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title: "Expressão gênica: transcrição e tradução"
book: "Biologia universitária — 1.º ano"
subject: biology
language: pt
chapter: 19
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/19-expressao-genica-transcricao-e-traducao
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# Capítulo 19 — Expressão gênica: transcrição e tradução

Um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) de trinta mil [pares de bases](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#thm-b1-nucleic-acids-helix) é lido em um quarto de hora numa cópia de trabalho, reduzido a duas mil letras, enviado para fora do núcleo, e traduzido por vinte e cinco [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) ao mesmo tempo numa [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de quinhentos [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) — um a cada quatro segundos, enquanto a cópia durar. A [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) gasta mais energia nisso do que em qualquer outra coisa que faça. Este capítulo acompanha a informação do [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) à [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide): a cópia de um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) em [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain), a edição desse [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) nos eucariotos, o código que mapeia trincas de bases em [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid), o [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) que o lê, e o que acontece com uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) depois de pronta.

## 19.1 Do gene à proteína

**Proposição 19.1 (O fluxo da informação).**

A informação genética flui do [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) ao [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) e à [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide). A *transcrição* copia uma fita de um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) num [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) de mesma sequência que a outra fita (com U no lugar de T); a *tradução* lê o [RNA mensageiro](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-rnas) de três em três bases e monta os [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) correspondentes num [polipeptídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide). Cada etapa usa o pareamento de bases: [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) com [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) na transcrição, mensageiro com [RNA transportador](#def-b1-gene-expression-trna) na tradução. A sequência de uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) é, assim, uma transcrição da sequência do [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) dela, e a mudança de uma base pode mudar um [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) — o elo entre mutação e fenótipo. A informação não flui de volta da [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) ao ácido nucleico; a única etapa inversa, o [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) copiado em [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) pelos retrovírus, não toca em [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide).

## 19.2 A transcrição

**Definição 19.2 (RNA-polimerase, promotor, transcrição).**

A *RNA-polimerase* sintetiza [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) sobre um molde de [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain), de $5' \to 3'$, a partir dos quatro ribonucleosídeos trifosfatados, sem iniciador. Ela começa num *promotor*, uma sequência logo a montante do [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) que ela reconhece e à qual se liga; nas bactérias uma subunidade chamada $\sigma$ (*sigma*) faz o reconhecimento, em dois trechos conservados dez e trinta e cinco pares antes do início. A [enzima](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) abre cerca de quinze pares da hélice numa *bolha de transcrição*, copia a *fita molde* (lida de $3' \to 5'$) num [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) idêntico em sequência à outra fita, a *codificante*, e avança a cerca de cinquenta [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) por segundo, refechando a hélice atrás de si; o [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) se desprende à medida que é feito. Ela para num *terminador*: nas bactérias, uma sequência autocomplementar cujo [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) se dobra num grampo que solta o transcrito. Muitas polimerases podem se seguir umas às outras ao longo de um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene), de modo que um transcrito pode ser iniciado a cada segundo.

![A transcrição. A polimerase abre uma bolha, pareia ribonucleotídeos à fita molde e os une de 5' 3'; o RNA sai por um canal à medida que a enzima avança.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-gene-expression/fig-48f84f8f45d1.svg)

*A transcrição. A polimerase abre uma bolha, pareia ribonucleotídeos à fita molde e os une de $5' \to 3'$; o [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) sai por um [canal](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/7-membranas-e-transporte-de-membrana#def-b1-membranes-transport-transporters) à medida que a [enzima](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) avança.*

**Proposição 19.3 (Transcrição e processamento do RNA nos eucariotos).**

Os eucariotos têm três polimerases: a I para os grandes [RNAs ribossômicos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-rnas), a II para os [RNAs mensageiros](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-rnas), a III para os [RNAs transportadores](#def-b1-gene-expression-trna) e os pequenos. A polimerase II não reconhece sozinha o [promotor](#def-b1-gene-expression-transcription) dela: um conjunto de *fatores gerais de transcrição* se monta sobre ele (numa sequência TATA cerca de trinta pares a montante em muitos [genes](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene)) e recruta a [enzima](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme), e [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) reguladoras ligadas perto ou longe modulam a velocidade ([Capítulo 20](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/20-controle-da-expressao-genica#ch-b1-expression-control)). O transcrito primário é *processado* no núcleo: um *capuz* de guanina modificada é acrescentado à extremidade $5'$, uma cauda de umas duzentas adeninas (a *poli-A*) à extremidade $3'$, e os [íntrons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) são removidos por *splicing* — um complexo de pequenos [RNAs](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) e [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide), o *spliceossomo*, reconhece o GU do começo de cada [íntron](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) e o AG do fim dele, corta e une os [éxons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene). Só então o mensageiro maduro é exportado para o [citosol](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-organelle). Muitos [genes](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) sofrem splicing de mais de uma maneira (o *splicing alternativo*), de modo que um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) rende várias [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide); os vinte mil [genes](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) humanos produzem talvez cem mil.

**Evidências.** Sharp e Roberts (1977) hibridizaram um [RNA mensageiro](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-rnas) viral com o [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) do [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) dele e observaram os híbridos ao [microscópio eletrônico](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#prop-b1-cell-unit-of-life-microscopes): o [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) pareava com o [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) em vários trechos, e entre eles o [DNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) formava alças não pareadas — os [íntrons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene), presentes no [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) e ausentes da mensagem. [Genes](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) bacterianos, tratados do mesmo modo, não davam alças. O tamanho do transcrito primário de um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene), medido no núcleo, corresponde ao [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene); o tamanho do mensageiro citoplasmático corresponde apenas aos [éxons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene). ∎

![Do gene ao mensageiro num eucarioto: o gene inteiro é transcrito, depois os íntrons são recortados e os éxons unidos, um capuz e uma cauda poli-A são acrescentados, e a mensagem madura sai do núcleo.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-gene-expression/fig-a3be30b90bf5.svg)

*Do [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) ao mensageiro num eucarioto: o [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) inteiro é transcrito, depois os [íntrons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) são recortados e os [éxons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) unidos, um capuz e uma [cauda poli-A](#prop-b1-gene-expression-processing) são acrescentados, e a mensagem madura sai do núcleo.*

## 19.3 O código genético

**Definição 19.4 (O código genético).**

O *código genético* mapeia trincas de bases do mensageiro, os *códons*, em [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid). Dos 64 códons, 61 especificam os vinte [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) e três (UAA, UAG, UGA) são sinais de *parada*; o AUG especifica a metionina e é também o códon de *início*, de modo que todo [polipeptídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) novo começa com metionina. O código é *degenerado* — quase todos os [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) têm vários códons, que diferem sobretudo na terceira posição —, *não sobreposto*, lido sem pontuação num *quadro de leitura* fixado pelo códon de início, e quase *universal*, o mesmo em bactérias, plantas e animais, com pequenas variantes nas [mitocôndrias](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-mitochondrion): um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) humano posto numa bactéria é lido corretamente.

*O [código genético](#def-b1-gene-expression-code). Cada [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) lista os quatro [códons](#def-b1-gene-expression-code) com a primeira e a segunda base dadas e a terceira base U, C, A, G nessa ordem. O AUG é metionina e o sinal de início; UAA, UAG e UGA são paradas. A terceira base muitas vezes não importa: o código é degenerado.*

**Proposição 19.5 (Como o código foi lido).**

O código é um código de trincas não sobrepostas, e o significado de cada [códon](#def-b1-gene-expression-code) pode ser determinado quimicamente.

**Evidências.** Crick e Brenner (1961) fizeram mutações num [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) de fago que acrescentavam ou removiam uma base: uma mudança dessas destruía a função do [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene), e duas também, mas três inserções (ou três deleções) próximas umas das outras a restauravam — a mensagem é lida de três em três, a partir de um ponto de partida fixo, e uma inserção desloca o quadro de tudo o que vem depois. Nirenberg e Matthaei (1961) acrescentaram um [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) sintético só de uracilas a um extrato acelular de *E. coli* com os vinte [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid): ele fabricou uma cadeia só de fenilalanina, de modo que UUU significa Phe; outros mensageiros sintéticos, e depois a ligação de trinucleotídeos isolados a [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) com os [RNAs transportadores](#def-b1-gene-expression-trna) deles, atribuíram todos os sessenta e quatro até 1966. ∎

**Exemplo 19.6 (Ler uma mensagem).**

O mensageiro $5'$-…GCAUGGCUUUCGGAUAA…-$3'$ é lido a partir do AUG: AUG GCU UUC GGA UAA — Met-Ala-Phe-Gly-parada: um peptídeo de quatro resíduos. Apague o primeiro G depois do AUG e o quadro se desloca: AUG CUU UCG GAU AA… — Met-Leu-Ser-Asp…, uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) diferente e de comprimento diferente. Troque UUC por UUU e nada muda: os dois são Phe, uma mutação *silenciosa*.

## 19.4 A tradução

**Definição 19.7 (O RNA transportador e as sintetases dele).**

Um *[RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) transportador* ([Capítulo 11](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#ch-b1-nucleic-acids)) é o adaptador entre o [códon](#def-b1-gene-expression-code) e o [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid): o *anticódon* dele, três bases numa alça, pareia de modo antiparalelo com um [códon](#def-b1-gene-expression-code) da mensagem, e a extremidade $3'$ dele carrega o [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) correspondente. O pareamento na terceira posição do [códon](#def-b1-gene-expression-code) é frouxo (a *oscilação*), de modo que uns quarenta tRNAs bastam para sessenta e um [códons](#def-b1-gene-expression-code). Cada tRNA é carregado pela *aminoacil-tRNA-sintetase* própria dele, uma [enzima](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) que reconhece tanto o [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) quanto o tRNA e os une em duas etapas ao custo de um [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) (partido até AMP: duas ligações ricas em energia), revisando o [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) enquanto o faz. Essas vinte [enzimas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/13-enzimas-e-catalise-bioquimica#def-b1-enzymes-enzyme) são onde o código é de fato implementado: o [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) não confere que [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) um tRNA carrega, apenas que o anticódon dele corresponde.

**Definição 19.8 (O ribossomo).**

O *ribossomo* é uma partícula de duas subunidades, cada uma de [RNA ribossômico](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-rnas) e [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) (nas bactérias: uma subunidade pequena 30S e uma grande 50S, juntas 70S, $2.5\,\mathrm{MDa}$; os ribossomos eucarióticos são maiores, 80S). A subunidade pequena liga o mensageiro e o decodifica; a grande abriga os tRNAs e forma a [ligação peptídica](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) — o catalisador é o próprio [RNA ribossômico](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-rnas). Três sítios de tRNA atravessam as duas subunidades: o A (aminoacil, onde entra o próximo tRNA carregado), o P (peptidil, que segura a cadeia em crescimento) e o E (saída).

![O ribossomo: duas subunidades presas ao mensageiro, dois RNAs transportadores na fenda, e a cadeia em crescimento saindo por um túnel na subunidade grande.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-gene-expression/fig-0fbbf6747c7a.svg)

*O [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome): duas subunidades presas ao mensageiro, dois [RNAs transportadores](#def-b1-gene-expression-trna) na fenda, e a cadeia em crescimento saindo por um túnel na subunidade grande.*

**Proposição 19.9 (O ciclo de alongamento).**

A tradução começa quando a subunidade pequena encontra o [códon](#def-b1-gene-expression-code) de início — nas bactérias pelo pareamento de uma sequência do [RNA ribossômico](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-rnas) com um sítio logo a montante do AUG, e nos eucariotos ligando-se ao capuz e varrendo até o primeiro AUG — e o tRNA iniciador (de metionina) se acomoda no sítio P; a subunidade grande então se junta. Cada rodada de *alongamento* acrescenta um resíduo: um tRNA carregado cujo [anticódon](#def-b1-gene-expression-trna) corresponde ao [códon](#def-b1-gene-expression-code) do sítio A é entregue por um fator de alongamento e conferido (um GTP); o [RNA ribossômico](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-rnas) da subunidade grande transfere a cadeia em crescimento do tRNA do sítio P para o [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) do tRNA do sítio A, formando a [ligação peptídica](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide); o [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) avança um [códon](#def-b1-gene-expression-code) (um segundo GTP), deslocando os tRNAs para P e E, e o vazio sai. Num [códon](#def-b1-gene-expression-code) de parada um *fator de liberação* entra no sítio A e a cadeia é hidrolisada e liberada. Os [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) bacterianos acrescentam de quinze a vinte resíduos por segundo, e os eucarióticos de dois a cinco; vários [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) leem uma mesma mensagem ao mesmo tempo, formando um *polissomo*.

![Uma rodada de alongamento. Um tRNA carregado é admitido no sítio A quando o anticódon dele corresponde; o RNA ribossômico une a cadeia ao aminoácido dele; o ribossomo avança um códon, e o tRNA vazio sai. Dois GTP por resíduo, mais as duas ligações ricas em energia gastas para carregar o tRNA.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-gene-expression/fig-9d970e9c227d.svg)

*Uma rodada de alongamento. Um tRNA carregado é admitido no sítio A quando o [anticódon](#def-b1-gene-expression-trna) dele corresponde; o [RNA ribossômico](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-rnas) une a cadeia ao [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) dele; o [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) avança um [códon](#def-b1-gene-expression-code), e o tRNA vazio sai. Dois GTP por resíduo, mais as duas ligações ricas em energia gastas para carregar o tRNA.*

![Polissomos ao microscópio eletrônico: ribossomos enfileirados ao longo de um mensageiro, cada um fabricando a própria cópia da proteína.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-3/b1-gene-expression/img-88785778b81b.jpg)

*Polissomos ao [microscópio eletrônico](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#prop-b1-cell-unit-of-life-microscopes): [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) enfileirados ao longo de um mensageiro, cada um fabricando a própria cópia da [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide).*

**Método 19.10 (Calcular a síntese de uma proteína).**

1. Comprimento: uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de $n$ resíduos precisa de uma sequência codificante de $3n + 3$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) (incluído o [códon](#def-b1-gene-expression-code) de parada), dentro de um mensageiro mais longo pelas extremidades não traduzidas e, no [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) , pelos [íntrons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) .
2. Tempo: divida $n$ pela velocidade de alongamento ( $15\text{ to }20\,$ por segundo nas bactérias, $2\text{ to }5\,$ nos eucariotos); a mensagem é lida por um [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) a cada $80\text{ to }100\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) , de modo que a produção por mensagem é de uma cadeia a cada (espaçamento / velocidade) segundos.
3. Energia: quatro ligações fosfatadas ricas em energia por resíduo (duas para carregar o tRNA, dois GTP no [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) ), mais a transcrição da mensagem a duas por [nucleotídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) , repartida entre todas as cadeias que essa mensagem rende.
4. Fidelidade: cerca de um [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) errado a cada $10^4$ [códons](#def-b1-gene-expression-code) ; uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de $500\,$ resíduos sai errada em algum ponto numa cópia em vinte — tolerável porque as [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) são substituíveis e os erros não são herdados.

## 19.5 Depois da tradução

**Proposição 19.11 (O que acontece com um polipeptídeo novo).**

A cadeia se dobra à medida que emerge, com a ajuda das [chaperonas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#prop-b1-proteins-denaturation) ([Capítulo 12](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#ch-b1-proteins)). O destino dela está escrito na sequência dela: um *[peptídeo-sinal](#prop-b1-gene-expression-after)* na extremidade N liga uma *partícula de reconhecimento de sinal* que interrompe a tradução, acopla o [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) ao [retículo endoplasmático](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-endomembrane) e enfia a cadeia no lúmen dele ([Capítulo 6](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#ch-b1-eukaryotic-cell)); outras sequências dirigem [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) para as [mitocôndrias](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-mitochondrion), os [cloroplastos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-plastid), o núcleo ou os [peroxissomos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-peroxisome) depois da síntese; uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) sem sinal fica no [citosol](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-organelle). Muitas [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) são *modificadas*: a metionina inicial é removida, açúcares são presos no RE e no [Golgi](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-endomembrane), fosfatos são acrescentados e retirados por quinases e fosfatases, [lipídios](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/9-lipidios#def-b1-lipids-fattyacid) são presos, pedaços são cortados (a insulina é fabricada como uma cadeia só e cortada em duas; os zimogênios são cortados para serem ativados). E toda [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) acaba *degradada*: marcada com a pequena [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) *ubiquitina* e desdobrada e digerida pelo *proteassomo*, depois de uma vida de minutos ([proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) reguladoras) a meses (hemoglobina) — de modo que as [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) presentes são aquelas que a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) está fabricando naquele momento.

**Exemplo 19.12 (Os números de uma célula).**

Uma *E. coli* em crescimento contém uns $20\,000$ [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome), cada um acrescentando vinte resíduos por segundo: $4 \times 10^{5}$ resíduos por segundo, um milhão de [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de $300\,$ resíduos em uma hora — o próprio conteúdo dela, que é o que dobrar a cada hora exige. Metade da energia dela vai para a síntese proteica. Uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) do fígado contém dez milhões de [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) e fabrica [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) para semanas de uso, e não para a divisão; um plasmócito, que secreta anticorpo, dedica quase todos eles a uma única [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) e despeja duas mil moléculas por segundo.

## 19.6 Exercícios

**Exercício 19.1 ★.**

Dê o [RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) transcrito a partir da fita molde $3'$-TACGGATTC-$5'$, e a fita codificante.

**Solução de Exercício 19.1.**

[RNA](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-chain) $5'$-AUGCCUAAG-$3'$; fita codificante $5'$-ATGCCTAAG-$3'$.

**Exercício 19.2 ★.**

Liste as três modificações por que passa um transcrito primário eucariótico antes de deixar o núcleo.

**Solução de Exercício 19.2.**

Um capuz $5'$ (guanina modificada), uma [cauda poli-A](#prop-b1-gene-expression-processing) $3'$, e a remoção dos [íntrons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) por splicing.

**Exercício 19.3 ★.**

Usando a tabela do código, traduza $5'$-AUGCCGAAAGUUUGA-$3'$.

**Solução de Exercício 19.3.**

AUG CCG AAA GUU UGA: Met-Pro-Lys-Val, e então parada.

**Exercício 19.4 ★.**

Cite os três sítios de tRNA do [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) e o que acontece em cada um.

**Solução de Exercício 19.4.**

A: o tRNA carregado que chega é admitido e conferido. P: o tRNA que carrega a cadeia em crescimento; a ligação se forma entre a cadeia dele e o [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) do sítio A. E: o tRNA esvaziado a caminho da saída.

**Exercício 19.5 ★★.**

Um mensageiro de $2400\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) tem $150\,$ de região não traduzida $5'$ e $450\,$ de região não traduzida $3'$ mais poli-A. Quantos resíduos tem a [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide)? Quanto tempo um [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) leva para fabricá-la a quatro resíduos por segundo, e quantos [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) podem ler a mensagem ao mesmo tempo, a um por $90\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide)?

**Solução de Exercício 19.5.**

Codificantes $2400 - 600 = 1800$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide): 599 resíduos (600 [códons](#def-b1-gene-expression-code), um deles de parada). Tempo $599/4 = 150\,\mathrm{s}$. [Ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) $1800/90 = 20$ ao mesmo tempo.

**Exercício 19.6 ★★.**

Explique por que três inserções restauram o [quadro de leitura](#def-b1-gene-expression-code) de um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) enquanto uma ou duas não restauram, e com que se parece a [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) feita a partir da inserção tripla.

**Solução de Exercício 19.6.**

A mensagem é lida de três em três a partir de um início fixo; uma ou duas bases a mais deslocam todos os [códons](#def-b1-gene-expression-code) seguintes e o resto da [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) vira algaravia, em geral terminando numa parada prematura. Três bases a mais acrescentam um [códon](#def-b1-gene-expression-code) e restauram o quadro: a [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) tem um resíduo a mais e alguns errados entre as inserções, e muitas vezes ainda funciona.

**Exercício 19.7 ★★.**

Uma mutação muda o [códon](#def-b1-gene-expression-code) CAG para UAG no meio de um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) de $300\,$ [códons](#def-b1-gene-expression-code); outra muda CAG para CAA; uma terceira o muda para CGG. Dê o efeito de cada uma sobre a [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide).

**Solução de Exercício 19.7.**

CAG (Gln) para UAG (parada): a cadeia termina no resíduo 150, uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) truncada e quase certamente inativa (mutação sem sentido). CAG para CAA: continua Gln, silenciosa. CAG para CGG: Arg no lugar de Gln, uma substituição (mutação de sentido trocado) cujo efeito depende da posição.

**Exercício 19.8 ★★.**

Explique por que a fidelidade da tradução repousa nas [aminoacil-tRNA-sintetases](#def-b1-gene-expression-trna), e não no [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome), e descreva um experimento que mostrou isso (uma cisteína presa ao tRNA dela é convertida quimicamente em alanina; onde a alanina vai parar?).

**Solução de Exercício 19.8.**

O [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) confere apenas o pareamento entre [códon](#def-b1-gene-expression-code) e [anticódon](#def-b1-gene-expression-trna); ele não consegue ver o [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid). Se a cisteína presa ao tRNA dela for convertida quimicamente em alanina, o [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) insere alanina onde quer que a mensagem diga cisteína: o que é lido é o tRNA, e não o [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid). Logo, a sintetase, que emparelha cada [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) com o tRNA certo, é a verdadeira tradutora.

**Exercício 19.9 ★★.**

Calcule o custo em energia, em ligações ricas em energia, de uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) de $400\,$ resíduos, e a fração dele gasta no [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome).

**Solução de Exercício 19.9.**

$400\times 4 = 1600$ ligações; os dois GTP do [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) por resíduo são metade delas, e os dois das sintetases, a outra metade.

**Exercício 19.10 ★★★.**

Nas bactérias os [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) começam a traduzir uma mensagem enquanto ela ainda está sendo transcrita; nos eucariotos eles não conseguem. Explique por quê (duas razões), e o que essa diferença torna possível nos eucariotos.

**Solução de Exercício 19.10.**

Nos eucariotos o transcrito é feito no núcleo e os [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) ficam no [citosol](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/6-organizacao-funcional-da-celula-eucariotica#def-b1-eukaryotic-cell-organelle), separados pelo envoltório; e o transcrito só é um mensageiro depois de ter sofrido splicing e recebido o capuz. A separação é o que torna possível o próprio processamento — o splicing alternativo, o controle da exportação, e uma verificação de que a mensagem está completa antes de ser lida.

**Exercício 19.11 ★★★.**

Um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) de cinco [éxons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) pode sofrer splicing incluindo ou pulando o [éxon](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) 3 ($90\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide)) e o [éxon](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) 4 ($100\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide)). Liste os mensageiros possíveis e diga quais deles conservam o [quadro de leitura](#def-b1-gene-expression-code) do [éxon](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) 5. O que isso mostra sobre o splicing alternativo?

**Solução de Exercício 19.11.**

Quatro mensageiros: com os dois [éxons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) (190 [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) acrescentados), só com o 3 (90), só com o 4 (100), sem nenhum dos dois (0). O quadro se mantém se o comprimento acrescentado for múltiplo de 3: 0 e 90 o mantêm; 100 e 190 o deslocam, de modo que os mensageiros só com o [éxon](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) 4 ou com os dois [éxons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) leem o [éxon](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) 5 fora do quadro e truncam a [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide). O splicing alternativo precisa respeitar o quadro, e é por isso que os [éxons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) muitas vezes são múltiplos de três.

**Exercício 19.12 ★★★.**

“O código é um acidente congelado: arbitrário, mas caro demais para mudar.” Discuta em um parágrafo: o que no código parece arbitrário, o que parece otimizado (a terceira posição, [códons](#def-b1-gene-expression-code) parecidos para [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) parecidos), e por que uma mutação que mude a especificidade de uma sintetase é quase sempre letal.

**Solução de Exercício 19.12.**

Arbitrário: nada na química diz que UUU precise significar Phe; as atribuições são convenções mantidas pelas sintetases. Otimizado: a terceira posição é a mais degenerada, de modo que os erros e as mutações que caem ali são muitas vezes silenciosos, e os [códons](#def-b1-gene-expression-code) que diferem por uma base tendem a codificar [aminoácidos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) parecidos, de modo que uma substituição costuma ser branda — o código minimiza o dano do erro. Congelado: uma sintetase que mudasse a especificidade dela alteraria de uma vez todas as [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) da [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell), aos milhares, no mesmo instante; quase nenhuma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) sobrevive a isso, e por isso o código não pode derivar e está fixado desde o ancestral comum de todos os seres vivos.

## 19.7 Problema: De um gene a uma proteína

**Problema 19.1.**

Problema de fim de semana — um gene de trinta quilobases acompanhado até uma proteína de quinhentos resíduos: transcrição cronometrada, splicing pesado, ribossomos contados, energia e erros calculados, terminando no custo de uma proteína em ATP

Um [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) humano ocupa $30\,\mathrm{kb}$ com oito [éxons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) que somam $2000\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) de mensageiro maduro, dos quais $1503\,$ são codificantes (500 resíduos mais a parada). A polimerase II transcreve a $30\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) por segundo; os [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) alongam a $4\,$ resíduos por segundo e se espaçam a um por $80\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide); a meia-vida do mensageiro é de $2\,\mathrm{h}$. Custos: duas ligações ricas em energia por [nucleotídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) transcrito, quatro por resíduo traduzido; tome uma ligação rica em energia como um [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp). Taxas de erro: $10^{-5}$ por [nucleotídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) transcrito, $10^{-4}$ por [códon](#def-b1-gene-expression-code) traduzido.

**Parte I — Transcrição e splicing.**

1. Quanto tempo uma polimerase leva para transcrever o [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) ?
2. Que fração do transcrito primário é removida pelo splicing?
3. Quantos [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) são transcritos para cada [nucleotídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) de mensageiro maduro?
4. Calcule o [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) gasto para transcrever um transcrito primário.
5. Se uma polimerase partir a cada $10\,\mathrm{s}$ , quantas polimerases estão sobre o [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) ao mesmo tempo, e quantos mensageiros o [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) produz por hora?
6. Calcule o número de [íntrons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) e o comprimento médio deles.
7. O spliceossomo remove cada [íntron](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) em cerca de um minuto, em paralelo. É o splicing ou a transcrição que determina o tempo do [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) ao mensageiro?
8. Calcule o comprimento físico do [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) e o do mensageiro maduro ( $0.34\,\mathrm{nm}$ por [nucleotídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) ).

**Parte II — Tradução.**

9. Quanto tempo um [ribossomo](#def-b1-gene-expression-ribosome) leva para traduzir a [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) ?
10. Quantos [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) leem um mensageiro ao mesmo tempo?
11. Quantas moléculas de [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) um mensageiro rende por hora?
12. Ao longo da meia-vida de $2\,\mathrm{h}$ dele, quantas ele rende no total (uma mensagem de meia-vida $t_{1/2}$ rende, em média, $t_{1/2}/\ln 2$ horas de produção plena)?
13. Calcule o [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) gasto para traduzir uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) .
14. Calcule o [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) gasto na transcrição por [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) , repartindo o custo do transcrito entre as [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) da questão 12.
15. Calcule o custo total de uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) e a fração dele devida à tradução.

**Parte III — Erros.**

16. Calcule a probabilidade de um dado mensageiro carregar pelo menos um erro de transcrição nos $1503\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) codificantes dele.
17. Calcule a probabilidade de uma dada molécula de [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) carregar pelo menos um erro de tradução.
18. Cerca de um quarto das mudanças de [nucleotídeo](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide) é silenciosa e um terço das substituições de [aminoácido](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-aminoacid) é inofensivo. Que fração das moléculas de [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) produzidas é defeituosa?
19. Um mensageiro defeituoso rende [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) defeituosas por duas horas; uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) defeituosa é uma única molécula. Explique por que a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) pode se dar ao luxo de uma taxa de erro de tradução dez vezes a de transcrição, e as duas muito acima da de replicação.

**Parte IV — O orçamento da [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell).** A [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) fabrica $3000$ cópias dessa [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) por hora e, ao todo, $3 \times 10^{9}$ resíduos de [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) por dia.

20. Quantos mensageiros desse [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) precisam estar presentes ao mesmo tempo (cada um rendendo o número da questão 11)?
21. Quantos [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome) ficam ocupados por essa [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) ?
22. Calcule o [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) diário que a [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) gasta em toda a síntese proteica dela (quatro por resíduo) e, a $50\,\mathrm{kJ}/\mathrm{mol}$ , a potência em watts para uma [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de $2000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ .
23. Compare com a potência total da [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) , se ela consumir $1 \times 10^{9}\,$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) por segundo.
24. Um fármaco bloqueia o spliceossomo. Preveja o efeito dele sobre essa [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) e sobre uma [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) bacteriana.
25. Enuncie o resultado: o custo em [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) de uma molécula da [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) , repartido entre tradução e transcrição, e o tempo do início da transcrição até a primeira [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) pronta.

**Solução de Problema 19.1.**

**1.** $30\,000/30 = 1000\,\mathrm{s}$, cerca de $17\,\mathrm{min}$. **2.** $28\,000/30\,000 = 93\,\%$. **3.** $30\,000/2000 = 15$. **4.** $2\times 30\,000 = 60\,000$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp). **5.** $1000/10 = 100$ polimerases sobre o [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene); 360 mensageiros por hora. **6.** Sete [íntrons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene), com média de $28\,000/7 = 4000\,$ [nucleotídeos](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/11-nucleotideos-e-acidos-nucleicos#def-b1-nucleic-acids-nucleotide). **7.** A transcrição ($17\,\mathrm{min}$); os [íntrons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) sofrem splicing à medida que são feitos, e o último acrescenta só um minuto. **8.** [Gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) $30\,000\times 0.34\,\mathrm{nm} = 10\,\text{µ}\mathrm{m}$; mensageiro $0.68\,\text{µ}\mathrm{m}$. **9.** $500/4 = 125\,\mathrm{s}$. **10.** $2000/80 = 25$. **11.** Uma cadeia termina a cada $80/4 = 20\,\mathrm{s}$: 180 por hora. **12.** $2/\ln 2 = 2.9\,\mathrm{h}$ de produção plena: cerca de 520 [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide). **13.** $4\times 500 = 2000$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp). **14.** $60\,000/520 = 115$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) por [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide). **15.** Cerca de 2100 [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp), $95\,\%$ deles na tradução. **16.** $1 - (1 - 10^{-5})^{1503} \approx 1503\times 10^{-5} =
1.5\,\%$. **17.** $1 - (1 - 10^{-4})^{500} \approx 5\,\%$. **18.** Transcrição: $1.5\%\times 0.75\times 0.67 \approx
0.75\%$ dos mensageiros defeituosos, e portanto das [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide); tradução: $5\%\times 0.67 = 3.3\%$; cerca de $4\,\%$ das moléculas. **19.** Um erro de [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) fica confinado a uma molécula, que logo é degradada; um erro de mensageiro é copiado em centenas de [proteínas](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide); um erro de replicação é herdado por todos os descendentes para sempre. O custo de um erro, e portanto a exatidão que vale a pena pagar, sobe a cada passo para trás. **20.** $3000/180 = 17$ mensageiros presentes. **21.** $17\times 25 = 420$ [ribossomos](#def-b1-gene-expression-ribosome). **22.** $3 \times 10^{9}\times 4 = 1.2 \times 10^{10}$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) por dia $= 2 \times 10^{-14}\,\mathrm{mol}$, $1 \times 10^{-9}\,\mathrm{J}$ por dia, ou seja, $1.2 \times 10^{-14}\,\mathrm{W}$ — $6\,\mathrm{fW}$ por micrômetro cúbico. **23.** $10^9$ [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) por segundo são $8.6 \times 10^{13}$ por dia: a síntese proteica é um centésimo disso nessa [célula](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/5-a-celula-unidade-da-vida#def-b1-cell-unit-of-life-cell) de renovação lenta (numa bactéria em divisão ela é a metade). **24.** Nenhum mensageiro maduro: os transcritos primários se acumulam no núcleo e a [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) desaparece à medida que os mensageiros dela se degradam, em poucas horas. A [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) bacteriana, cujo [gene](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene) não tem [íntrons](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/17-genomas-de-celulas-e-de-virus#def-b1-genomes-gene), não é afetada. **25.** Cerca de 2100 [ATP](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/8-a-agua-e-as-pequenas-biomoleculas#def-b1-water-small-molecules-atp) por molécula — 2000 para a tradução, e cem para a parcela dela no transcrito; a primeira [proteína](https://one-course.com/books/biology/3/pt/chapter/12-aminoacidos-e-proteinas#def-b1-proteins-peptide) depois de $1000\,\mathrm{s}$ de transcrição, um minuto de processamento e exportação, e $125\,\mathrm{s}$ de tradução: cerca de vinte minutos.