Os sistemas de controle de qualidade dos ribossomos: obra-prima do design
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No livro: Life, what a Concept, publicado em 2008, Craig Venter entrevista George Church, conhecido professor de genética em Harvard. Church disse: O ribossomo, tanto olhando para o passado quanto para o futuro, é uma estrutura muito significativa – é a coisa mais complicada que está presente em todos os organismos. Craig (Venter) faz genômica comparativa e você descobre que quase a única coisa comum a todos os organismos é o ribossomo. E é reconhecível; é altamente conservado. Então a questão é: como essa coisa surgiu? E se eu fosse um defensor do design inteligente, é nisso que me concentraria; como surgiu o ribossomo?
E.V. Koonin, a lógica do acaso: Falando em ribossomos, eles são tão bem estruturados que, quando divididos em suas partes componentes por catalisadores químicos (em longos fragmentos moleculares e mais de cinquenta proteínas diferentes), eles se transformam em um ribossomo funcional assim que o as forças químicas divisórias foram removidas, independentemente de quaisquer enzimas ou maquinaria de montagem – e continuaram a funcionar. Projete algumas máquinas que se comportem assim e eu pessoalmente construirei um templo em seu nome!
Há alguns anos, quando eu estava investigando e aprendendo sobre ribossomos, descobri 13 mecanismos distintos de verificação e reparo de erros em operação no ribossomo durante a síntese de proteínas. Fiquei impressionado. Pense no esforço para implementar todos esses mecanismos para verificar erros e reparar tantos processos diferentes em uma proteína. Muito incrível se você me perguntar. De muitas maneiras, a progressão da biologia molecular reflete a jornada da astronomia. À medida que a ciência avança e as nossas ferramentas se tornam mais avançadas, expandimos os limites tanto do vasto universo como do minúsculo reino quântico, desenterrando mistérios que permaneceram ocultos durante séculos. E à medida que removemos essas camadas, muitas vezes nos deparamos com uma complexidade ainda maior que está por baixo. Considere a autorreplicação, uma verdadeira obra-prima da engenharia. Sua operação autônoma exige um nível de complexidade que está além da compreensão humana. Os riscos são elevados, pois se a replicação não for quase perfeita, a cascata de erros seria catastrófica. Mas a célula está equipada com um formidável arsenal de mecanismos para prevenção de erros, garantia de qualidade e até mesmo reparo e reciclagem. Nas células procarióticas, nada menos que 10 sistemas e mecanismos distintos orquestram as operações de monitoramento e reparo de vários sistemas intracelulares, enquanto nas células eucarióticas esse número salta para 28. E isso nem sequer toca no reparo do DNA, que envolve 9 sistemas adicionais. em procariontes e impressionantes 18 em células eucarióticas. No entanto, entre todos estes, o que é verdadeiramente surpreendente é a sofisticação dos sistemas empregados no ribossomo. A formação, maturação e montagem do ribossomo foram um testemunho monumental de sua implementação sofisticada. Isso começa com a elaboração dos componentes principais. Esses componentes passam então por uma série de modificações antes de serem montados em subunidades distintas. O grande final? Essas subunidades convergem, criando uma potência totalmente operacional, essencial para a síntese protéica. Mas a maravilha não termina aí. Imagine isto: quase 100 proteínas especializadas, cada uma com uma função única, empregadas em dezenas de mecanismos distintos, garantem coletivamente que cada etapa desse processo seja perfeita. Suas responsabilidades abrangem desde o Controle de Qualidade e Identificação de Erros até a Retificação e até Resposta ao Estresse. O domínio da síntese proteica, a própria função do ribossomo, não é menos inspirador, incorporando a fascinante precisão que governa a vida no seu nível mais fundamental. A jornada do mRNA à proteína é um processo orquestrado com muita precisão. Começa com a Iniciação, transita para o Alongamento, continua até a Terminação e termina com modificações pós-traducionais da proteína. À medida que as proteínas emergem deste processo, elas são ainda mais refinadas, adquirindo os retoques finais que as equipam para desempenhar as funções designadas. Eles recebem um código postal e outras proteínas especializadas os transportam como táxis moleculares até seu destino final. Durante todo o processo, um mecanismo invisível, mas onipresente, garante operações quase perfeitas: Controle de Qualidade. Este guardião inicia sua vigilância durante a fase de Pré-tradução, detecta atentamente quaisquer erros durante a Tradução, retifica quaisquer erros que surjam e supervisiona o descarte e a reciclagem de quaisquer componentes que falhem. A taxa de erro durante a tradução pelo ribossomo é extraordinariamente baixa. O ribossomo garante um alto nível de precisão durante a tradução do mRNA em uma proteína. Vários fatores contribuem para essa precisão, incluindo mecanismos de revisão e modificações pós-tradução. A taxa de erro durante a tradução pelo ribossomo é extraordinariamente baixa. O ribossomo garante um alto nível de precisão durante a tradução do mRNA em uma proteína. Vários fatores contribuem para essa precisão, incluindo mecanismos de revisão e modificações pós-tradução. A taxa média de erro durante a tradução pelo ribossomo é normalmente estimada em cerca de 1 erro para cada 10.000 a 100.000 códons traduzidos. Isto significa que para cada 10.000 a 100.000 aminoácidos incorporados numa cadeia polipeptídica em crescimento, apenas um está incorreto, em média. Esta é uma taxa de erro de 0,01% a 0,001%. O ribossomo também é uma maravilha quando se trata de velocidade. Ele pode adicionar cerca de 15 a 20 aminoácidos a uma cadeia polipeptídica crescente a cada segundo. Se uma fábrica de impressão de livros funcionasse na velocidade de um ribossomo bacteriano, imprimiria cerca de 15 a 20 letras por segundo. Isso significa que a fábrica completaria uma página inteira de texto (o equivalente a uma proteína) em apenas 15 a 20 segundos. Isso equivale a imprimir um romance inteiro em questão de horas! Quando a formação da proteína estiver completa, o Controle de Qualidade Pós-tradução confere o selo final de aprovação. Conduzindo esta supervisão rigorosa estão surpreendentes 74 proteínas dedicadas, exclusivamente encarregadas de salvaguardar a integridade deste processo celular vital. Além disso, pelo menos 26 outras proteínas desempenham papéis duplos, participando tanto na formação do ribossomo quanto na síntese protéica. Apoiando estes processos estão inúmeras redes de sinalização, funcionando como vias de comunicação, garantindo que todos os componentes colaborem perfeitamente. A harmonia desses processos é fundamental para a sobrevivência e o funcionamento ideal da célula. Estas vias de sinalização não funcionam em silos, mas mantêm um diálogo constante. Por exemplo, se as verificações mediadas por RsgA sinalizarem ribossomos imaturos, há uma resposta imediata: a via de controle de qualidade associada ao ribossomo amplifica seu escrutínio. Da mesma forma, se a via do Controle de Qualidade do Ribossomo detecta um peptídeo aberrante, ele rapidamente o redireciona para degradação, talvez através do sistema tmRNA. E, durante aqueles momentos em que a célula impõe uma resposta rigorosa, o ritmo reduzido de tradução serve como uma bênção, permitindo para verificação de erros mais intensiva. Esta intrincada trama de processos e caminhos, com seus ciclos de feedback e regulações mútuas, incorpora uma classe magistral de precisão e coordenação, garantindo que cada proteína sintetizada seja um modelo de habilidade celular.
A sofisticação e a complexidade das funções ribossômicas e da síntese protéica, conforme descritas, são inspiradoras. Dado este nível de complexidade, uma das questões filosóficas e científicas mais profundas que surgem é sobre as origens de tais sistemas. Podem os processos naturalistas e não direcionados explicar o surgimento destes mecanismos biológicos complexos, especialmente quando consideramos o problema colocado pela dependência da evolução de ribossomos e células totalmente operacionais? A evolução, por sua natureza, é um processo gradual que depende da replicação e da variação ao longo do tempo. Mas a génese de um ribossoma totalmente funcional, com todos os seus mecanismos de verificação de erros e de reparação, parece ser um pré-requisito para as primeiras fases da vida celular. É como precisar do software para operar um computador, mas o software só pode ser instalado quando o computador já estiver operacional. Os intrincados processos celulares dependem de uma imensa quantidade de informações codificadas no DNA. A questão é: como surgiu tal informação específica e funcional? Os processos naturalistas podem explicar mudanças nas informações existentes ou mesmo perda de informações. Contudo, a origem da informação vasta, precisa e funcional necessária para a complexidade da vida ainda é uma questão desafiadora. Os mecanismos descritos não apenas existem, mas são aperfeiçoados em um grau notável. As menores alterações em alguns processos levariam a falhas catastróficas. A precisão exigida sugere um nível de previsão e planejamento que está além do escopo de processos aleatórios e não guiados. Dada a miríade de interações, ciclos de feedback e sequências exatas necessárias, a probabilidade de tal sistema surgir por acaso é nula. Isto representa um desafio significativo para uma explicação puramente naturalista. A origem da primeira maquinaria celular continua a ser um dos mistérios mais profundos, mas para um defensor do design inteligente, é uma evidência poderosa que aponta para uma instanciação projetada da vida.
Número de proteínas empregadas em células procarióticas para síntese de ribossomos e proteínas
Proteínas empregadas na verificação e reparo de erros durante a biogênese do ribossomo procariótico
Proteínas empregadas na verificação e reparo de erros durante a biogênese do ribossomo procariótico: 40 entradas,
sem contar aquelas especificadas como proteínas múltiplas como S1-S21 ou L1-L36.
Adicionando os números especificados (21 de S1-S21 e 36 de L1-L36):
40 + 21 + 36 = 97 proteínas
Proteínas empregadas na garantia de qualidade durante a tradução
Proteínas empregadas na garantia de qualidade durante a tradução: 74 entradas.
Somando as duas listas:
97 + 74 = 171 proteínas
Proteínas que são empregadas tanto no ribossomo quanto na síntese protéica: 26 proteínas.
Portanto, o número total de proteínas únicas de todas as três listas é:
171 + 26 = 197 proteínas.
Caminhos de sinalização procariótica para verificação de erros e controle de qualidade
Verificação de erros:
Caminho de detecção de incompatibilidade
Caminho de verificações mediadas por RsgA
Caminho de rescisão dependente de Rho
Monitoramento de qualidade:
Caminho de segmentação mediado por RNA pequeno
Caminho de vigilância guiada por snoRNA
Caminho de controle de qualidade associado ao ribossomo
Caminho do sistema de tradução
Caminho alternativo para sistemas de resgate de ribossomos
Descarte e degradação:
Caminhos de decaimento envolvendo RNase R, RNase II, PNPase
Via do sistema tmRNA
Resposta ao estresse e controle rigoroso:
Caminho de resposta rigoroso
Um total de 11 vias de sinalização em procariontes relacionadas ao controle de qualidade
Processos e caminhos distintos para verificação de erros, reparo, descarte e reciclagem
Verificação de erros
Detecção de incompatibilidade durante a função do ribossomo
Mecanismos de controle de qualidade na síntese de rRNA, síntese de proteínas ribossômicas e montagem de subunidades 30S e 50S
Verificações mediadas por RsgA durante a montagem de pequenas subunidades
Terminação dependente de Rho durante a regulação da biogênese do ribossomo
Reparar
Mecanismos de controle de qualidade associados ao ribossomo durante a modificação do rRNA e montagem 70S
Proteínas chaperonas auxiliando na síntese de proteínas ribossômicas
Mecanismos de reparo pós-traducional durante a função do ribossomo
Descartar
sistema tmRNA durante a regulação da biogênese do ribossomo
Fatores de desmontagem durante a montagem das subunidades 30S e 50S
Fator de Reciclagem de Ribossomo (RRF) e EF-G dissociando ribossomo 70S após tradução
reciclando
Vias de degradação mediadas por RNase durante a síntese de rRNA, modificação de rRNA, montagem 30S e 50S
Fator de Reciclagem de Ribossomo (RRF) e EF-G reciclando ribossomo 70S após tradução
Recarga de tRNA e degradação ou reutilização de mRNA após função do ribossomo
Sistema de tradução e sistemas alternativos de resgate de ribossomos durante o controle de qualidade
RNase III, RNase E e PNPase na regulação da biogênese do ribossomo
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No livro: Life, what a Concept, publicado em 2008, Craig Venter entrevista George Church, conhecido professor de genética em Harvard. Church disse: O ribossomo, tanto olhando para o passado quanto para o futuro, é uma estrutura muito significativa – é a coisa mais complicada que está presente em todos os organismos. Craig (Venter) faz genômica comparativa e você descobre que quase a única coisa comum a todos os organismos é o ribossomo. E é reconhecível; é altamente conservado. Então a questão é: como essa coisa surgiu? E se eu fosse um defensor do design inteligente, é nisso que me concentraria; como surgiu o ribossomo?
E.V. Koonin, a lógica do acaso: Falando em ribossomos, eles são tão bem estruturados que, quando divididos em suas partes componentes por catalisadores químicos (em longos fragmentos moleculares e mais de cinquenta proteínas diferentes), eles se transformam em um ribossomo funcional assim que o as forças químicas divisórias foram removidas, independentemente de quaisquer enzimas ou maquinaria de montagem – e continuaram a funcionar. Projete algumas máquinas que se comportem assim e eu pessoalmente construirei um templo em seu nome!
Há alguns anos, quando eu estava investigando e aprendendo sobre ribossomos, descobri 13 mecanismos distintos de verificação e reparo de erros em operação no ribossomo durante a síntese de proteínas. Fiquei impressionado. Pense no esforço para implementar todos esses mecanismos para verificar erros e reparar tantos processos diferentes em uma proteína. Muito incrível se você me perguntar. De muitas maneiras, a progressão da biologia molecular reflete a jornada da astronomia. À medida que a ciência avança e as nossas ferramentas se tornam mais avançadas, expandimos os limites tanto do vasto universo como do minúsculo reino quântico, desenterrando mistérios que permaneceram ocultos durante séculos. E à medida que removemos essas camadas, muitas vezes nos deparamos com uma complexidade ainda maior que está por baixo. Considere a autorreplicação, uma verdadeira obra-prima da engenharia. Sua operação autônoma exige um nível de complexidade que está além da compreensão humana. Os riscos são elevados, pois se a replicação não for quase perfeita, a cascata de erros seria catastrófica. Mas a célula está equipada com um formidável arsenal de mecanismos para prevenção de erros, garantia de qualidade e até mesmo reparo e reciclagem. Nas células procarióticas, nada menos que 10 sistemas e mecanismos distintos orquestram as operações de monitoramento e reparo de vários sistemas intracelulares, enquanto nas células eucarióticas esse número salta para 28. E isso nem sequer toca no reparo do DNA, que envolve 9 sistemas adicionais. em procariontes e impressionantes 18 em células eucarióticas. No entanto, entre todos estes, o que é verdadeiramente surpreendente é a sofisticação dos sistemas empregados no ribossomo. A formação, maturação e montagem do ribossomo foram um testemunho monumental de sua implementação sofisticada. Isso começa com a elaboração dos componentes principais. Esses componentes passam então por uma série de modificações antes de serem montados em subunidades distintas. O grande final? Essas subunidades convergem, criando uma potência totalmente operacional, essencial para a síntese protéica. Mas a maravilha não termina aí. Imagine isto: quase 100 proteínas especializadas, cada uma com uma função única, empregadas em dezenas de mecanismos distintos, garantem coletivamente que cada etapa desse processo seja perfeita. Suas responsabilidades abrangem desde o Controle de Qualidade e Identificação de Erros até a Retificação e até Resposta ao Estresse. O domínio da síntese proteica, a própria função do ribossomo, não é menos inspirador, incorporando a fascinante precisão que governa a vida no seu nível mais fundamental. A jornada do mRNA à proteína é um processo orquestrado com muita precisão. Começa com a Iniciação, transita para o Alongamento, continua até a Terminação e termina com modificações pós-traducionais da proteína. À medida que as proteínas emergem deste processo, elas são ainda mais refinadas, adquirindo os retoques finais que as equipam para desempenhar as funções designadas. Eles recebem um código postal e outras proteínas especializadas os transportam como táxis moleculares até seu destino final. Durante todo o processo, um mecanismo invisível, mas onipresente, garante operações quase perfeitas: Controle de Qualidade. Este guardião inicia sua vigilância durante a fase de Pré-tradução, detecta atentamente quaisquer erros durante a Tradução, retifica quaisquer erros que surjam e supervisiona o descarte e a reciclagem de quaisquer componentes que falhem. A taxa de erro durante a tradução pelo ribossomo é extraordinariamente baixa. O ribossomo garante um alto nível de precisão durante a tradução do mRNA em uma proteína. Vários fatores contribuem para essa precisão, incluindo mecanismos de revisão e modificações pós-tradução. A taxa de erro durante a tradução pelo ribossomo é extraordinariamente baixa. O ribossomo garante um alto nível de precisão durante a tradução do mRNA em uma proteína. Vários fatores contribuem para essa precisão, incluindo mecanismos de revisão e modificações pós-tradução. A taxa média de erro durante a tradução pelo ribossomo é normalmente estimada em cerca de 1 erro para cada 10.000 a 100.000 códons traduzidos. Isto significa que para cada 10.000 a 100.000 aminoácidos incorporados numa cadeia polipeptídica em crescimento, apenas um está incorreto, em média. Esta é uma taxa de erro de 0,01% a 0,001%. O ribossomo também é uma maravilha quando se trata de velocidade. Ele pode adicionar cerca de 15 a 20 aminoácidos a uma cadeia polipeptídica crescente a cada segundo. Se uma fábrica de impressão de livros funcionasse na velocidade de um ribossomo bacteriano, imprimiria cerca de 15 a 20 letras por segundo. Isso significa que a fábrica completaria uma página inteira de texto (o equivalente a uma proteína) em apenas 15 a 20 segundos. Isso equivale a imprimir um romance inteiro em questão de horas! Quando a formação da proteína estiver completa, o Controle de Qualidade Pós-tradução confere o selo final de aprovação. Conduzindo esta supervisão rigorosa estão surpreendentes 74 proteínas dedicadas, exclusivamente encarregadas de salvaguardar a integridade deste processo celular vital. Além disso, pelo menos 26 outras proteínas desempenham papéis duplos, participando tanto na formação do ribossomo quanto na síntese protéica. Apoiando estes processos estão inúmeras redes de sinalização, funcionando como vias de comunicação, garantindo que todos os componentes colaborem perfeitamente. A harmonia desses processos é fundamental para a sobrevivência e o funcionamento ideal da célula. Estas vias de sinalização não funcionam em silos, mas mantêm um diálogo constante. Por exemplo, se as verificações mediadas por RsgA sinalizarem ribossomos imaturos, há uma resposta imediata: a via de controle de qualidade associada ao ribossomo amplifica seu escrutínio. Da mesma forma, se a via do Controle de Qualidade do Ribossomo detecta um peptídeo aberrante, ele rapidamente o redireciona para degradação, talvez através do sistema tmRNA. E, durante aqueles momentos em que a célula impõe uma resposta rigorosa, o ritmo reduzido de tradução serve como uma bênção, permitindo para verificação de erros mais intensiva. Esta intrincada trama de processos e caminhos, com seus ciclos de feedback e regulações mútuas, incorpora uma classe magistral de precisão e coordenação, garantindo que cada proteína sintetizada seja um modelo de habilidade celular.
A sofisticação e a complexidade das funções ribossômicas e da síntese protéica, conforme descritas, são inspiradoras. Dado este nível de complexidade, uma das questões filosóficas e científicas mais profundas que surgem é sobre as origens de tais sistemas. Podem os processos naturalistas e não direcionados explicar o surgimento destes mecanismos biológicos complexos, especialmente quando consideramos o problema colocado pela dependência da evolução de ribossomos e células totalmente operacionais? A evolução, por sua natureza, é um processo gradual que depende da replicação e da variação ao longo do tempo. Mas a génese de um ribossoma totalmente funcional, com todos os seus mecanismos de verificação de erros e de reparação, parece ser um pré-requisito para as primeiras fases da vida celular. É como precisar do software para operar um computador, mas o software só pode ser instalado quando o computador já estiver operacional. Os intrincados processos celulares dependem de uma imensa quantidade de informações codificadas no DNA. A questão é: como surgiu tal informação específica e funcional? Os processos naturalistas podem explicar mudanças nas informações existentes ou mesmo perda de informações. Contudo, a origem da informação vasta, precisa e funcional necessária para a complexidade da vida ainda é uma questão desafiadora. Os mecanismos descritos não apenas existem, mas são aperfeiçoados em um grau notável. As menores alterações em alguns processos levariam a falhas catastróficas. A precisão exigida sugere um nível de previsão e planejamento que está além do escopo de processos aleatórios e não guiados. Dada a miríade de interações, ciclos de feedback e sequências exatas necessárias, a probabilidade de tal sistema surgir por acaso é nula. Isto representa um desafio significativo para uma explicação puramente naturalista. A origem da primeira maquinaria celular continua a ser um dos mistérios mais profundos, mas para um defensor do design inteligente, é uma evidência poderosa que aponta para uma instanciação projetada da vida.
Número de proteínas empregadas em células procarióticas para síntese de ribossomos e proteínas
Proteínas empregadas na verificação e reparo de erros durante a biogênese do ribossomo procariótico
Proteínas empregadas na verificação e reparo de erros durante a biogênese do ribossomo procariótico: 40 entradas,
sem contar aquelas especificadas como proteínas múltiplas como S1-S21 ou L1-L36.
Adicionando os números especificados (21 de S1-S21 e 36 de L1-L36):
40 + 21 + 36 = 97 proteínas
Proteínas empregadas na garantia de qualidade durante a tradução
Proteínas empregadas na garantia de qualidade durante a tradução: 74 entradas.
Somando as duas listas:
97 + 74 = 171 proteínas
Proteínas que são empregadas tanto no ribossomo quanto na síntese protéica: 26 proteínas.
Portanto, o número total de proteínas únicas de todas as três listas é:
171 + 26 = 197 proteínas.
Caminhos de sinalização procariótica para verificação de erros e controle de qualidade
Verificação de erros:
Caminho de detecção de incompatibilidade
Caminho de verificações mediadas por RsgA
Caminho de rescisão dependente de Rho
Monitoramento de qualidade:
Caminho de segmentação mediado por RNA pequeno
Caminho de vigilância guiada por snoRNA
Caminho de controle de qualidade associado ao ribossomo
Caminho do sistema de tradução
Caminho alternativo para sistemas de resgate de ribossomos
Descarte e degradação:
Caminhos de decaimento envolvendo RNase R, RNase II, PNPase
Via do sistema tmRNA
Resposta ao estresse e controle rigoroso:
Caminho de resposta rigoroso
Um total de 11 vias de sinalização em procariontes relacionadas ao controle de qualidade
Processos e caminhos distintos para verificação de erros, reparo, descarte e reciclagem
Verificação de erros
Detecção de incompatibilidade durante a função do ribossomo
Mecanismos de controle de qualidade na síntese de rRNA, síntese de proteínas ribossômicas e montagem de subunidades 30S e 50S
Verificações mediadas por RsgA durante a montagem de pequenas subunidades
Terminação dependente de Rho durante a regulação da biogênese do ribossomo
Reparar
Mecanismos de controle de qualidade associados ao ribossomo durante a modificação do rRNA e montagem 70S
Proteínas chaperonas auxiliando na síntese de proteínas ribossômicas
Mecanismos de reparo pós-traducional durante a função do ribossomo
Descartar
sistema tmRNA durante a regulação da biogênese do ribossomo
Fatores de desmontagem durante a montagem das subunidades 30S e 50S
Fator de Reciclagem de Ribossomo (RRF) e EF-G dissociando ribossomo 70S após tradução
reciclando
Vias de degradação mediadas por RNase durante a síntese de rRNA, modificação de rRNA, montagem 30S e 50S
Fator de Reciclagem de Ribossomo (RRF) e EF-G reciclando ribossomo 70S após tradução
Recarga de tRNA e degradação ou reutilização de mRNA após função do ribossomo
Sistema de tradução e sistemas alternativos de resgate de ribossomos durante o controle de qualidade
RNase III, RNase E e PNPase na regulação da biogênese do ribossomo
