10.6: Tradução Prokaryotic
Desde que o RNA tenha surgido do RNAP e haja espaço suficiente para acomodar um ribossomo, a tradução pode começar em procariotas. Na verdade, para genes altamente expressos, não seria incomum ver múltiplas polimerases de RNA transcrevendo o DNA e múltiplos ribossomos em cada uma das transcrições traduzindo o mRNA para proteína! O processo começa com a subunidade pequena do ribossomo (e apenas a subunidade pequena – se estiver ligada à subunidade grande, é incapaz de ligar o mRNA), que se liga ao mRNA frouxamente e começa a digitalizá-lo para uma sequência de reconhecimento chamada sequência Shine-Dalgarno, após os seus descobridores. Uma vez reconhecido pelo pequeno rRNA da subunidade ribossômica, a pequena subunidade é posicionada ao redor do códon inicial (AUG). Este processo é facilitado por fatores de iniciação como segue.
A subunidade 30S do ribossomo dissocia-se da subunidade 50S do ribossomo, caso tenha sido associada a uma, e liga-se aos fatores de iniciação IF-1 e IF-3. IF-1 liga-se ao local A, onde impede a entrada de novas moléculas de aminoacil-tRNA antes da montagem do ribossomo completo. Também facilita a montagem e estabilização do complexo de iniciação. O IF-3 é necessário para permitir que a subunidade 30S se ligue ao mRNA. Uma vez que isto tenha ocorrido, IF-2-GTP chega ao local, levando consigo o aminoacril-tRNA iniciador. Este se instala no local P, que é posicionado de modo que o anticódon do tRNA se instale sobre o códon de início AUG do mRNA. Hidrólise do GTP ligado ao IF-2 e liberação de todos os fatores de iniciação é necessária para permitir que a subunidade 50S se ligue à subunidade 30S para formar o ribossomo completo e totalmente funcional. Como a hidrólise GTP foi necessária, a união das subunidades é irreversível espontaneamente, e requer um gasto de energia ao terminar a tradução. Uma vez que a subunidade 50S se une à subunidade 30S, o site A está pronto para aceitar o próximo aminoacyl-tRNA.
Um equívoco comum e compreensível é que o novo aminoácido trazido para o ribossomo é adicionado à cadeia crescente de polipeptídeos. Na verdade, o mecanismo é exatamente o oposto: o polipeptídeo é adicionado ao novo aminoácido (Figura \PageIndex{4}}). Isto começa a partir do segundo aminoácido a ser adicionado a uma nova proteína (Figura \PageIndex{5}}). O primeiro aminoácido, uma metionina, você deve se lembrar, veio junto com o IF-2 e o iniciador tRNA. O novo aminoacil-tRNA é acompanhado por EF-Tu, um fator de alongamento que carrega um GTP. Uma vez que o aa-tRNA está no lugar, EF-Tu hidrolisa o GTP e dissocia do aminoacil-tRNA e ribossomo.
Por muito tempo, houve um pouco de mistério em torno do acoplamento simultâneo de duas moléculas de tRNA em códons imediatamente adjacentes de mRNA. Sob condições normais, não deveria haver espaço suficiente, já que os tRNAs são bastante volumosos e um deveria obstruir o outro de alcançar o mRNA para fazer um códon-anticodonte compatível. A questão foi finalmente esclarecida em 2001 com exames cristalográficos de raios X mostrando uma curva no mRNA entre o códão na ranhura P e o códão na ranhura A. A curva coloca os dois tRNAs associados em ângulos ligeiramente diferentes e assim cria espaço suficiente para que ambos mantenham ligações de hidrogênio com o mRNA. Ver Yusupov et al, Science 292 (5518): 883-896, 2001.
Quando um novo aminoacil-tRNA cai na ranhura A do ribossomo, o anticódon é alinhado com o códon do mRNA. Se não houver complementaridade, o aminoacil-tRNA logo flutua de volta para fora da ranhura para ser substituído por outro candidato. Entretanto, se houver complementaridade (ou algo suficientemente próximo, lembrando a idéia de oscilação), então o H-bonds se forma entre o códon e o anti-códon, o tRNA muda de conformação, o que muda a conformação do EF-Tu, causando a hidrólise do GTP para o PIB + Pi, e liberação do aa-tRNA. A interação códon-anticodon é estável o tempo suficiente para que a atividade catalítica do ribossomo hidrolise a ligação entre fMet e o tRNAf na ranhura P, e prenda o fMet ao novo aminoácido com uma ligação de peptídeo na ranhura A. O novo aminoácido ainda está ligado ao seu tRNA, e à medida que este processo ocorre, o ribossomo muda de posição em relação ao mRNA e tRNAs. Isto coloca o agora vazio (sem aminoácido ligado) tRNAf na ranhura E, o tRNAaa na ranhura P, ligado ao aa que está ligado ao Met, e a ranhura A está novamente aberta para a entrada de um novo tRNAt. O factor de alongamento EF-G liga-se perto do slot A assim que o EF-Tu sai, e é necessário para a translocação do ribossoma, fornecendo energia para o processo através da hidrolização de um GTP que transporta com ele para o ribossoma. A partir das experiências dos meus alunos, a melhor maneira de aprender isto parece ser estudar os diagramas e ver os movimentos das moléculas, preenchendo os detalhes mecanicistas na sua mente. Este processo continua até que o ribossomo traga o slot A em linha com um códão de parada.
Não há tRNA com um anti-códon para o códon de parada. Ao invés disso, há um conjunto de fatores de liberação que t no site A do ribossomo, liga-se ao códon de parada, e ativa o ribossomo para cortar a ligação entre a cadeia de polipeptídeos e o último tRNA (Figura \PageIndex{6}}). Dependendo do códon de parada presente, a RF1 (reconhece UAA ou UAG) ou RF2 (para UAA ou UGA) entra primeiro no slot A. A RF1 ou RF2 é complexada com a RF3, que está envolvida na liberação subseqüente do complexo de RF do slot A. Isso é necessário porque uma vez que o polipeptídeo tenha sido liberado do ribossomo, o mRNA deve ser liberado. O fator de liberação do ribossomo (RRF) também se liga no slot A, o que causa uma alteração conformacional no ribossomo liberando o tRNA anterior e agora vazio. Finalmente, o EF-G liga-se ao RRF, e com uma hidrólise de GTP que o acompanha, provoca a des-sociação do ribossomo em subunidades grandes e pequenas separadas. Note que é a combinação de EF-G/RRF que causa a dissociação; EF-G sozinho desempenha um papel diferente no movimento do ribossomo quando não está no códon de parada.