Funções RNA, Estrutura e Tipos

O RNA ou RNA (ácido ribonucleico) é um tipo de ácido nucleico presente em organismos eucariotos, procariontes e vírus. É um polímero nucleotídico que contém quatro tipos de bases nitrogenadas em sua estrutura: adenina, guanina, citosina e uracila.

O RNA é geralmente encontrado como uma única banda (exceto em alguns vírus), linearmente ou formando uma série de estruturas complexas. De fato, o RNA possui um dinamismo estrutural que não é observado na dupla hélice do DNA. Os diferentes tipos de RNA têm funções muito variadas.

Os RNAs ribossômicos são parte dos ribossomos, as estruturas responsáveis ​​pela síntese de proteínas nas células. Os RNAs mensageiros atuam como intermediários e transportam a informação genética para o ribossomo, que traduz a mensagem de uma seqüência de nucleotídeos para um dos aminoácidos.

Os RNAs de transferência são responsáveis ​​por ativar e transferir os diferentes tipos de aminoácidos -20 no total para os ribossomos. Há uma molécula de RNA de transferência para cada aminoácido que reconhece a seqüência no RNA mensageiro.

Além disso, existem outros tipos de RNA que não estão diretamente envolvidos na síntese de proteínas e estão envolvidos na regulação gênica.

Índice

• 1 estrutura
  • 1.1 nucleotídeos
  • 1.2 cadeia de RNA
  • 1.3 Forças que estabilizam o RNA
• 2 tipos de RNA e funções
  • 2,1 RNA Mensageiro
  • 2,2 RNA ribossômico
  • 2.3 RNA de transferência
  • 2.4 MicroRNA
  • 2.5 silenciamento de RNA
• 3 Diferenças entre DNA e RNA
• 4 Origem e evolução
• 5 referências

Estrutura

As unidades fundamentais do RNA são nucleotídeos. Cada nucleotídeo é formado por uma base nitrogenada (adenina, guanina, citosina e uracila), uma pentose e um grupo fosfato.

Nucleotídeos

As bases nitrogenadas são derivadas de dois compostos fundamentais: as pirimidinas e as purinas.

As bases derivadas de purinas são adenina e guanina e bases derivadas de pirimidinas são citosina e uracila. Embora essas sejam as bases mais comuns, os ácidos nucléicos também podem apresentar outros tipos de bases menos freqüentes.

Quanto à pentose, são unidades de d-ribose. Portanto, os nucleotídeos que compõem o RNA são chamados de "ribonucleotídeos".

Cadeia de RNA

Os nucleotídeos são ligados por ligações químicas que envolvem o grupo fosfato. Para os formar, o grupo fosfato na extremidade 5 'de um nucleótido é ligado ao grupo hidroxilo (-OH) na extremidade 3' do nucleótido seguinte, criando assim uma ligação do tipo fosfodiéster.

Ao longo da cadeia de ácido nucleico, as ligações fosfodiéster têm a mesma orientação. Portanto, há uma polaridade do fio, distinguindo entre as extremidades 3 'e 5'.

Por convenção, a estrutura dos ácidos nucleicos é representada com a extremidade 5 'à esquerda e a extremidade 3' à direita.

O produto RNA da transcrição do DNA é uma cadeia simples que gira para a direita, em uma conformação helicoidal pelo empilhamento das bases. A interação entre as purinas é muito maior do que a interação entre duas pirimidinas, pelo tamanho delas.

No RNA, não podemos falar de uma estrutura secundária tradicional e de referência, como é a dupla hélice do DNA. A estrutura tridimensional de cada molécula de RNA é única e complexa, comparável à das proteínas (logicamente, não podemos globalizar a estrutura das proteínas).

Forças que estabilizam o RNA

Existem interações fracas que contribuem para a estabilização do RNA, particularmente o empilhamento de bases, onde os anéis estão localizados um sobre o outro. Esse fenômeno também contribui para a estabilidade da hélice do DNA.

Se a molécula de RNA encontra uma sequência complementar, elas podem ser acopladas e formar uma estrutura de cadeia dupla que gira para a direita. A forma predominante é do tipo A; quanto às formas Z, elas só foram evidenciadas no laboratório, enquanto a forma B não foi observada.

Geralmente, há sequências curtas (como o UUGG) que estão localizadas no final do RNA e têm a peculiaridade de formar laços estábulo Esta sequência participa na dobragem da estrutura tridimensional do RNA.

Além disso, ligações de hidrogênio podem ser formadas em outros locais que não são os acasalamentos de base típicos (AU e CG). Uma dessas interações ocorre entre o 2'-OH da ribose com outros grupos.

A diluição das várias estruturas encontradas no RNA serviu para demonstrar as múltiplas funções desse ácido nucléico.

Tipos de RNA e funções

Existem dois tipos de RNA: o informativo e o funcional. O primeiro grupo inclui os RNAs que participam da síntese de proteínas e funcionam como intermediários do processo; os RNAs informativos são os RNAs mensageiros.

Em contraste, os RNAs pertencentes à segunda classe, os funcionais, não dão origem a uma nova molécula de proteína e o próprio RNA é o produto final. Estes são os RNAs de transferência e os RNAs ribossômicos.

Nas células de mamíferos, 80% do RNA é RNA ribossômico, 15% é RNA de transferência e apenas uma pequena porção corresponde ao RNA mensageiro.Esses três tipos trabalham cooperativamente para alcançar a biossíntese de proteínas.

Existem também pequenos RNAs nucleares, pequenos RNAs citoplasmáticos e microRNAs, entre outros. Em seguida, cada um dos tipos mais importantes será descrito em detalhes:

RNA mensageiro

Em eucariotos, o DNA está confinado ao núcleo, enquanto a síntese protéica ocorre no citoplasma da célula, onde os ribossomos estão localizados. Para esta separação espacial, deve haver um mediador que carregue a mensagem do núcleo para o citoplasma e que a molécula seja o RNA mensageiro.

O RNA mensageiro, mRNA abreviada, é uma molécula intermediária que contém a informação codificada no ADN que especifica uma sequência de aminoácidos que resulta numa proteína funcional.

O ARN mensageiro termo foi proposto em 1961 por Jacob e Jacques Monod François para descrever a porção de ARN a transmissão da mensagem a partir do ADN de ribossomas.

O processo de síntese de um mRNA da fita de DNA é conhecido como transcrição e ocorre diferencialmente entre procariotas e eucariotos.

A expressão gênica é governada por vários fatores e depende das necessidades de cada célula. A transcrição é dividida em três etapas: iniciação, alongamento e terminação.

Transcrição

O processo de replicação do DNA, que ocorre em cada divisão celular, copia todo o cromossomo. No entanto, o processo de transcrição é muito mais seletivo, lida apenas com o processamento de segmentos específicos da cadeia de DNA e não requer um primer.

Em Escherichia coli -as bactérias mais bem estudadas nas ciências biológicas - a transcrição começa com o desenrolar da dupla hélice do DNA e o ciclo de transcrição é formado. A enzima RNA polimerase é responsável por sintetizar o RNA e, conforme a transcrição continua, a fita de DNA retorna à sua forma original.

Iniciação, alongamento e terminação

A transcrição não é iniciada em locais aleatórios na molécula de DNA; Existem sites especializados para esse fenômeno, chamados de promotores. Em E. coli a RNA polimerase é acoplada a alguns pares de bases acima da região alvo.

As seqüências onde os fatores de transcrição estão acoplados são bastante conservadas entre as diferentes espécies. Uma das sequências promotoras mais conhecidas é a caixa TATA.

Em alongamento, a enzima RNA polimerase adiciona novos nucleotídeos à extremidade 3'-OH, seguindo a direção 5 'para 3'. O grupo hidroxila atua como um nucleófilo, atacando o alfa fosfato do nucleotídeo a ser adicionado. Esta reação libera um pirofosfato.

Apenas uma cadeia de ADN é usado para sintetizar o ARN mensageiro, que é copiado na direcção 3 'para 5' (a antiparalelo forma nova cadeia de ARN). O nucleotídeo a ser adicionado deve estar de acordo com o emparelhamento de bases: U emparelhando com A e G com C.

A RNA polimerase interrompe o processo quando encontra regiões ricas em citosina e guanina. Finalmente, a nova molécula de RNA mensageiro é separada do complexo.

Transcrição em procariontes

Em procariontes, uma molécula de RNA mensageiro pode codificar mais de uma proteína.

Quando um mRNA codifica exclusivamente para uma proteína ou polipéptido chamado ARNm monocistrónico, mas mais que codifica um produto de proteína é ARNm policistrónico (notar que, neste contexto, o termo refere-se a cistr de gene).

Transcrição em eucariotos

Em organismos eucarióticos, a grande maioria dos mRNAs são monocistrónico e maquinaria transcricional é muito mais complexa é a linhagem de organismos. Eles são caracterizados por terem três RNA polimerases, denotadas I, II e III, cada uma com funções específicas.

OI é responsável por sintetizar o pré-rRNA, II sintetiza os RNAs mensageiros e alguns RNAs especiais. Finalmente, III é responsável pela transferência de RNAs, ribossômico 5S e outros pequenos RNAs.

RNA mensageiro em eucariotos

RNA mensageiro sofre uma série de modificações específicas em eucariotos. O primeiro envolve a adição de um "limite" ao final 5 '. Quimicamente, o tampão é um resíduo de 7-metilguanosina ligada à extremidade por uma ligação do tipo 5', 5'-trifosfato.

A função desta zona é proteger o RNA da possível degradação por ribonucleases (enzimas que degradam o RNA em componentes menores).

Além disso, ocorre a remoção da extremidade 3 'e são adicionados 80 a 250 resíduos de adenina. Essa estrutura é conhecida como polyA "tail" e serve como uma zona de ligação para várias proteínas. Quando um procarionte adquire uma cauda polyA, ele tende a estimular sua degradação.

Por outro lado, este mensageiro é transcrito com os introns. Introns são seqüências de DNA que não fazem parte do gene, mas "interrompem" a sequência. Introns não são traduzidos e, portanto, devem ser removidos do mensageiro.

A maioria dos genes dos vertebrados possui íntrons, com exceção dos genes que codificam as histonas. Da mesma forma, o número de introns em um gene pode variar de alguns a dezenas deles.

Emenda de RNA

Splicing O processo de RNA ou splicing envolve a remoção de introns no RNA mensageiro.

Alguns introns encontrados em genes nucleares ou mitocondriais podem realizar o processo de emenda sem a ajuda de enzimas ou ATP. Em vez disso, o processo é realizado por reações de transesterificação. Este mecanismo foi descoberto no protozoário ciliado Tetrahymena thermophila.

Em contraste, há outro grupo de mensageiros que não são capazes de mediar seus próprios emenda, então eles precisam de maquinaria adicional. Um número muito alto de genes nucleares pertence a esse grupo.

O processo de emenda Ele é mediado por um complexo de proteínas chamado de especiaossomo ou complexo de splicing. O sistema é composto de complexos de RNA especializados chamados pequenas ribonucleoproteínas nucleares (RNPs).

Existem cinco tipos de RNP: U1, U2, U4, U5 e U6, que são encontrados no núcleo e medeiam o processo de emenda

O emenda pode produzir mais de um tipo de proteína - isso é conhecido como emenda alternativa, uma vez que os exons são organizados diferencialmente, criando variedades de RNA mensageiro.

RNA ribossômico

O RNA ribossômico, rRNA abreviado, é encontrado nos ribossomos e participa da biossíntese de proteínas. Portanto, é um componente essencial de todas as células.

O RNA ribossômico está associado a moléculas de proteína (aproximadamente 100) para dar origem a presunidades ribossômicas. Eles são classificados dependendo do seu coeficiente de sedimentação, denotado pela letra S das unidades de Svedberg.

Um ribossomo é composto de duas partes: a subunidade principal e a subunidade menor. Ambas as subunidades diferem entre procariotas e eucariotas em termos de coeficiente de sedimentação.

Os procariontes possuem uma subunidade 50S grande e uma subunidade 30S pequena, enquanto que em eucariotos a subunidade grande é 60S e a subunidade 40S pequena.

Os genes que codificam para o RNA ribossômico estão no nucléolo, uma área particular do núcleo que não é delimitada por uma membrana. Os RNAs ribossômicos são transcritos nessa região pela RNA polimerase I.

Nas células que sintetizam grandes quantidades de proteínas; o nucléolo é uma estrutura proeminente. No entanto, quando a célula em questão não requer um elevado número de produtos proteicos, o nucléolo é uma estrutura quase imperceptível.

Processamento de RNA ribossômico

A grande subunidade ribossômica 60S está associada aos fragmentos 28S e 5.8S. Com relação à subunidade pequena (40S), ela está associada ao 18S.

Em eucariotos superiores, o pré-rRNA é codificado em uma unidade de transcrição de 45S, que envolve a RNA polimerase I. Este transcrito é processado nos RNAs ribossômicos maduros 28S, 18S e 5.8S.

À medida que a síntese continua, o pré-rRNA está associado a diferentes proteínas e forma partículas de ribonucleoproteínas. Isto sofre uma série de modificações subsequentes que incluem a metilação do grupo 2'-OH da ribose e a conversão de resíduos de uridina em pseudouridina.

A região onde essas alterações ocorrerão é controlada por mais de 150 pequenas moléculas de RNA nucleolar, que têm a capacidade de se ligar ao pré-rRNA.

Ao contrário do restante do pré-rRNA, o 5S é transcrito pela RNA polimerase III no nucleoplasma e não no interior do nucléolo. Após ser sintetizado, é levado ao nucléolo para montar com o 28S e o 5,8S, formando as unidades ribossômicas.

No final do processo de montagem, as subunidades são transferidas para o citoplasma pelos poros nucleares.

Polirribossomos

Pode acontecer que uma molécula de RNA mensageiro dê origem a várias proteínas ao mesmo tempo, unindo mais de um ribossomo. À medida que o processo de tradução progride, o fim do mensageiro é livre e pode ser captado por outro ribossomo, iniciando uma nova síntese.

Portanto, é comum encontrarmos ribossomos agrupados (entre 3 e 10) em uma única molécula de RNA mensageiro, e esse grupo é chamado de polirribossomo.

RNA de transferência

O RNA de transferência é responsável por transferir os aminoácidos à medida que o processo de síntese protéica progride. Eles são compostos de aproximadamente 80 nucleotídeos (comparado ao RNA mensageiro, é uma molécula "pequena").

A estrutura tem dobras e cruzes que se assemelham a um trevo com três braços. Um anel adenílico está localizado em uma extremidade, onde o grupo hidroxila da ribose medeia a união com o aminoácido a ser transportado.

Os diferentes RNAs de transferência são combinados exclusivamente com um dos vinte aminoácidos que formam as proteínas; em outras palavras, é o veículo que transporta os blocos de construção fundamentais das proteínas. O complexo de RNA de transferência juntamente com o aminoácido é chamado aminoacil-tRNA.

Além disso, no processo de tradução - que ocorre graças aos ribossomos - cada RNA de transferência reconhece um códon específico no RNA mensageiro. Quando é reconhecido, o aminoácido correspondente é libertado e torna-se parte do péptido sintetizado.

Para reconhecer o tipo de aminoácido que deve ser administrado, o RNA possui um "anticódromo" localizado na região central da molécula.Este anticódon é capaz de formar pontes de hidrogênio com as bases complementares presentes no DNA mensageiro.

MicroRNA

MicroRNAs ou mRNAs são um tipo curto de RNA de fita simples, entre 21 e 23 nucleotídeos, cuja função é regular a expressão de genes. Como não se traduz em proteína, é geralmente chamado de RNA não codificante.

Como os outros tipos de RNA, o processamento de microRNAs é complexo e envolve uma série de proteínas.

Os microRNAs surgem de precursores mais longos, chamados mRNA-pri, derivados do primeiro transcrito do gene. No núcleo da célula, esses precursores são modificados no complexo microprocessador e o resultado é um pré-miRNA.

Os pré-mRNAs são garfos de 70 nucleotídeos que continuam seu processamento no citoplasma por uma enzima chamada Dicer, que reúne o complexo silenciador induzido por RNA (RISC) e finalmente o mRNA é sintetizado.

Esses RNAs são capazes de regular a expressão de genes, pois são complementares a RNAs mensageiros específicos. Quando acoplados ao seu alvo, os miRNAs são capazes de reprimir o mensageiro, ou mesmo degradá-lo. Consequentemente, o ribossomo não pode traduzir o dito transcrito.

Silenciamento de RNA

Um tipo particular de microRNA é o pequeno RNA interferente (siRNA), também chamado de RNA silenciador. São RNAs curtos, entre 20 e 25 nucleotídeos, que impedem a expressão de certos genes.

São instrumentos muito promissores para a pesquisa, pois permitem silenciar um gene de interesse e, assim, estudar sua possível função.

Diferenças entre DNA e RNA

Embora o DNA e o RNA sejam ácidos nucléicos e possam parecer muito semelhantes à primeira vista, eles diferem em várias de suas propriedades químicas e estruturais. O DNA é uma molécula de banda dupla, enquanto o RNA é uma banda simples.

Portanto, o RNA é uma molécula mais versátil e pode adotar uma grande variedade de formas tridimensionais. No entanto, certos vírus têm RNA de cadeia dupla em seu material genético.

Nos nucleotídeos de RNA, a molécula de açúcar é uma ribose, enquanto no DNA é uma desoxirribose, diferindo apenas na presença de um átomo de oxigênio.

A ligação fosfodiéster no esqueleto de DNA e RNA é propensa a sofrer um processo de hidrólise lenta e sem a presença de enzimas. Sob condições de alcalinidade, o RNA se hidrolisa rapidamente - graças ao grupo hidroxila extra - enquanto o DNA não.

Similarmente, as bases nitrogenadas que compõem os nucleotídeos no DNA são guanina, adenina, timina e citosina; Por outro lado, a timina é substituída pelo uracilo no RNA. O uracilo pode ser emparelhado com adenina, da mesma forma que a timina no DNA.

Origem e evolução

O RNA é a única molécula conhecida capaz de armazenar informações e catalisar reações químicas ao mesmo tempo; Por isso, vários autores propõem que a molécula de RNA foi crucial na origem da vida. Surpreendentemente, os substratos dos ribossomos são outras moléculas de RNA.

A descoberta de ribozimas levou à redefinição bioquímica da "enzima" - porque o termo foi usado exclusivamente para proteínas com atividade catalítica - e ajudou a sustentar um cenário em que as primeiras formas de vida usavam apenas o RNA como material genético.

Referências

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, et al. (2002). Biologia Molecular da Célula. 4ª edição. Nova Iorque: Garland Science. Do DNA ao RNA. Disponível em: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, J. M., Stryer, L. e Tymoczko, J. L. (2007). Bioquímica. Eu inverti.
3. Campbell, N. A. & Reece, J. B. (2007). Biologia. Ed. Panamericana Medical.
4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W. M., Miller, J.H., et al. (1999). Análise Genética Moderna. Nova Iorque: W. H. Freeman. Genes e RNA. Disponível em: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, A.C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Tratado de fisiologia médica. Elsevier
6. Hall, J. E. (2015). Guyton e Hall livro de fisiologia médica e-Book. Elsevier Health Sciences.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S.L., et ai. (2000) Biologia Celular Molecular. 4ª edição. Nova Iorque: W. H. Freeman. Seção 11.6, Processamento de rRNA e tRNA. Disponível em: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, D.L., Lehninger, A.L., & Cox, M.M. (2008). Princípios da bioquímica de Lehninger. Macmillan.