O dobramento de proteínas, mecanismos surpreendentes apontam para uma configuração planejada
https://elohim.catsboard.com/t307-o-dobramento-de-proteinas-mecanismos-surpreendentes-apontam-para-uma-configuracao-planejada
Em inglês:
https://reasonandscience.catsboard.com/t1661p25-translation-through-ribosomes-amazing-nano-machines#8052
As proteínas, para se tornarem funcionais, devem se dobrar em formas 3D bem específicas, o que acontece logo na saída do ribossomo, onde são sintetizadas. A forma e a conformação específica da proteína depende das interações entre suas cadeias laterais de aminoácidos. Para uma proteína funcionar, ela deve se dobrar em um estado de repouso, que é uma estrutura tridimensional complexa. Se uma proteína falha em se dobrar em sua estrutura funcional, ela não apenas fica sem função, mas pode se tornar tóxica para a célula. Conforme as proteínas se dobram, elas testam uma variedade de conformações antes de atingir sua forma final, que é única e compacta. As proteínas dobradas são estabilizadas por milhares de ligações não covalentes entre os aminoácidos. Uma proteína relativamente pequena de apenas 100 aminoácidos pode assumir cerca de 10 ^ 100 configurações diferentes. Se tentasse essas formas à taxa de 100 bilhões por segundo, demoraria mais do que a idade do universo para encontrar a correta. Apenas como essas moléculas se dobram corretamente em nanossegundos, ninguém sabe.
Se pegarmos uma das menores bactérias que não vive como patógena, mas livre ( pelagibacter ubique), elas têm cerca de 1,3 nucleotídeos, e 1300 proteínas, com uma média de cerca de 400 aminoácidos. Se sua sequência e arranjo de aminoácidos surgissem pre-bioticamente, sem as informações instrucionais de um genoma, seriam necessárias mais tentativas do que o número de átomos no universo, para obter o conjunto certo. Desconsiderando todos os problemas inerentes a este cenário, como a falta de mecanismos para selecionar o conjunto certo de aminoácidos usados na vida, e separar os destros (a vida usa apenas aminoácidos canhotos), o fato de que alguns aminoácidos nunca foram encontrados além de serem sintetizados na célula, este é um grande problema. E também o fato de que as ligações desses polímeros são ligações peptídicas e éster. Em ambos os casos, a reação de polimerização é termodinamicamente ascendente, com a hidrólise sendo favorecida. (hidrólise significa que qualquer reação química na qual uma molécula de água rompe uma ou mais ligações químicas). Como então os polímeros podem ser sintetizados? Para cenários pré-bióticos, não há uma resposta convincente. Na célula, os monômeros foram quimicamente ativados por uma entrada de energia metabólica de forma que a polimerização é espontânea na presença de ribossomos que catalisam a polimerização. Catalisar a formação de ligações no Ribossomo acaba sendo um processo preciso e cuidadosamente projetado, onde os ribonucleotídeos circundantes devem ser colocados com muita precisão, no lugar certo. Como as proteínas se dobram de uma sequência linear de aminoácidos para a forma funcional, onde podem operar como máquinas moleculares?
A ciência desvendou detalhes surpreendentes de quais mecanismos podem estar presentes, respondendo a esta pergunta.
Um dos mecanismos mais importantes que desempenham um papel vital na célula é a formação de ligações peptídicas de aminoácidos durante a síntese de proteínas. Ocorre no denominado centro de peptidil-transferase, que é o centro de reação do Ribossomo. A formação da ligação peptídica não é uma tarefa simples ou trivial. O processo é tão intrigantemente complexo, que um artigo científico de 2015 ainda teve que admitir que: O processo de formação da ligação peptídica é de particular importância, sendo o coração da síntese de proteínas. O mecanismo detalhado de transferência de peptidil, bem como os átomos e grupos funcionais envolvidos nesse processo ainda estão no limbo.
O ribossomo acelera a taxa de reação e catalisa a formação de ligações peptídicas 10 milhões de vezes mais rápido do que em comparação com uma reação não catalisada. A subunidade do ribossomo, onde ocorre a catálise, é chamada de RNA ribossômico 23S. Ele tem um comprimento de 2904 nucleotídeos (em E. coli).
Um arranjo preciso e minuciosamente orquestrado de apenas dois atores principais entre esses 2904 nucleotídeos é absolutamente essencial, a interação da ribose 2'-OH na posição A2451 e a 2 'hidroxila do substrato do sítio P A76. Eles são fundamentais para orientar os substratos no sítio ativo para uma catálise ideal e desempenham um papel fundamental na formação de ligações polipeptídicas.
Lembre-se deste grupo funcional, A2451. Voltarei a ele no final deste artigo.
Meu comentário: Considere isso como um feito extraordinário de engenharia biomolecular. Entre os 2905 nucleotídeos, apenas um é o principal agente interagindo com outro para promover essa reação essencial à vida, e teve que ser posicionado precisamente no lugar certo.
Evidentemente, o posicionamento de todos os substratos, estados de transição e resíduos ribossômicos que contribuem para a redistribuição combinada de cargas deve ser rigidamente controlado para atingir uma transpeptidação eficiente compatível com as taxas observadas in vivo de polimerização de aminoácidos de cerca de 20 aminoácidos por segundo.
Molecular biology of the Cell, Alberts, 6ª ed. pág. 369
Bacterias produzem uma velocidade geral de tradução de 20 aminoácidos incorporados por segundo. Bactérias mutantes com uma alteração específica na pequena subunidade ribossômica têm atrasos mais longos e traduzem o mRNA em proteína com uma precisão consideravelmente maior do que essa; no entanto, a síntese de proteínas é tão lenta nesses mutantes que as bactérias mal conseguem sobreviver.
Pergunta: Como a velocidade certa poderia ser obtida com tentativa e erro, se mutantes lentos não sobrevivem? A velocidade não devia estar certa desde o início?
Este 2'-OH fornece potência catalítica quase total. Esses dados destacam o papel funcional único do A2451 2'-OH para a síntese de ligações peptídicas entre todos os outros grupos funcionais no sítio ativo da peptidil transferase ribossomal. A chave nesta reação é a presença de um grupo de transporte de prótons. A redução observada de 100 vezes na taxa de reação por mutação do grupo P-local A76 20-OH é uma indicação da atividade desse grupo durante a reação de transferência de peptidil.
Notavelmente, como veremos a seguir, o enovelamento da proteína não depende apenas da sequência de aminoácidos ou das forças estabilizadoras.
Um artigo científico revisado por pares comenta:
O dobramento de proteínas em células vivas requer um mecanismo de ação por meio da manipulação direta da estrutura do peptídeo durante a formação da ligação polipeptídica. Considerando o movimento de rotação da extremidade 3 'do tRNA no centro da peptidiltransferase do ribossomo, é possível que esse movimento possa introduzir rotação para o peptídeo nascente e influenciar a via de dobramento do peptídeo. O terminal 3 'do tRNA no local A do centro da peptidil transferase do ribossomo gira em quase 180 graus em cada ciclo de alongamento de tradução. Apenas uma oscilação de 45 graus é necessária para atingir a estereoquímica adequada da formação da ligação peptídica; a função da porção restante da curva é considerada necessária para facilitar a dobragem co-translacional
Os resultados experimentais estão de acordo com o nosso mecanismo hipotético através do qual o ribossomo altera diretamente as conformações das proteínas, aplicando força mecânica ao esqueleto do peptídeo. In vivo, a estrutura do peptídeo pode ser manipulada em conformações que não podem ser alcançadas sem ajuda porque são termodinamicamente instáveis ou cineticamente inacessíveis. Os resultados de nossas simulações demonstram a viabilidade de um mecanismo de dobramento de proteínas durante a formação de ligações peptídicas.
Meu comentário: Isso demonstra que o enovelamento de proteínas (que é essencial para obter proteínas funcionais) é um processo complexo e finamente orquestrado que depende não apenas da sequência de aminoácidos correta e da diminuição da energia livre de Gibbs, mas também de um ativo dependente de energia processo. O mecanismo de ação do ribossomo (máquina de dobrar proteínas). Isso significa que, sem a ação conjunta do ribossomo, o proteoma mínimo original nunca teria se formado pre-bioticamente na ausência do ribossomo, diretamente envolvido no processo de dobramento. A capacidade de qualquer proteína atual de se dobrar isoladamente e sem assistência não compartilhada pela maioria das proteínas. Assim, a noção de um mecanismo ativo de dobramento de proteína dependente de energia in vivo reforça a compreensão de um processo de bioengenharia inteligente do que o processo evolutivo geralmente aceito, e que a capacidade das proteínas de atingir suas conformações nativas deve ter evoluído por seleção natural de sequências que dobra rápida e corretamente (“a evolução resolveu o problema de dobramento de proteínas”) torna-se cada vez mais remotamente possível.
E mais mecanismos estão em jogo ajudando a dobrar proteínas dentro do ribossomo:
Alguns resultados publicados recentemente incluem estudos sobre o papel do túnel de saída no dobramento de correntes nascentes. Para pequenos domínios de proteína, o próprio ribossomo pode fornecer o tipo de ambiente de dobramento protegido que as chaperonas fornecem para proteínas maiores. Que o pequeno domínio de dedo de zinco ADR1a se dobra co-translacionalmente conforme a corda que o conecta ao ribossomo cresce em comprimento de ∼20 a to30 resíduos. ADR1a enterrado profundamente no vestíbulo do túnel de saída, fornece uma demonstração clara de que pequenas proteínas ou domínios de proteína podem dobrar dentro do ribossomo, conforme previsto por estudos computacionais. Embora o dedo de zinco seja um dos menores domínios de proteína de dobramento independente, foi estimado que ∼9% de todos os domínios estruturais encontrados no PDB têm menos de 40 resíduos de comprimento e ∼18% têm menos de 60 resíduos de comprimento. O dobramento de domínios de proteínas total ou parcialmente dentro do túnel de saída pode, portanto, não ser muito incomum, apesar de sua geometria relativamente restrita. Mas ainda MAIS NOTÁVEL: Na parte superior do túnel, os resultados sugerem que A2062 e A2451 podem se comunicar em ambas as direções para travamento da tradução, principalmente por meio de C2063, C2064 e A2450 acoplados dinamicamente.
Meu comentário: Isso é realmente extraordinário. O grupo funcional A2451, que não é apenas de importância crucial como descrito acima para a catálise da ligação peptidica, mas quando o processo de tradução é paralisado, ele sinaliza para um grupo acoplado dinamicamente no túnel de saída do produto, a cadeia polipeptídica: "temos um problema aqui "!! e o ribossomo entra em ação.
Se tudo isso não é evidência de um processo de bioengenharia e design inteligente, não sei o que é !!
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Em inglês:
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As proteínas, para se tornarem funcionais, devem se dobrar em formas 3D bem específicas, o que acontece logo na saída do ribossomo, onde são sintetizadas. A forma e a conformação específica da proteína depende das interações entre suas cadeias laterais de aminoácidos. Para uma proteína funcionar, ela deve se dobrar em um estado de repouso, que é uma estrutura tridimensional complexa. Se uma proteína falha em se dobrar em sua estrutura funcional, ela não apenas fica sem função, mas pode se tornar tóxica para a célula. Conforme as proteínas se dobram, elas testam uma variedade de conformações antes de atingir sua forma final, que é única e compacta. As proteínas dobradas são estabilizadas por milhares de ligações não covalentes entre os aminoácidos. Uma proteína relativamente pequena de apenas 100 aminoácidos pode assumir cerca de 10 ^ 100 configurações diferentes. Se tentasse essas formas à taxa de 100 bilhões por segundo, demoraria mais do que a idade do universo para encontrar a correta. Apenas como essas moléculas se dobram corretamente em nanossegundos, ninguém sabe.
Se pegarmos uma das menores bactérias que não vive como patógena, mas livre ( pelagibacter ubique), elas têm cerca de 1,3 nucleotídeos, e 1300 proteínas, com uma média de cerca de 400 aminoácidos. Se sua sequência e arranjo de aminoácidos surgissem pre-bioticamente, sem as informações instrucionais de um genoma, seriam necessárias mais tentativas do que o número de átomos no universo, para obter o conjunto certo. Desconsiderando todos os problemas inerentes a este cenário, como a falta de mecanismos para selecionar o conjunto certo de aminoácidos usados na vida, e separar os destros (a vida usa apenas aminoácidos canhotos), o fato de que alguns aminoácidos nunca foram encontrados além de serem sintetizados na célula, este é um grande problema. E também o fato de que as ligações desses polímeros são ligações peptídicas e éster. Em ambos os casos, a reação de polimerização é termodinamicamente ascendente, com a hidrólise sendo favorecida. (hidrólise significa que qualquer reação química na qual uma molécula de água rompe uma ou mais ligações químicas). Como então os polímeros podem ser sintetizados? Para cenários pré-bióticos, não há uma resposta convincente. Na célula, os monômeros foram quimicamente ativados por uma entrada de energia metabólica de forma que a polimerização é espontânea na presença de ribossomos que catalisam a polimerização. Catalisar a formação de ligações no Ribossomo acaba sendo um processo preciso e cuidadosamente projetado, onde os ribonucleotídeos circundantes devem ser colocados com muita precisão, no lugar certo. Como as proteínas se dobram de uma sequência linear de aminoácidos para a forma funcional, onde podem operar como máquinas moleculares?
A ciência desvendou detalhes surpreendentes de quais mecanismos podem estar presentes, respondendo a esta pergunta.
Um dos mecanismos mais importantes que desempenham um papel vital na célula é a formação de ligações peptídicas de aminoácidos durante a síntese de proteínas. Ocorre no denominado centro de peptidil-transferase, que é o centro de reação do Ribossomo. A formação da ligação peptídica não é uma tarefa simples ou trivial. O processo é tão intrigantemente complexo, que um artigo científico de 2015 ainda teve que admitir que: O processo de formação da ligação peptídica é de particular importância, sendo o coração da síntese de proteínas. O mecanismo detalhado de transferência de peptidil, bem como os átomos e grupos funcionais envolvidos nesse processo ainda estão no limbo.
O ribossomo acelera a taxa de reação e catalisa a formação de ligações peptídicas 10 milhões de vezes mais rápido do que em comparação com uma reação não catalisada. A subunidade do ribossomo, onde ocorre a catálise, é chamada de RNA ribossômico 23S. Ele tem um comprimento de 2904 nucleotídeos (em E. coli).
Um arranjo preciso e minuciosamente orquestrado de apenas dois atores principais entre esses 2904 nucleotídeos é absolutamente essencial, a interação da ribose 2'-OH na posição A2451 e a 2 'hidroxila do substrato do sítio P A76. Eles são fundamentais para orientar os substratos no sítio ativo para uma catálise ideal e desempenham um papel fundamental na formação de ligações polipeptídicas.
Lembre-se deste grupo funcional, A2451. Voltarei a ele no final deste artigo.
Meu comentário: Considere isso como um feito extraordinário de engenharia biomolecular. Entre os 2905 nucleotídeos, apenas um é o principal agente interagindo com outro para promover essa reação essencial à vida, e teve que ser posicionado precisamente no lugar certo.
Evidentemente, o posicionamento de todos os substratos, estados de transição e resíduos ribossômicos que contribuem para a redistribuição combinada de cargas deve ser rigidamente controlado para atingir uma transpeptidação eficiente compatível com as taxas observadas in vivo de polimerização de aminoácidos de cerca de 20 aminoácidos por segundo.
Molecular biology of the Cell, Alberts, 6ª ed. pág. 369
Bacterias produzem uma velocidade geral de tradução de 20 aminoácidos incorporados por segundo. Bactérias mutantes com uma alteração específica na pequena subunidade ribossômica têm atrasos mais longos e traduzem o mRNA em proteína com uma precisão consideravelmente maior do que essa; no entanto, a síntese de proteínas é tão lenta nesses mutantes que as bactérias mal conseguem sobreviver.
Pergunta: Como a velocidade certa poderia ser obtida com tentativa e erro, se mutantes lentos não sobrevivem? A velocidade não devia estar certa desde o início?
Este 2'-OH fornece potência catalítica quase total. Esses dados destacam o papel funcional único do A2451 2'-OH para a síntese de ligações peptídicas entre todos os outros grupos funcionais no sítio ativo da peptidil transferase ribossomal. A chave nesta reação é a presença de um grupo de transporte de prótons. A redução observada de 100 vezes na taxa de reação por mutação do grupo P-local A76 20-OH é uma indicação da atividade desse grupo durante a reação de transferência de peptidil.
Notavelmente, como veremos a seguir, o enovelamento da proteína não depende apenas da sequência de aminoácidos ou das forças estabilizadoras.
Um artigo científico revisado por pares comenta:
O dobramento de proteínas em células vivas requer um mecanismo de ação por meio da manipulação direta da estrutura do peptídeo durante a formação da ligação polipeptídica. Considerando o movimento de rotação da extremidade 3 'do tRNA no centro da peptidiltransferase do ribossomo, é possível que esse movimento possa introduzir rotação para o peptídeo nascente e influenciar a via de dobramento do peptídeo. O terminal 3 'do tRNA no local A do centro da peptidil transferase do ribossomo gira em quase 180 graus em cada ciclo de alongamento de tradução. Apenas uma oscilação de 45 graus é necessária para atingir a estereoquímica adequada da formação da ligação peptídica; a função da porção restante da curva é considerada necessária para facilitar a dobragem co-translacional
Os resultados experimentais estão de acordo com o nosso mecanismo hipotético através do qual o ribossomo altera diretamente as conformações das proteínas, aplicando força mecânica ao esqueleto do peptídeo. In vivo, a estrutura do peptídeo pode ser manipulada em conformações que não podem ser alcançadas sem ajuda porque são termodinamicamente instáveis ou cineticamente inacessíveis. Os resultados de nossas simulações demonstram a viabilidade de um mecanismo de dobramento de proteínas durante a formação de ligações peptídicas.
Meu comentário: Isso demonstra que o enovelamento de proteínas (que é essencial para obter proteínas funcionais) é um processo complexo e finamente orquestrado que depende não apenas da sequência de aminoácidos correta e da diminuição da energia livre de Gibbs, mas também de um ativo dependente de energia processo. O mecanismo de ação do ribossomo (máquina de dobrar proteínas). Isso significa que, sem a ação conjunta do ribossomo, o proteoma mínimo original nunca teria se formado pre-bioticamente na ausência do ribossomo, diretamente envolvido no processo de dobramento. A capacidade de qualquer proteína atual de se dobrar isoladamente e sem assistência não compartilhada pela maioria das proteínas. Assim, a noção de um mecanismo ativo de dobramento de proteína dependente de energia in vivo reforça a compreensão de um processo de bioengenharia inteligente do que o processo evolutivo geralmente aceito, e que a capacidade das proteínas de atingir suas conformações nativas deve ter evoluído por seleção natural de sequências que dobra rápida e corretamente (“a evolução resolveu o problema de dobramento de proteínas”) torna-se cada vez mais remotamente possível.
E mais mecanismos estão em jogo ajudando a dobrar proteínas dentro do ribossomo:
Alguns resultados publicados recentemente incluem estudos sobre o papel do túnel de saída no dobramento de correntes nascentes. Para pequenos domínios de proteína, o próprio ribossomo pode fornecer o tipo de ambiente de dobramento protegido que as chaperonas fornecem para proteínas maiores. Que o pequeno domínio de dedo de zinco ADR1a se dobra co-translacionalmente conforme a corda que o conecta ao ribossomo cresce em comprimento de ∼20 a to30 resíduos. ADR1a enterrado profundamente no vestíbulo do túnel de saída, fornece uma demonstração clara de que pequenas proteínas ou domínios de proteína podem dobrar dentro do ribossomo, conforme previsto por estudos computacionais. Embora o dedo de zinco seja um dos menores domínios de proteína de dobramento independente, foi estimado que ∼9% de todos os domínios estruturais encontrados no PDB têm menos de 40 resíduos de comprimento e ∼18% têm menos de 60 resíduos de comprimento. O dobramento de domínios de proteínas total ou parcialmente dentro do túnel de saída pode, portanto, não ser muito incomum, apesar de sua geometria relativamente restrita. Mas ainda MAIS NOTÁVEL: Na parte superior do túnel, os resultados sugerem que A2062 e A2451 podem se comunicar em ambas as direções para travamento da tradução, principalmente por meio de C2063, C2064 e A2450 acoplados dinamicamente.
Meu comentário: Isso é realmente extraordinário. O grupo funcional A2451, que não é apenas de importância crucial como descrito acima para a catálise da ligação peptidica, mas quando o processo de tradução é paralisado, ele sinaliza para um grupo acoplado dinamicamente no túnel de saída do produto, a cadeia polipeptídica: "temos um problema aqui "!! e o ribossomo entra em ação.
Se tudo isso não é evidência de um processo de bioengenharia e design inteligente, não sei o que é !!
