Modificações pós-traducionais: o que são e como estão associadas à doença

As proteínas são as macromoléculas da vida. Eles representam 80% do protoplasma desidratado de toda a célula e formam cerca de 50% do peso seco de todos os nossos tecidos, portanto, o crescimento, a biossíntese e o reparo dos tecidos dependem inteiramente deles.

O aminoácido é a unidade básica da proteína, porque por meio de ligações peptídicas consecutivas, essas moléculas dão origem às cadeias de proteínas que conhecemos nas aulas de biologia. Os aminoácidos são constituídos por carbono (C), oxigênio (O), nitrogênio (N) e hidrogênio (H), 4 dos 5 bioelementos que constituem 96% da massa celular da Terra. Para se ter uma ideia, temos 550 gigatoneladas de carbono orgânico no planeta, 80% dos quais provém da matéria vegetal que nos rodeia.

O processo de síntese de proteínas dentro da célula é uma dança complexa entre DNA, RNA, enzimas e cadeias de montagem. Nesta oportunidade, Vamos contar a você algumas pinceladas gerais da formação de proteínas no nível celular, com ênfase especial nas modificações pós-traducionais..

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A base da síntese de proteínas na célula

Em primeiro lugar, devemos lançar certos alicerces. O ser humano tem sua informação genética dentro do núcleo (sem contar o DNA mitocondrial), e este possui algumas sequências codificadoras para proteínas ou RNA, chamadas genes. Graças ao projeto Genoma Humano, sabemos que nossa espécie tem cerca de 20.000-25.000 genes codificadores, o que representa apenas 1,5% do DNA total em nosso corpo.

O DNA é composto por nucleotídeos, que são de 4 tipos, de acordo com a base nitrogenada que apresentam: adenina (A), guanina (G), citosina (C) e timina (T). Cada aminoácido é codificado por um tripleto de nucleotídeos, conhecido como "códons". Damos-lhe o exemplo de alguns trigêmeos:

GCU, GCC, GCA, GCG

Todos esses tripletos ou códons codificam para o aminoácido alanina, de forma intercambiável. De qualquer forma, eles não vêm diretamente dos genes, mas sim de segmentos de RNA, obtidos a partir da transcrição do DNA nuclear. Se você conhece genética, deve ter notado que um dos códons tem uracila (U), o análogo da timina (T) do RNA.

Assim pois, Durante a transcrição, um RNA mensageiro é formado a partir das informações presentes nos genes e viaja para fora do núcleo, para os ribossomos, que estão localizados no citoplasma da célula.. Aqui, os ribossomos "lêem" os diferentes códons e os "traduzem" em cadeias de aminoácidos, que são transportados um a um pelo RNA de transferência. Damos mais um exemplo:

GCU-UUU-UCA-CGU

Cada um desses 4 códons codifica, respectivamente, os aminoácidos alanina, fenilalanina, serina e arginina. Este exemplo teórico seria um tetrapeptídeo (oligopeptídeo), uma vez que para ser uma proteína comum, deve conter pelo menos 100 desses aminoácidos. Em qualquer caso, esta explicação cobre, de forma geral, os processos de transcrição e tradução que dão origem às proteínas dentro das células.

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O que são modificações pós-tradução?

Modificações pós-tradução (PTM) referem-se a as mudanças químicas pelas quais as proteínas sofrem uma vez que foram sintetizadas nos ribossomos. A transcrição e a tradução dão origem a propeptídeos, que devem ser modificados para, em última instância, atingir a verdadeira funcionalidade do agente proteico. Essas alterações podem ocorrer por meio de mecanismos enzimáticos ou não enzimáticos.

Uma das modificações pós-traducionais mais comuns é a adição de um grupo funcional. Na lista a seguir, damos alguns exemplos desse evento bioquímico.

• Acilação: consiste na adição de um grupo acila. O composto que doa esse grupo é conhecido como "grupo acilante". A aspirina, por exemplo, vem de um processo de acilação.
• Fosforilação: consiste na adição de um grupo fosfato. É a modificação pós-tradução que está associada à transferência de energia no nível celular.
• Metilação: adicione um grupo metil. É um processo epigenético, uma vez que a metilação do DNA impede a transcrição de certos genes-alvo.
• Hidroxilação: adição de um grupo hidroxila (OH). A adição do grupo hidroxila à prolina, por exemplo, é uma etapa essencial para a formação de colágeno nos seres vivos.
• Nitração: adição de um grupo nitro.

Existem muitos outros mecanismos para adicionar grupos funcionais, uma vez que nitrosilação, glicosilação, glicação ou prenilação também foram registradas.. Da formação dos fármacos à síntese dos tecidos biológicos, todos esses processos são essenciais para a sobrevivência de nossa espécie, de uma forma ou de outra.

Como já dissemos, o genoma humano contém 25.000 genes, mas o proteoma humano contém nossa espécie (o total de proteínas expressas em uma célula) é de cerca de um milhão de unidades de proteína. Além do splicing do RNA mensageiro, as modificações pós-tradução são a base da diversidade de proteínas em humanos, pois são capazes de adicionar pequenas moléculas por meio de ligações covalentes que alteram completamente a funcionalidade do polipeptídeo.

Além da adição de grupos específicos, também existem modificações que ligam as proteínas. Um exemplo disso é a sumoilação, que adiciona uma proteína em miniatura (pequeno modificador relacionado à ubiquitina, SUMO) às proteínas-alvo. A degradação de proteínas e a localização nuclear são alguns dos efeitos desse processo.

Outro importante mecanismo aditivo pós-tradução é a ubiquitinação, que, como o próprio nome sugere, adiciona a ubiquitina à proteína-alvo. Uma das muitas funções desse processo é direcionar a reciclagem de proteínas, uma vez que a ubiquitina se liga a polipeptídeos que devem ser destruídos.

Hoje, cerca de 200 modificações pós-tradução diferentes foram detectadas, que afetam muitos aspectos da funcionalidade celular, entre os quais estão mecanismos como o metabolismo, a transdução de sinal e a própria estabilidade da proteína. Mais de 60% das seções de proteína resultantes de modificações pós-tradução estão associadas com área da proteína que interage diretamente com outras moléculas, ou seja, o seu centro ativo.

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Modificações pós-tradução e imagens patológicas

O conhecimento desses mecanismos é em si um tesouro para a sociedade, mas as coisas ficam ainda mais interessante quando descobrimos que as modificações pós-tradução também têm utilidade no campo médico.

Proteínas que possuem em si a sequência CAAX, cisteína (C) - resíduo alifático (A) - resíduo alifático (A) - qualquer aminoácido (X), fazem parte de muitas moléculas com lâminas nucleares, são essenciais em vários processos regulatórios e, além disso, Eles também estão presentes na superfície das membranas citoplasmáticas (a barreira que delimita o interior da célula do Exterior). A sequência CAAX tem sido historicamente associada ao desenvolvimento de doenças, uma vez que governa as modificações pós-traducionais das proteínas que a apresentam..

Conforme indicado pela Comissão Europeia no artigo Processamento de proteínas CAAX em DIsease Humana: do câncer à progéria, hoje está tentando usar como alvos terapêuticos para câncer e progéria as enzimas que processam proteínas com a sequência CAAX. Os resultados são muito complexos no nível molecular para descrever neste espaço, mas o fato de que eles são O uso de modificações pós-traducionais como objeto de estudo em doenças mostra sua clara importância.

Retomar

De todos os dados apresentados nestas linhas, queremos destacar um de especial importância: Os seres humanos têm cerca de 25.000 genes diferentes em nosso genoma, mas o proteoma celular equivale a um milhão de proteínas. Esta figura é possível graças às modificações pós-traducionais, que adicionam grupos funcionais e ligam proteínas entre eles, a fim de dar especificidade à macromolécula.

Se quisermos que você mantenha uma ideia central, esta é a seguinte: o DNA é transcrito em RNA mensageiro, que viaja do núcleo ao citoplasma da célula. Aqui, isso é traduzido na proteína (da qual abriga suas instruções na forma de códons), com a ajuda do RNA de transferência e dos ribossomos. Após esse processo complexo, ocorrem modificações pós-traducionais, a fim de conferir ao protopeptídeo sua funcionalidade definitiva.

Referências bibliográficas:

• Jensen, O. N. (2004). Proteômica específica de modificação: caracterização de modificações pós-tradução por espectrometria de massa. Opinião atual em biologia química, 8 (1), 33-41.
• Krishna, R. G., & Wold, F. (1993). Modificações pós-tradução de proteínas. Métodos em análise de sequência de proteínas, 167-172.
• Mann, M. e Jensen, O. N. (2003). Análise proteômica de modificações pós-traducionais. Nature biotechnology, 21 (3), 255-261.
• Scott, I., Yamauchi, M., & Sricholpech, M. (2012). Modificações pós-tradução de lisina do colágeno. Essays in biohemistry, 52, 113-133.
• Seet, B. T., Dikic, I., Zhou, M. M., & Pawson, T. (2006). Leitura de modificações de proteínas com domínios de interação. Nature reviews Molecular cell biology, 7 (7), 473-483.
• Seo, J. W., & Lee, K. J. (2004). Modificações pós-traducionais e suas funções biológicas: análise proteômica e abordagens sistemáticas. BMB Reports, 37 (1), 35-44.
• Snider, N. T., & Omary, M. B. (2014). Modificações pós-traducionais de proteínas de filamentos intermediários: mecanismos e funções. Nature reviews Molecular cell biology, 15 (3), 163-177.
• Westermann, S., & Weber, K. (2003). As modificações pós-traducionais regulam a função dos microtúbulos. Nature reviews Molecular cell biology, 4 (12), 938-948.