Hoje em dia, os grandes varejistas têm "centros de distribuição" para lidar com o grande volume de pedidos on-line que recebem de todo o mundo. Aqui, nessas estruturas semelhantes a depósitos, produtos individuais são rastreados, embalados e enviados para milhões de destinos da forma mais eficiente possível. Estruturas minúsculas chamadas ribossomos são, na verdade, os centros de atendimento do mundo celular, recebendo pedidos de incontáveis produtos de proteína de ácido ribonucléico mensageiro (mRNA) e fazer com que esses produtos sejam montados com rapidez e eficiência e os levem ao local onde são necessários.
Os ribossomos são geralmente considerados organelas, embora os puristas da biologia molecular às vezes apontem que eles são encontrados em procariotos (a maioria dos quais são bactérias), bem como eucariotos e não possuem uma membrana separando-os do interior da célula, duas características que poderiam ser desqualificante. Em qualquer caso, tanto as células procarióticas quanto as células eucarióticas possuem ribossomos, cuja estrutura e função estão entre as lições mais fascinantes de bioquímica, devido a quantos conceitos fundamentais a presença e o comportamento dos ribossomos sublinhado.
Do que são feitos os ribossomos?
Os ribossomos consistem em cerca de 60 por cento de proteína e cerca de 40 por cento RNA ribossomal (rRNA). Esta é uma relação interessante, visto que um tipo de RNA (RNA mensageiro ou mRNA) é necessário para a síntese ou tradução de proteínas. Portanto, de certa forma, os ribossomos são como uma sobremesa composta de grãos de cacau não modificados e chocolate refinado.
O RNA é um dos dois tipos de ácidos nucléicos encontrados no mundo dos seres vivos, sendo o outro ácido desoxirribonucléico ou DNA. O DNA é o mais notório dos dois, frequentemente sendo mencionado não apenas em artigos científicos convencionais, mas também em histórias de crime. Mas o RNA é na verdade a molécula mais versátil.
Os ácidos nucléicos são constituídos por monômeros ou unidades distintas que funcionam como moléculas autônomas. O glicogênio é um polímero de monômeros de glicose, as proteínas são polímeros de monômeros de aminoácidos e os nucleotídeos são os monômeros dos quais o DNA e o RNA são feitos. Os nucleotídeos, por sua vez, consistem em uma porção de açúcar de cinco anéis, uma porção de fosfato e uma porção de base nitrogenada. No DNA, o açúcar é a desoxirribose, enquanto no RNA é a ribose; estes diferem apenas no fato de que o RNA tem um grupo -OH (hidroxila), onde o DNA tem um -H (um próton), mas as implicações para o impressionante conjunto de funcionalidades do RNA são consideráveis. Além disso, embora a base nitrogenada em um nucleotídeo de DNA e um nucleotídeo de RNA seja um dos quatro tipos possíveis, estes tipos no DNA são adenina, citosina, guanina e timina (A, C, G, T) enquanto no RNA, uracila é substituída por timina (A, C, G, VOCÊ). Finalmente, o DNA é quase sempre de fita dupla, enquanto o RNA é de fita simples. É essa diferença do RNA que talvez contribua mais para a versatilidade do RNA.
Os três principais tipos de RNA são os mencionados mRNA e rRNA junto com o RNA de transferência (tRNA). Embora quase metade da massa dos ribossomos seja rRNA, tanto o mRNA quanto o tRNA desfrutam de relações íntimas e indispensáveis com os ribossomos e entre si.
Em organismos eucarióticos, os ribossomos são encontrados principalmente ligados ao retículo endoplasmático, uma rede de estruturas membranosas melhor comparada a uma rodovia ou sistema de ferrovia para as células. Alguns ribossomos eucarióticos e todos os ribossomos procarióticos são encontrados livres no citoplasma da célula. As células individuais podem ter de milhares a milhões de ribossomos; como você pode esperar, as células que produzem muitos produtos proteicos (por exemplo, células pancreáticas) têm uma densidade maior de ribossomos.
A Estrutura dos Ribossomos
Em procariotos, os ribossomos incluem três moléculas de rRNA separadas, enquanto que em eucariotos os ribossomos incluem quatro moléculas de rRNA separadas. Os ribossomos consistem em uma grande subunidade e uma pequena subunidade. No início do século 21, a estrutura tridimensional completa das subunidades foi mapeada. Com base nessa evidência, o rRNA, e não as proteínas, fornece ao ribossomo sua forma e função básicas; biólogos há muito suspeitavam disso. As proteínas nos ribossomos ajudam principalmente a preencher as lacunas estruturais e aumentar a tarefa principal do ribossomo - a síntese de proteínas. A síntese de proteínas pode ocorrer sem essas proteínas, mas em um ritmo muito mais lento.
As unidades de massa de fato dos ribossomos são seus valores de Svedberg (S), que são baseados na rapidez com que as subunidades se acomodam no fundo dos tubos de ensaio sob a força centrípeta de uma centrífuga. Os ribossomos das células eucarióticas geralmente têm valores de Svedberg de 80S e consistem em subunidades 40s e 60s. (observe que as unidades S claramente não são massas reais; caso contrário, a matemática aqui não faria sentido.) Em contraste, as células procarióticas contêm ribossomos que atingem 70S, divididos em subunidades 30S e 50S.
Tanto as proteínas quanto os ácidos nucléicos, cada um feito de unidades monoméricas semelhantes, mas não idênticas, têm uma estrutura primária, secundária e terciária. A estrutura primária do RNA é a sua ordenação de nucleotídeos individuais, que por sua vez depende de suas bases nitrogenadas. Por exemplo, as letras AUCGGCAUGC descrevem uma cadeia de dez nucleotídeos de ácido nucleico (chamada de "polinucleotídeo" quando é curta) com as bases adenina, uracila, citosina e guanina. A estrutura secundária do RNA descreve como a corda assume curvas e dobras em um único plano graças às interações eletroquímicas entre os nucleotídeos. Se você colocasse um colar de contas em uma mesa e a corrente que as unia não fosse reta, você estaria olhando para a estrutura secundária das contas. Finalmente, a restrição terciária se refere a como a molécula inteira se organiza no espaço tridimensional. Continuando com o exemplo das contas, você pode pegá-lo da mesa e comprimi-lo em uma forma de bola em sua mão, ou mesmo dobrá-lo em forma de barco.
Indo mais fundo na composição ribossomal
Muito antes de os métodos laboratoriais avançados de hoje se tornarem disponíveis, os bioquímicos eram capazes de fazer previsões sobre a estrutura secundária do rRNA com base na sequência primária conhecida e nas propriedades eletroquímicas do indivíduo bases. Por exemplo, A estava inclinado a formar par com U se uma torção vantajosa se formasse e os trouxesse para perto? No início dos anos 2000, a análise cristalográfica confirmou muitas das ideias dos primeiros pesquisadores sobre a forma do rRNA, ajudando a lançar mais luz sobre sua função. Por exemplo, os estudos cristalográficos demonstraram que o rRNA tanto participa da síntese de proteínas quanto oferece suporte estrutural, bem como o componente proteico dos ribossomos. O rRNA compõe a maior parte da plataforma molecular em que ocorre a tradução e tem atividade catalítica, o que significa que o rRNA participa diretamente da síntese de proteínas. Isso levou alguns cientistas a usarem o termo "ribozima" (ou seja, "enzima ribossomo") em vez de "ribossomo" para descrever a estrutura.
E. coli as bactérias oferecem um exemplo de quanto os cientistas foram capazes de aprender sobre a estrutura ribossômica procarionte. A grande subunidade, ou LSU, do E. coli ribossomo consiste em unidades distintas 5S e 23S rRNA e 33 proteínas, chamadas r-proteínas para "ribsomal". A pequena subunidade, ou SSU, inclui uma porção 16S rRNA e 21 r-proteínas. A grosso modo, então, o SSU tem cerca de dois terços do tamanho do LSU. Além disso, o rRNA do LSU inclui sete domínios, enquanto o rRNA do SSU pode ser dividido em quatro domínios.
O rRNA de ribossomos eucarióticos tem cerca de 1.000 nucleotídeos a mais do que o rRNA de ribossomos procarióticos - cerca de 5.500 vs. 4,500. Enquanto E. coli os ribossomos apresentam 54 r-proteínas entre o LSU (33) e o SSU (21), os ribossomos eucarióticos têm 80 r-proteínas. O ribossomo eucariótico também inclui segmentos de expansão de rRNA, que desempenham papéis estruturais e de síntese de proteínas.
Função Ribossomo: Tradução
O trabalho do ribossomo é fazer toda a gama de proteínas que um organismo necessita, de enzimas a hormônios e porções de células e músculos. Esse processo é chamado de tradução e é a terceira parte do dogma central da biologia molecular: DNA em mRNA (transcrição) em proteína (tradução).
A razão pela qual isso é chamado de tradução é que os ribossomos, deixados por sua própria conta, não têm uma maneira independente de "saber" quais proteínas fazer e quanto, apesar de ter todas as matérias-primas, os equipamentos e a força de trabalho obrigatório. Voltando à analogia do "centro de distribuição", imagine alguns milhares de trabalhadores enchendo os corredores e estações de um desses enormes lugares, olhando brinquedos, livros e artigos esportivos, mas não obtendo orientação da Internet (ou de qualquer outro lugar) sobre o que pendência. Nada aconteceria, ou pelo menos nada produtivo para o negócio.
O que é traduzido, então, são as instruções codificadas no mRNA, que por sua vez obtém o código do DNA no núcleo da célula (se o organismo for um eucarioto; procariontes não têm núcleos). No processo de transcrição, o mRNA é feito a partir de um molde de DNA, com os nucleotídeos adicionados ao cadeia de mRNA em crescimento correspondente aos nucleotídeos da fita de DNA molde ao nível de emparelhamento de bases. A no DNA gera U no RNA, C gera G, G gera C e T gera A. Como esses nucleotídeos aparecem em uma sequência linear, eles podem ser incorporados em grupos de dois, três, dez ou qualquer número. Acontece que um grupo de três nucleotídeos em uma molécula de mRNA é chamado de códon, ou "códon tripleto" para fins de especificidade. Cada códon carrega as instruções para um dos 20 aminoácidos, que você deve lembrar são os blocos de construção das proteínas. Por exemplo, AUG, CCG e CGA são todos códons e carregam as instruções para fazer um aminoácido específico. Existem 64 códons diferentes (4 bases elevadas à potência de 3 é igual a 64), mas apenas 20 aminoácidos; como resultado, a maioria dos aminoácidos é codificada por mais de um tripleto, e alguns aminoácidos são especificados por seis códons tripletos diferentes.
A síntese de proteínas requer ainda outro tipo de RNA, o tRNA. Esse tipo de RNA traz fisicamente os aminoácidos para o ribossomo. Um ribossomo tem três sítios de ligação de tRNA adjacentes, como vagas de estacionamento personalizadas. Um é o aminoacil sítio de ligação, que é para a molécula de tRNA ligada ao próximo aminoácido na proteína, ou seja, o aminoácido de entrada. O segundo é o peptidil sítio de ligação, onde a molécula central de tRNA contendo a cadeia de peptídeo em crescimento se liga. O terceiro e último é um saída local de ligação, quando usado, moléculas de tRNA agora vazias são descarregadas do ribossomo.
Uma vez que os aminoácidos são polimerizados e uma estrutura protéica formada, o ribossomo libera a proteína, que é então transportada em procariotos para o citoplasma e em eucariotos para os corpos de Golgi. As proteínas são então completamente processadas e liberadas, dentro ou fora da célula, já que todos os ribossomos produzem proteínas para uso local e remoto. Os ribossomos são muito eficientes; um único em uma célula eucariótica pode adicionar dois aminoácidos a uma crescente cadeia de proteína a cada segundo. Em procariontes, os ribossomos funcionam em um ritmo quase frenético, adicionando 20 aminoácidos a um polipeptídeo a cada segundo.
Nota de rodapé da evolução: nos eucariotos, os ribossomos, além de estarem localizados nos pontos citados, também podem ser encontrados nas mitocôndrias de animais e nos cloroplastos de plantas. Esses ribossomos são muito diferentes em tamanho e composição de outros ribossomos encontrados nessas células, e correspondem aos ribossomos procarióticos de células de algas bacterianas e azul-esverdeadas. Isso é considerado evidência razoavelmente forte de que mitocôndrias e cloroplastos evoluíram de procariotos ancestrais.