano, apenas 34 são encontradas em outras eucariotas ou procariotas . Embora funções gerais tenham sido propostas às proteínas associadas ao ribossomo, como estabilização do complexo e regulação da translação, algumas também têm sido atribuídas à modificação co-tradicional de proteínas recém-sintetizadas (revisado em ).
Alongamento
Em contraste com as fases de iniciação, terminação e reciclagem do ribossomo de translação, os mecanismos que impulsionam o alongamento são altamente conservados entre eucariotas e bactérias (revisado em ).
Reconhecimento do códon
Elongamento ocorre em várias etapas bem definidas, começando com o reconhecimento dos códons mRNA pelo seu correspondente aminoacil-tRNA. A associação com o mRNA ocorre através do ribossomal A e é influenciada por vários factores de alongamento. Por exemplo, o GTPase eEF1A fornece aminoacil-tRNA ao local A após ser ativado pelo eEF1B, um fator de troca de nucleotídeos da guanina (GEF) que acelera a dissociação do PIB do eEF1A .
Formação da ligação do peptídeo
Conhecimento do códon do mRNA, é criada uma ligação do peptídeo entre o aminoacil-tRNA e o peptidil-tRNA (que está localizado no local do ribossomal P). Esta reacção é facilitada pela transferência do peptidil, que em si não é uma proteína, mas um RNA ribossómico altamente conservado. O mecanismo de formação da ligação peptídeo envolve mudanças conformacionais no local ativo em vez de catálise química por grupos ribossômicos e é impulsionado por mudanças favoráveis de entropia .
Translocação do mRNA e tRNAs através do ribossomo
Após a formação da ligação peptídeo, o local A fica vago quando o peptidil-tRNA que o ocupa se move para o local P da grande subunidade do ribossomo, substituindo concomitantemente um tRNA desacylado existente que se move para o local E antes de sair do ribossomo . À medida que a cadeia de aminoácidos cresce e os locais A e P são temporariamente ocupados por novos aminoáctil e peptidil-tRNAs respectivamente, ocorre uma translocação do mRNA através do ribossoma.
Dois mecanismos, que são caracterizados por mudanças conformacionais nas subunidades do ribossomo, facilitam a translocação do mRNA e do tRNA. Estes são conhecidos como ‘ratcheting’ e ‘swiveling’.
Ratcheting é observado em todos os estágios da translocação, e vê a subunidade pequena do ribossomo sofrendo uma leve rotação, de aproximadamente ~8° em relação à subunidade grande (revisado em ). Isto é distinto do giro que envolve um movimento do domínio da cabeça (30S) da subunidade pequena. Importante, o giro desempenha um papel na atividade intrínseca do helicóptero do ribossomo, que é importante para desenrolar as estruturas secundárias do mRNA.
Estes mecanismos asseguram, em última análise, que o tRNA se mova de forma sequencial (A-site para P-site para E-site), e permitem a formação dos estados intermediários que se sabe existirem durante a translocação do mRNA-tRNA. Estes estados, que também são conhecidos como estados híbridos , podem ser descritos usando o modelo eucariótico como um exemplo. Aqui, as extremidades de 3′ do tRNA ocupando os locais A e P movem-se para ocupar os locais P e E na subunidade 60S, enquanto as extremidades de 5′, que estão associadas ao mRNA, permanecem ancoradas aos locais A e P da subunidade 40S respectivamente .
Estes estados híbridos são momentaneamente estabilizados pela ligação do eEF2-GTP (EF-G – GTP em procariotas) ao ribossomal A-site. A hidrólise do GTP, que é mediada pela actividade GTPase do EF-G ou do homólogo eucariótico eEF2, permite que o mecanismo de ratcheting continue, e faz com que o mRNA e as extremidades de 5′ do tRNA passem dos locais A e P para os locais P e E, respectivamente. Uma vez restaurada a conformação canônica A/A, P/P, E/E (60S/40S), o EF-G – GDP se dissocia do ribossomo, deixando o local A aberto para receber uma nova molécula de aminoacril-tRNA.
GTP hidrólise por EF-G / eEF2, e o giro subsequente do domínio da cabeça ajuda ainda mais na translocação do tRNA, impedindo qualquer movimento espontâneo para trás do tRNA .
Iniciação da Tradução
O primeiro passo na tradução é conhecido como iniciação. Aqui, as unidades ribossómicas grandes (60S) e pequenas (40S) são montadas num ribossoma 80S totalmente funcional. Este é posicionado no códon inicial (AUG) do cordão mRNA a ser traduzido (revisto em ).
A iniciação é considerada a etapa limitadora da taxa no processo geral e é principalmente regulada, e coordenada, por um grupo de proteínas conhecidas como fatores de iniciação eucariótica (eIFs) . Esses fatores variam em tamanho e complexidade; da subunidade única 113kDa eIF1 até o complexo 700kDa eIF3. Em humanos, pelo menos 12 eIFs funcionam em conjunto para regular a iniciação, cada um desempenhando um papel distinto, que foram revistos extensivamente em .
A iniciação começa com a formação de um complexo ternário que compreende eIF2, GTP e o iniciador tRNAi (Met-tRNAi). O papel principal do complexo ternário é entregar o iniciador à subunidade 40S, que posteriormente estabelece um complexo 43S, também chamado de PIC (complexo de pré-iniciação). Com a ajuda do eIF4G e do eIF3, o PIC liga-se ao 5′-terminus do mRNA ou próximo dele. Este é marcado por uma tampa de 7-methylguanosine (m7-G-cap). Uma vez ligado, o PIC varre a região não traduzida de 5′ para localizar o códão de iniciação .
A sequência líder do 5′-terminus é mantida em estado desenrolado pela actividade de helicóptero de vários eIFs (incluindo eIF4F, eIF4G, eIF4A, eIF4B, eIF3). Assim que a subunidade 40S é posicionada no códão de iniciação, a subunidade 60S é recrutada para formar um ribossomo 80S competente em alongamento. Neste ponto, o códon inicial do mRNA está localizado no local do ribossomo P, e todo o complexo de iniciação está pronto para entrar na fase de alongamento.
É importante notar que a subunidade 40S pode ligar-se ao mRNA independentemente do m7-G-cap. O exemplo mais proeminente disto, que se acredita ocorrer em 5-10% dos mRNAs celulares, envolve a ligação da subunidade 40S a um local interno de entrada do ribossomo (IRES) . Outras vias de iniciação independentes do m7-G-cap incluem manobras, amarração, melhoradores de tradução, um elemento TISU e um líder poli-adenilado no 5′-terminus .
Reciclagem do ribossomo
O passo final na tradução é a reciclagem do ribossomo, que vê o ribossomo dividido em suas partes menores da subunidade e se prepara para outra rodada de tradução. Na eukaryotes isto significa que o ribossoma 80S se divide nas suas subunidades 40S e 60S. Embora esta etapa marque a conclusão do processo de tradução, também pode ocorrer por uma variedade de outras razões, incluindo quando a síntese da cadeia de polipeptídeos falha, quando é encontrado mRNA danificado, ou após a montagem de ribossomos vazios. Além disso, esta etapa é frequentemente descrita como o início da iniciação, com a proteína chave que facilita a divisão dos ribossomas, associando-se também a vários factores de iniciação (a ABCE1 demonstrou associar-se com a eIF2, eIF3 e eIF5 nos modelos de levedura ).
Na eucariotas, a reciclagem dos ribossomas é facilitada principalmente pela ABCE1 (Rli1 em levedura), que é membro da superfamília ABC de ATPases. Esta proteína, que possui dois domínios de ligação de nucleotídeos e um domínio único de aglomerado de FeS1, liga-se ao complexo de pós-terminação uma vez que a RF3-GDP se dissociou do ribossomo. Esta associação forma-se através da interacção entre o aglomerado de FeS e o eRF1. É importante notar que o ACBE1 também contém numerosos sítios de ligação que permitem interacções entre subunidades ribossómicas, e várias proteínas ribossómicas. Por exemplo, foi demonstrado que um motivo HLH no primeiro domínio de ligação de nucleotídeos se liga ao rRNA 18S bem como ao rpS24-A . Embora o mecanismo exato que aciona a divisão do ribossomo permaneça pouco claro, é proposto que em eucariotas, é o resultado de uma mudança conformacional na ABCE1 que é induzida pela hidrólise ATP.
Como mencionado anteriormente, a liberação de peptídeo não é um pré-requisito para a dissociação de subunidades ribossômicas ou para a ligação ABCE1 . Isto é importante quando a reciclagem de ribossomas é induzida em resposta a danos de mRNA ou a montagem de ribossomas vazios, uma vez que não será detectado nenhum stop-codon para iniciar a terminação e a libertação de peptídeos. Para superar isso, a ABCE1 é capaz de facilitar a liberação do peptídeo de maneira similar ao complexo ternário eRF1-eRF3-GTP, e isso tem demonstrado ocorrer independentemente da hidrólise de ATP. Aqui, a hidrólise de ATP induz uma mudança conformacional no eRF1 que promove a hidrólise do peptidil-tRNA.
Importantemente, eRF1 e eRF3 podem ser suficientes para iniciar a dissociação da subunidade; no entanto, isto irá ocorrer a um ritmo mais lento .
Mecanismos de reciclagem em procariotas são distintos dos das eucariotas, sendo a principal diferença a presença do factor de reciclagem especializada do ribossoma (RRF) que actua em conjunto com EF-G para separar as subunidades ribossómicas em bactérias .
Terminação da Tradução
O próximo passo no processo de tradução é a terminação. Neste passo um códon de parada de mRNA indica que nenhum aminoácido adicional deve ser adicionado à proteína crescente. A terminação em eucariotas é facilitada por apenas dois fatores (eRF1 e eRF3) e difere significativamente do processo em procariotas, que envolve três fatores (RF1, RF2 e RF3) . Na eucariotas, dois processos distintos devem ocorrer para que o alongamento do peptídeo seja terminado com sucesso; a liberação do peptídeo e o estabelecimento do complexo de pós-terminação. Em alguns casos, onde a tradução deve terminar antes da detecção de um códon de parada, a etapa de terminação pode ser pulada e a reciclagem do ribossomo iniciada precocemente. Neste caso, a liberação do peptídeo será facilitada pela ABCE1 .
Terminação é acionada pela entrada de um códon de parada (UAA, UGA ou UAG) no ribosomal A-site. Este códon é reconhecido por um fator de liberação de classe 1 (RF1). Em eucariotas, este fator (eRF1) liga-se ao ribossomo como parte de um complexo ternário pré-montado que compreende eRF1, eRF3 e GTP . O stop-codon é reconhecido por um motivo conservado localizado na extremidade amino-terminal da proteína, tal como o motivo NIKS .
eRF1 também auxilia na hidrólise do peptidil-tRNA e na liberação do peptídeo a partir do centro da transferase do peptidil (PTC). Isso ocorre como resultado da hidrólise de GTP pelo eRF3, que induz uma mudança conformacional no eRF1 que permite que seu motivo Gly-Gly-Gln (GGQ), que está localizado no domínio ‘médio’ (M), entre no PTC ribossômico e facilite a hidrólise do peptidil-tRNA. Este mecanismo difere em procariotas, onde a liberação de peptídeo é necessária para, e assim precede, a hidrólise de GTP por RF3 .
Hidrólise de GTP e liberação de peptídeo, a RF3-GDP irá se dissociar da proteína, deixando para trás a RF1, que permanece ligada ao ribossomo no que é conhecido como complexo de pós-terminação . Isto essencialmente prepara o ribossomo para a reciclagem do ribossomo.