Questão 40 Unicamp 2023 - 1ª fase
A proteína verde fluorescente, do inglês green fluorescence protein (GFP) – observada pela primeira vez na água-viva (Aequorea victoria) –, tornou-se uma das ferramentas mais importantes usadas na biociência contemporânea. Evolutivamente, a distribuição filogenética dos genes homólogos de GFP foi encontrada apenas nos filos Cnidaria, Arthropoda e Chordata.
(Adaptado de MACEL, Marie-Lyne et al. Zoological Letters, Londres. v. 6, p.2-11, 2020.)
Com o uso de biotecnologia, pesquisadores podem ligar a GFP a outras proteínas de interesse, antes invisíveis. Assim, esse marcador brilhante permite a observação dos movimentos, das posições e das interações das proteínas marcadas. A figura a seguir apresenta a variação da localização celular da proteína MRTFA-GFP em função do tempo. Após um estímulo em t = 0 min, a localização da proteína MRTFA-GFP se modifica devido ao seu correto enovelamento (quando a estrutura de uma proteína assume a sua configuração funcional).
(Adaptado de INFANTE, Elvira et al. Nature Physics, Londres, v. 15, p. 973-981, set. 2019.)
Sobre a localização celular da proteína MRTFA-GFP entre o tempo inicial (t = 0 min) e o final (t = 20 min), assinale a alternativa correta.
| a) |
A transcrição ocorre inicialmente no citoplasma celular; posteriormente, o enovelamento da proteína MRTFA-GFP mostra-se completo no núcleo celular, exceto nas regiões dos nucléolos. |
| b) |
A tradução ocorre inicialmente no núcleo celular, exceto nas regiões dos nucléolos; posteriormente, o enovelamento da proteína MRTFA-GFP mostra-se completo no citoplasma celular |
| c) |
A transcrição ocorre inicialmente no núcleo celular; posteriormente, após o enovelamento, a proteína MRTFA-GFP transloca-se gradualmente ao citoplasma celular pelo complexo de poro nuclear. |
| d) |
A tradução ocorre inicialmente no citoplasma celular; posteriormente, após o enovelamento, a proteína MRTFA-GFP transloca-se gradualmente ao núcleo celular pelo complexo de poro nuclear. |
O processo de expressão gênica dos genes codificantes de proteínas, como a MRTFA-GFP, descrita no enunciado, ocorre em duas etapas: transcrição e tradução (figura 1).
Figura 1: transcrição e tradução em uma célula eucariótica. Fonte: Campbell Biology, Twelfth Edition, 2021. Lisa A. Urry, Michael L. Cain, Steven A. Wasserman, Peter V. Minorsky, Rebecca B. Orr, Neil A. Campbell. Pearson Education, Inc.
Na transcrição, que acontece no núcleo da célula, o segmento de DNA correspondente a um gene origina uma molécula de RNAm (RNA mensageiro), que é processada (em eucariontes) e transportada até o citoplasma através do complexo do poro localizado no envoltório nuclear (carioteca). Durante esse processo, vários fatores de transcrição, ligados à região promotora do gene, permitem a associação da RNA polimerase (enzima que catalisa a síntese de RNA a partir de DNA) à molécula de DNA, o que permite a abertura da dupla-fita e à formação de uma dupla-fita híbrida e temporária, que culmina na formação da molécula de RNAm.
Na tradução (síntese proteica), que acontece no citoplasma da célula, o RNAm correspondente ao gene transcrito origina uma molécula de polipeptídio (proteína) a partir da leitura da fita de RNAm por um ou mais ribossomos, organelas presentes no citosol ou que podem se encontrar associadas à membrana do retículo endoplasmático rugoso (granular). Durante esse processo, o RNAm se associa a um ribossomo a partir de sua extremidade 5’, o qual se desloca em direção à extremidade 3’ até encontrar o primeiro códon (trinca de bases) AUG, conhecido como códon START ou códon de início da tradução. A partir desse ponto, moléculas de RNAt (RNA transportador) se ligam a aminoácidos livres no citosol e os carregam até o ribossomo, onde eles se associam a sítios específicos. Nesses sítios, ocorre a formação de pontes de hidrogênio entre o códon do RNAm e o anticódon (trinca de bases) do RNAt, seguindo o princípio da complementaridade de bases (adenina pareia com uracila e citosina pareia com guanina). Os aminoácidos ligados a RNA transportadores localizados em sítios vizinhos no ribossomo se associam por meio da formação de uma ligação peptídica, catalisada pelo RNA ribossômico que constitui parte da estrutura do próprio ribossomo. O processo se repete ao longo da leitura do RNAm pelo ribossomo até que este atinja o primeiro códon UAA, UAG ou UGA, conhecidos como códons STOP, ou códons de parada da tradução. Nesse momento, o ribossomo se desacopla do RNAm e da proteína recém-formada.
Após a síntese proteica, o polipeptídio formado apresenta-se em sua estrutura primária (sequência de aminoácidos). Agora, ele deve adquirir sua forma tridimensional característica, uma vez que a função de uma proteína depende da sua forma, ou seja, da sua configuração funcional. Esse processo de enovelamento da cadeia polipeptídica envolve a formação de pontes de hidrogênio entre os grupos amina e carboxila, resultando na geração da estrutura secundária, e a formação de muitas ligações químicas entre as cadeias laterais (radicais) dos aminoácidos, resultando na geração da estrutura terciária da proteína, que é a sua forma final. Algumas proteínas também podem ser constituídas por mais de uma cadeia polipeptídica, o que resulta em uma estrutura chamada de quaternária.
Uma vez terminado o enovelamento e a aquisição da forma tridimensional pela proteína, ela pode ser destinada ao seu local de atuação, que pode ser o próprio citosol, a membrana plasmática, o meio extracelular, ou alguma organela específica, como a mitocôndria, o peroxissomo ou mesmo o núcleo celular. As proteínas destinadas ao núcleo da célula devem atravessar o envoltório nuclear através de poros localizados na dupla membrana que forma a carioteca (figura 2). Esses poros são constituídos por proteínas que formam o complexo de poro nuclear, estrutura que determina quais substâncias serão transportadas entre o núcleo e o citoplasma.
Figura 2: estrutura do núcleo celular, contendo a carioteca e os poros nucleares.
a) Incorreta. A transcrição ocorre sempre no núcleo da célula. As únicas exceções são as mitocôndrias e os cloroplastos, que possuem DNA próprio.
b) Incorreta. A tradução ocorre sempre no citoplasma, onde se localizam os ribossomos, organelas responsáveis pela síntese proteica.
c) Incorreta. Após a transcrição, o RNAm é transportado ao citoplasma através do complexo de poro nuclear, onde ele será traduzido por ribossomos e a proteína poderá então ser formada.
d) Correta. A transcrição ocorre no núcleo e resulta na formação do RNAm, que atravessa o poro nuclear em direção ao citoplasma. Nesse compartimento, o RNAm é traduzido por ribossomos (síntese proteica), resultando na formação de uma cadeia polipeptídica, que então adquire sua forma tridimensional característica (enovelamento). De acordo com a figura, quanto mais escura a região da imagem, maior será a concentração da MRTFA-GFP nesse ponto. Como aos 20 min a região mais escura corresponde ao interior do núcleo, podemos concluir que ao longo do tempo registrado a proteína é gradualmente transportada através do complexo de poro nuclear, do citoplasma para o núcleo, onde irá desempenhar sua função.