ARN

generalidade

O RNA, ou ácido ribonucleico, é o ácido nucléico envolvido nos processos de codificação, decodificação, regulação e expressão de genes. Os genes são segmentos de DNA mais ou menos longos, que contêm informações fundamentais para a síntese de proteínas.

Figura: Bases nitrogênicas em uma molécula de RNA. De wikipedia.org

Em termos muito simples, o RNA deriva do DNA e representa a molécula que passa entre ele e as proteínas. Alguns pesquisadores o definem como o "dicionário para a tradução da linguagem do DNA para a linguagem das proteínas".

As moléculas de RNA derivam da união, em cadeias, de um número variável de ribonucleotídeos. Um grupo fosfato, uma base nitrogenada e um açúcar de 5 carbonos, chamado ribose, participam da formação de cada ribonucleotídeo único.

O que é RNA?

O RNA, ou ácido ribonucleico, é uma macromolécula biológica, pertencente à categoria de ácidos nucléicos, que desempenha um papel central na geração de proteínas a partir do DNA .

A geração de proteínas (também de macromoléculas biológicas) inclui uma série de processos celulares que, tomados em conjunto, tomam o nome de síntese protéica .

DNA, RNA e proteínas são essenciais para garantir a sobrevivência, o desenvolvimento e o funcionamento adequado das células dos organismos vivos.

O que é DNA?

O DNA, ou ácido desoxirribonucleico, é o outro ácido nucleico de ocorrência natural, juntamente com o RNA.

Estruturalmente semelhante ao ácido ribonucleico, o ácido desoxirribonucleico é o patrimônio genético, que é o "armazenamento de genes", contido nas células dos organismos vivos. É do DNA que depende a formação de RNA e, indiretamente, de proteínas.

HISTÓRIA DO RNA

Figura: ribose e desoxirribose

A pesquisa sobre o RNA começou depois de 1868, ano em que Friedrich Miescher descobriu os ácidos nucléicos.

As primeiras descobertas importantes a este respeito estão datadas entre a segunda parte dos anos 50 e a primeira parte dos anos 60. Entre os cientistas que participaram dessas descobertas, eles merecem uma menção especial: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies e Robert Holley .

Em 1977, um grupo de pesquisadores, liderados por Philip Sharp e Richard Roberts, decifrou o processo de junção de introns.

Em 1980, Thomas Cech e Sidney Altman identificaram as ribozimas.

* Por favor, note: para descobrir o que é o splicing de introns e ribozimas, veja os capítulos dedicados à síntese e funções de RNA.

estrutura

Do ponto de vista químico-biológico, o RNA é um biopolímero . Os biopolímeros são grandes moléculas naturais, fruto da união, em cadeias ou filamentos, de muitas unidades moleculares menores, chamadas monômeros .

Os monômeros que compõem o RNA são os nucleotídeos .

RNA É UMA ÚNICA CADEIA SOMENTE

As moléculas de RNA são moléculas geralmente compostas de cadeias nucleotídicas individuais ( filamentos polinucleotídicos ).

O comprimento do RNA celular varia de menos de cem até mesmo vários milhares de nucleotídeos.

O número de nucleotídeos constituintes depende do papel desempenhado pela molécula em questão.

Comparação com DNA

Ao contrário do RNA, o DNA é um biopolímero formado, geralmente, por duas cadeias de nucleotídeos.

Unidos uns com os outros, estes dois filamentos polinucleotídicos têm orientação oposta e, enrolando um no outro, compõem uma espiral dupla conhecida como " dupla hélice ".

Uma molécula de DNA humana genérica pode conter cerca de 3, 3 bilhões de nucleotídeos por filamento .

ESTRUTURA GENÉRICA DE UM NUCLEOTIDO

Por definição, os nucleotídeos são as unidades moleculares que compõem os ácidos nucléicos RNA e DNA.

Do ponto de vista estrutural, um nucleotídeo genérico resulta da união de três elementos, que são:

• Um grupo fosfato, que é um derivado do ácido fosfórico;
• Uma pentose, que é um açúcar com 5 átomos de carbono;
• Uma base nitrogenada, que é uma molécula heterocíclica aromática.

A pentose é o elemento central dos nucleotídeos, pois está associada ao grupo fosfato e à base nitrogenada.

Figura: Elementos que constituem um nucleotídeo genérico de um ácido nucléico. Como pode ser visto, o grupo fosfato e a base nitrogenada estão ligados ao açúcar.

A ligação química que une a pentose e o grupo fosfato é uma ligação fosfodiéster, enquanto a ligação química que une a pentose e a base nitrogenada é uma ligação N-glicosídica .

O QUE É O PENTOSE DO RNA?

Premissa: os químicos pensaram em numerar os carbonos que constituem as moléculas orgânicas, de forma a simplificar o estudo e a descrição. Aqui, então, que o carbono 5 de uma pentose se torna: carbono 1, carbono 2, carbono 3, carbono 4 e carbono 5. O critério de atribuição de números é bastante complexo, por isso consideramos apropriado deixar de fora a explicação.

O açúcar de 5 carbonos, que distingue a estrutura dos nucleotídeos de RNA, é a ribose .

Dos 5 átomos de carbono ribose, eles merecem uma menção especial:

• Carbono 1, porque é aquele que se liga à base nitrogenada, através de uma ligação N-glicosídica.
• Carbono 2, porque é aquele que discrimina a pentose dos nucleotídeos de RNA dos nucleotídeos das pentoses do DNA. Ligado ao RNA carbono 2 existe um átomo de oxigênio e um átomo de hidrogênio, que juntos formam um grupo hidroxila OH .
• Carbono 3, porque é o que participa da ligação entre dois nucleotídeos consecutivos .
• Carbono 5, porque é o que une o grupo fosfato, através de uma ligação fosfodiéster.

Devido à presença de açúcar ribose, os nucleotídeos de RNA tomam o nome específico de ribonucleotídeo .

Comparação com DNA

A pentose que constitui os nucleotídeos do DNA é a desoxirribose .

A desoxirribose difere da ribose devido à falta de átomos de oxigênio no carbono 2.

Assim, falta-lhe o grupo hidroxilo OH que caracteriza o açúcar de ARN de 5 carbonos.

Devido à presença de açúcar desoxirribose, os nucleotídeos de DNA também são conhecidos como desoxirribonucleotídeos .

TIPOS DE NUCLEOTÍDEOS E BASES DE NITROGÊNIO

O RNA possui 4 tipos diferentes de nucleotídeos .

Para distinguir estes 4 tipos diferentes de nucleotídeos é apenas a base nitrogenada.

Por razões óbvias, portanto, as bases nitrogenadas do RNA são 4, especificamente: adenina (abreviada como A), guanina (G), citosina (C) e uracila (U).

A adenina e a guanina pertencem à classe das purinas, compostos heterocíclicos aromáticos de anel duplo.

A citosina e o uracilo, por outro lado, se enquadram na categoria de pirimidinas, compostos heterocíclicos aromáticos de anel único.

Comparação com DNA

As bases nitrogenadas que distinguem os nucleotídeos do DNA são as mesmas que o RNA, exceto o uracilo. No lugar deste último há uma base nitrogenada chamada timina (T), que pertence à categoria das pirimidinas.

GRAVAÇÃO ENTRE NUCLEOTÍDEOS

Cada nucleótido que forma qualquer cadeia de ARN liga-se ao nucleótido seguinte, por meio de uma ligação fosfodiéster entre o carbono 3 da sua pentose e o grupo fosfato do nucleótido imediatamente a seguir.

AS EXTREMIDADES DE UMA MOLÉCULA DE RNA

Qualquer filamento de RNA polinucleotídico tem duas extremidades, conhecidas como extremidades 5 ' (leia-se "extremidade cinco primeiro") e extremidade 3' (leia-se "fim três primeiro").

Por convenção, biólogos e geneticistas estabeleceram que a extremidade 5 'representa a cabeça de uma cadeia de RNA, enquanto a extremidade 3' representa sua cauda .

Do ponto de vista quico, a extremidade 5 'coincide com o grupo fosfato do primeiro nucleido da cadeia polinucleotica, enquanto a extremidade 3' coincide com o grupo hidroxilo colocado no carbono 3 do timo nucleido da mesma cadeia.

É baseado nesta organização que, nos livros de genética e biologia molecular, os filamentos polinucleotídicos de qualquer ácido nucleico são descritos da seguinte forma: P-5 '→ 3'-OH (* Nota: a letra P indica o átomo de fósforo do grupo fosfato).

Aplicando os conceitos de extremos 5 'e termina 3' a um único nucleotídeo, a extremidade 5 'deste último é o grupo fosfato ligado ao carbono 5, enquanto sua extremidade 3' é o grupo hidroxila unido ao carbono 3.

Em ambos os casos, o leitor é convidado a prestar atenção à ocorrência numérica: grupo 5 '- fosfato no carbono 5 e grupo 3' - hidroxila no carbono 3.

localização

Nas células nucleadas (isto é, núcleo) de um ser vivo, as moléculas de RNA podem ser encontradas tanto no núcleo quanto no citoplasma .

Esta grande localização depende do fato de que alguns dos processos celulares, tendo o RNA como seu protagonista, estão localizados no núcleo, enquanto outros ocorrem no citoplasma.

Comparação com DNA

O DNA de organismos eucarióticos (portanto, também DNA humano) está localizado apenas dentro do núcleo da célula.

resumo

O processo de síntese de RNA tem como protagonista uma enzima intracelular (isto é, localizada no interior da célula), denominada RNA polimerase (NB: uma enzima é uma proteína).

A RNA polimerase de uma célula usa o DNA, presente dentro do núcleo da mesma célula, como se fosse um molde, para criar o RNA.

Em outras palavras, é uma espécie de copiadora que transcreve o que o DNA carrega em uma linguagem diferente, que é a do RNA.

Além disso, este processo de síntese de RNA, por RNA polimerase, leva o nome científico da transcrição .

Os organismos eucarióticos, como os humanos, possuem 3 classes diferentes de RNA polimerase : RNA polimerase I, RNA polimerase II e RNA polimerase III.

Cada classe de RNA polimerase cria tipos particulares de RNA, que, como o leitor será capaz de verificar nos próximos capítulos, têm diferentes papéis biológicos no contexto da vida celular.

COMO O RNA POLIMERASI ATIVA

Uma RNA polimerase é capaz de:

• Reconhecer, no DNA, o local a partir do qual começar a transcrição,
• Vincular ao DNA
• Separar as duas cadeias de ADN polinucleotídicas (que são mantidas juntas por ligações de hidrogénio entre bases azotadas), de modo a actuar apenas num filamento, e
• Comece a síntese do transcrito de RNA.

Cada uma dessas etapas ocorre sempre que uma RNA polimerase está se preparando para realizar o processo de transcrição. Então, são todas etapas obrigatórias.

A RNA polimerase sintetiza moléculas de RNA na direção 5 ' → 3' . Ao adicionar ribonucleotídeos à molécula de RNA nascente, ela se move para o molde da fita de DNA na direção 3 ' → 5' .

MODIFICAÇÕES DA TRANSCRIÇÃO DE RNA

Após sua transcrição, o RNA passa por algumas modificações, dentre as quais: a adição de algumas seqüências nucleotídicas nas duas extremidades, a perda dos chamados introns (processo conhecido como splicing ) e assim por diante.

Portanto, em relação ao segmento de DNA original, o RNA resultante tem algumas diferenças em relação ao comprimento da cadeia polinucleotídica (é geralmente mais curto).

tipos

Existem vários tipos de RNA .

Os mais conhecidos e estudados são: o RNA de transporte (ou RNA transfer ou tRNA ), o RNA mensageiro (ou RNA mensageiro ou mRNA ), o RNA ribossômico (ou RNA ribossômico ou rRNA ) e o RNA nuclear pequeno (ou RNA nuclear pequeno ou snRNA ).

Embora cobrem diferentes papéis específicos, tRNA, mRNA, rRNA e snRNA contribuem para a realização de um objetivo comum: a síntese de proteínas, a partir das seqüências de nucleotídeos presentes no DNA.

OUTROS TIPOS DE ANCORAÇÃO DE RNA

Nas células de organismos eucarióticos, os pesquisadores encontraram outros tipos de RNA, além dos 4 acima. Por exemplo:

• Micro RNAs (ou miRNAs ), que são filamentos de pouco mais de 20 nucleotídeos, e
• O RNA que constitui as ribozimas . Ribozimas são moléculas de RNA com atividade catalítica, como enzimas.

Também miRNAs e ribozimas participam do processo de síntese de proteínas, assim como tRNA, mRNA etc.

função

O RNA representa a macromolécula biológica de passagem entre DNA e proteínas, ou seja, biopolímeros longos cujas unidades moleculares são aminoácidos .

O RNA é comparável a um dicionário de informação genética, pois permite traduzir os segmentos nucleotídicos do DNA (que são então os chamados genes) para os aminoácidos das proteínas.

Uma das descrições mais frequentes do papel funcional, coberto pelo RNA, é: "O RNA é o ácido nucléico envolvido na codificação, decodificação, regulação e expressão de genes".

O RNA é um dos três elementos cardinais do chamado dogma central da biologia molecular, que afirma: "O DNA deriva o RNA, do qual, por sua vez, as proteínas derivam" ( DNA → RNA → proteínas ).

TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO

Resumidamente, a transcrição é a série de reações celulares que levam à formação de moléculas de RNA, a partir do DNA.

A tradução, ao contrário, é o conjunto de processos celulares que terminam com a produção de proteínas, a partir das moléculas de RNA produzidas durante o processo de transcrição.

Biólogos e geneticistas cunharam o termo "tradução", porque a partir da linguagem dos nucleotídeos passamos para a linguagem dos aminoácidos.

TIPOS E FUNÇÕES

Os processos de transcrição e tradução vêem todos os tipos de RNA (tRNA, mRNA, etc.) como protagonistas:

• Um mRNA é uma molécula de RNA que codifica uma proteína . Em outras palavras, mRNAs são proteínas antes do processo de tradução de nucleotídeos em aminoácidos protéicos.

  Os mRNAs sofrem várias modificações após sua transcrição.

• Os tRNAs são moléculas de RNA não codificadoras, mas ainda essenciais para a formação de proteínas. Na verdade, eles desempenham um papel fundamental na decifração do que as moléculas de mRNA relatam.

  O nome "transport RNA" deriva do fato de que esses RNAs carregam um aminoácido em si mesmos. Para ser mais preciso, cada aminoácido corresponde a um tRNA específico.

  Os ARNt interagem com o ARNm, através de três nucleótidos particulares da sua sequência.

• Os rRNAs são as moléculas de RNA que formam os ribossomos . Os ribossomos são estruturas celulares complexas que, movendo-se ao longo do mRNA, reúnem os aminoácidos de uma proteína.

  Um ribossomo genérico contém, dentro dele, alguns locais, onde é capaz de acomodar os tRNAs e fazê-los se encontrar com o mRNA. É aqui que os três nucleotídeos particulares mencionados acima interagem com o RNA mensageiro.

• SnRNAs são moléculas de RNA que participam do processo de splicing dos introns presentes no mRNA. Introns são pequenos segmentos de mRNA não codificantes, inúteis para a síntese de proteínas.
• Ribozimas são moléculas de RNA que catalisam o corte de cadeias ribonucleotídicas, quando necessário.

Figura: tradução de mRNA.