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Quantas proteínas o ser humano é capaz de produzir?

Atualizado: 16 de jul. de 2021

Venho nessa postagem trazer algumas respostas que temos dentro do conhecimento biológico, sobre o metabolismo de proteínas nos organismos humanos.

Por que precisamos comer proteínas se somos capazes de produzi-las?

Essa é uma dúvida que surge sempre que eu falo que a principal função do DNA é orientar a produção de proteínas. A pessoa, que já ouviu diversas vezes por aí que a gente precisa comer proteínas, fica se perguntando: por que eu preciso comer, se o meu corpo é capaz de produzir? Em primeiro lugar, temos que compreender que os alimentos que nós ingerimos passam por um processo longo e complexo de digestão. Então, os açúcares, proteínas e gorduras poliméricos, complexos, que constituem a biomassa daqueles seres vivos que comemos (como fungos, bactérias, plantas e outros animais) são, na verdade, quebrados por ação enzimática em unidades oligoméricas (ou seja, estruturas menores, menos complexas) que aí sim, são absorvidas. São exemplos a glicose, lactose, aminoácidos, nucleotídeos, dentre muitos outros.

Pra não fugir muito do assunto, o que nós absorvemos das proteínas que comemos são os aminoácidos, seus monômeros. São 20 os tipos de aminoácidos que podem compor proteínas nos seres vivos. Nos humanos, desse total, 9 só podem ser obtidos através da alimentação. Ou seja, apesar de podermos produzir onze dos aminoácidos no nosso corpo a partir de outros precursores, nove devem vir de fontes alimentares. A esses, damos o nome de aminoácidos essenciais. Você tem que comê-los!

Comendo ou produzindo, nós usamos esses aminoácidos livres para algumas funções. Tipo a alanina que pode ser convertido em glicose caso ele esteja escasso. Entretanto, o principal uso dos aminoácidos é na construção de proteínas próprias do nosso organismo, cujas instruções estão no DNA. Mais especificamente, nas regiões que chamamos de genes. O DNA é o livro de instruções sobre como construir as proteínas humanas; os aminoácidos, os ingredientes para construí-las; as proteínas são o produto final. Então, quando você come proteínas pela carne da vaca, está comendo as proteínas que a vaca construiu do jeitinho que ela precisava. O seu organismo desmonta elas todinhas no processo digestório e usa os aminoácidos para construir as nossas, do nosso jeito.



Um gene significa uma proteína?

De um modo geral, poderíamos afirmar que sim. Portanto, se o organismo possui 6 mil genes, tem a capacidade de sintetizar 6 mil proteínas. Então fim do post, obrigada a todos que leram. Só que não. A história complica. Isso é válido para a maioria dos organismos, sim, mas a gente começou a desconfiar que algo diferente acontecia em animais como nós, quando vimos os dados que mostro nas imagens a seguir:

O rato (Mus musculus), por exemplo, tem um genoma praticamente do mesmo tamanho que o nosso, mas 40% de genes a mais do que nós. A Taliana (Arabidopsis thaliana), uma planta que é organismo-modelo para estudos de genética, tem um genoma significativamente menor que o nosso e mais genes que nós. O número de genes humanos é similar ao número de genes de um verme do solo (nematódeo), a planta da mostarda ou uma anêmona-do-mar. Isso não faria sentido sob o ponto de vista da importância das proteínas para o metabolismo de um ser vivo e da correta inferência que quanto mais complexo for o organismo, mais e maiores processos metabólicos ele terá, logo, serão necessárias mais proteínas e enzimas.


Além disso, vimos que o tamanho do genoma não significava mais material codificante. Nessa segunda imagem vemos que o organismo que possui maior proporção de sequências não-codificantes somos nós. Sim, um dos organismos mais complexos da natureza possui mais de 95% do DNA constituído de regiões que não codificam nenhuma proteína, enquanto uma bactéria têm apenas entre 18 e 25% do seu material genético nessa condição. Ou seja, a maioria do nosso DNA é "inútil" para produzir proteínas, sua função primordial, em tese.

Para que essa informação não passe em branco, vou explicar melhor: nosso material genético possui regiões codificantes e regiões não-codificantes. A principal diferença entre os dois é que as regiões codificantes possuem genes, ou seja, sequências de nucleotídeos que de fato são úteis para orientar a produção de proteínas. As regiões não-codificantes podem servir para orientar alguns processos, ou consistir em sequências repetitivas sem função aparente ou claro, a gente pode somente não saber a função, ainda. O fato é que essa região não-codificante compreende a maior parte do nosso DNA: 97%. A imagem abaixo expressa bem isso. A região codificante é somente aquela indicada em azul-escuro (Éxons).

Em outros organismos menos complexos, ou até bem simples como bactérias, a proporção de DNA codificante é bem maior, como já disse anteriormente. Acho que já está clara a aparente contradição aqui, né?



Quantas enzimas somos capazes de produzir e quais mecanismos tornam esse número maior?

Inicialmente a gente tinha razões boas para crer que o número de genes está numa proporção 1:1 com o número de proteínas. Se o indivíduo tem 25 mil genes, como nós, ele produz 25 mil proteínas. Entretanto, estudos bioquímicos e genéticos mais posteriores desvendaram dois processos que conseguem modificar essa proporção. O primeiro, que na verdade é um conjunto vasto de processos, são chamados de modificações pós-traducionais. Existem incontáveis formas disso acontecer, mas todas partem do mesmo princípio. Sabemos que no caminho que está entre um gene existir e uma proteína ser produzida a partir dele, estão dois processos gênicos importantes: transcrição e tradução. Na tradução, uma sequência de RNA mensageiro (mRNA) vai ser 'lida' por um complexo ribossômico e, assim, gerar uma correspondência entre sua sequência, que é lida de três em três nucleotídeos (códons), e um respectivo aminoácido específico. Assim, uma sequência de nucleotídeos corresponde especificamente a uma sequência de aminoácidos e a 'tradução' dessas duas 'linguagens bioquímicas' está feita. Antes, pensávamos que a produção da proteína terminava aí, mas descobrimos que mesmo depois de 'pronta', a proteína pode passar por alguns processos que alteram sua estrutura final, ou seja, por modificações pós-traducionais ('depois da tradução'). Ou seja, muito pode acontecer entre a síntese do transcrito de RNA e a atividade da proteína na célula, de fato. Alguns aminoácidos podem receber a adição de açúcares, gorduras, grupos fosfatos ou outras moléculas, mesmo depois de prontos. Algumas enzimas podem, ainda, remover um ou mais aminoácidos da estrutura proteica. Em alguns casos, a cadeia polipeptídica pode ser clivada enzimaticamente em dois ou mais pedaços. Um bom exemplo é a insulina, um hormônio proteico produzido pelo pâncreas. Inicialmente, ela é sintetizada como uma única cadeia polipeptídica, mas se torna ativa só depois de uma enzima clivar a parte central da cadeia, formando uma proteína composta por duas cadeias polipeptídicas conectadas por pontes dissulfeto. Em outros casos, dois ou mais polipeptídios sintetizados separadamente podem ser unidos, formando as subunidades de uma proteína que possui estrutura quaternária. Um exemplo bem conhecido é a hemoglobina, que une quatro subunidades e forma a nossa queridinha proteína transportadora de oxigênio! Essas modificações podem ocorrer sempre da mesma forma ou podem também gerar proteínas variantes, dependendo de regulações que possam ocorrer no nosso organismo. Além disso, essas modificações podem servir até para regular sua função. Um bom exemplo disso são as rotas de transdução de sinais, onde as proteínas preexistentes são modificadas pela fosforilação de aminoácidos específicos, o que altera a interação da proteína com a água e, consequentemente, a sua atividade.


O segundo e também fascinante mecanismo é o splicing alternativo. Pra entendê-lo você precisa primeiro observar um detalhe interessante sobre os genes eucariotos. Quantos nucleotídeos são necessários para codificar uma proteína com 400 aminoácidos? 1200, já que cada trinca de nucleotídeos corresponde a um aminoácido. Isso é verdade para os procariotos, mas um gene humano típico tem cerca de 27 mil pares de nucleotídeos para gerar uma proteína de 400 aminoácidos. Pra que tanto a mais? Finalmente achamos o motivo de sermos especiais! #sóquenão.


Isso só significa que a maior parte dos genes de organismos eucariotos, e seus transcritos de RNA, apresentam longas sequências de nucleotídeos não codificantes, regiões que não são traduzidas. A maior parte dessas regiões não codificantes se encontram intercaladas com segmentos codificantes do gene, ou seja, entre os segmentos codificantes do pré-RNAm. Isso significa o seguinte: no meio das sequências que realmente codificam proteínas, temos sequências aleatórias, não-codificantes. Seria como em vez de dizer "EU AMO BATATINHAS" direto, sem pausa, o gene eucarioto dissesse: EUAJSOISAMOKJOKSDBATATINHAS. Essas sequências aleatórias que ficam no meio da "informação útil" são chamadas de íntrons (os 'entrões', rs). Esses íntrons são removidos no processamento do mRNA, que ocorre ainda no núcleo. Essa remoção, chamada de splicing, vai deixar a mensagem 'limpa': EUAMOBATATINHAS.

Em um gene humano típico, a informação do gene está fragmentada em dez pedaços, ou seja, interrompida por dez trechos de íntons. O que pode acontecer a partir daí é muito maneiro. No momento de remover esses íntrons e deixar somente a informação útil (éxons), você pode remover um pedaço de éxon junto! Ou seja, lá na sequência EUAJSOISAMOKJOKSDBATATINHAS, você pode gerar a sequência final 'original' EUAMOBATATINHAS, mas também algumas alternativas, como EUBATATINHAS, ou EUAMO, ou AMOBATATINHAS. Essas proteínas alternativas são originadas por um processo chamado pelo criativo nome de splicing alternativo.

Estima-se que 90% ou mais desses genes com múltiplos éxons sejam processados em pelo menos dois produtos distintos. Ora ora ora, parece que nossos 21 mil genes não são coisa pouca se pensarmos que a maioria deles, na verdade, produz mais de uma proteína. Alguns genes podem ser expressos em centenas de formas processadas de modo alternativo, outros em apenas duas formas. Isso varia bastante e é claro, ainda não conhecemos todas as formas alternativas, muito menos temos elas catalogadas. Já sabemos de pelo menos 70 mil proteínas (e contando) que somos capazes de produzir a partir desses processos, tendo como base nossos modestos 21 mil genes. Esses dois processos (modificações pós-traducionais e splicing alternativo) dão uma boa ideia sobre como um DNA tão redundante e com baixa proporção de região codificante pode ser viável para manter um organismo tão complexo como nós!




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