Generalidade
O RNA, ou ácido ribonucleico, é o ácido nucleico envolvido nos processos de codificação, decodificação, regulação e expressão de genes. Genes são segmentos mais ou menos longos de DNA, que contêm as informações fundamentais para a síntese de proteínas.
Figura: Bases de nitrogênio em uma molécula de RNA. De wikipedia.org
Em termos muito simples, o RNA deriva do DNA e representa a molécula de transição entre o DNA e as proteínas. Alguns pesquisadores o chamam de "dicionário para traduzir a 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, denominado ribose, participam da formação de cada um dos ribonucleotídeos.
Qual é o RNA?
O RNA, ou ácido ribonucléico, é uma macromolécula biológica, pertencente à categoria dos ácidos nucléicos, que desempenha um papel central na geração de proteínas a partir do DNA.
A geração de proteínas (também macromoléculas biológicas) inclui uma série de processos celulares que, em conjunto, são chamados de síntese de proteínas.
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 desoxirribonucléico, é o outro ácido nucleico que ocorre naturalmente, junto com o RNA.
Estruturalmente semelhante ao ácido ribonucléico, o ácido desoxirribonucléico é o patrimônio genético, ou seja, a “reserva de genes”, contida nas células dos organismos vivos. A formação do RNA e, indiretamente, das proteínas depende do DNA.
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 importadas a esse respeito datam entre a segunda parte dos "anos 50 do século XX e a primeira parte dos" anos 60. Entre os cientistas que participaram dessas descobertas, destacam-se os seguintes: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies e Robert Holley.
Em 1977, um grupo de pesquisadores, liderado por Philip Sharp e Richard Roberts, decifrou o processo de emenda dos intrões.
Em 1980, Thomas Cech e Sidney Altman identificaram ribozimas.
* Nota: para saber o que são emenda de íntrons e ribozimas, veja os capítulos dedicados à síntese da RNA e às funções.
Estrutura
Do ponto de vista químico-biológico, o RNA é um biopolímero.Os biopolímeros são grandes moléculas naturais, resultado da união, em cadeias ou filamentos, de muitas unidades moleculares menores, chamadas monômeros.
Os monômeros que compõem o RNA são os nucleotídeos.
A ANN É GERALMENTE UMA CADEIA ÚNICA
As moléculas de RNA são geralmente constituídas por cadeias simples de nucleotídeos (fitas polinucleotídicas).
O comprimento dos RNAs celulares varia de menos de cem a até 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 geralmente composto de duas fitas de nucleotídeos.
Juntos, esses dois filamentos polinucleotídicos têm orientações opostas e, envolvendo-se um no outro, formam uma espiral dupla conhecida como “dupla hélice”.
Uma molécula de DNA humano genérico pode conter aproximadamente 3,3 bilhões de nucleotídeos por fita.
ESTRUTURA GENÉRICA DE UM NUCLEOTÍDEO
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, ou seja, um açúcar com 5 átomos de carbono;
- Uma base nitrogenada, que é uma molécula heterocíclica aromática.
A pentose representa o elemento central dos nucleotídeos, pois o grupo fosfato e a base nitrogenada se ligam a ela.
Figura: Elementos que constituem um nucleotídeo genérico de um ácido nucléico. Como pode ser visto, o grupo fosfato e a base de nitrogênio se ligam ao açúcar.
A ligação química que mantém a pentose e o grupo fosfato juntos é uma ligação fosfodiéster, enquanto a ligação química que liga a pentose e a base nitrogenada é uma ligação N-glicosídica.
QUAL É A PENTOSE DO RNA?
Premissa: os químicos pensaram em numerar os carbonos que compõem as moléculas orgânicas, de forma a simplificar seu estudo e descrição. Aqui, portanto, os 5 carbonos de uma pentose passam a ser: carbono 1, carbono 2, carbono 3, carbono 4 e carbono 5. O critério de atribuição dos números é bastante complexo, por isso consideramos adequado omitir a explicação.
O açúcar de 5 carbonos, que distingue a estrutura de nucleotídeos do RNA, é a ribose.
Dos 5 átomos de carbono da ribose, eles merecem uma menção especial:
- o carbono 1, porque é o que se liga à base de nitrogênio, por meio de uma ligação N-glicosídica.
- o carbono 2, porque é o que discrimina a pentose dos nucleotídeos do RNA da pentose dos nucleotídeos do DNA Conectado ao carbono 2 do RNA há um átomo de oxigênio e um átomo de hidrogênio, que juntos formam um grupo hidroxila OH.
- o carbono 3, porque é aquele que participa da ligação entre dois nucleotídeos consecutivos.
- o carbono 5, porque é o que se junta ao grupo fosfato, por meio de uma ligação fosfodiéster.
Devido à presença do açúcar ribose, os nucleotídeos do RNA levam o nome específico de ribonucleotídeos.
Comparação com DNA
A pentose que compõe os nucleotídeos do DNA é a desoxirribose.
A desoxirribose difere da ribose pela falta de átomos de oxigênio no carbono 2.
Conseqüentemente, ele não possui o grupo hidroxila OH, que caracteriza o açúcar de 5 carbonos do RNA.
Devido à presença do açúcar desoxirribose, os nucleotídeos do DNA também são conhecidos como desoxirribonucleotídeos.
TIPOS DE NUCLEOTÍDEOS E BASES DE NITROGÊNIO
O RNA possui 4 tipos diferentes de nucleotídeos.
Para distinguir esses 4 tipos diferentes de nucleotídeos é apenas a base nitrogenada.
Por razões óbvias, portanto, as bases nitrogenadas do RNA são 4, especificamente: adenina (abreviada para 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 uracil, por outro lado, se enquadram na categoria das pirimidinas, compostos heterocíclicos aromáticos de anel único.
Comparação com DNA
As bases nitrogenadas que distinguem os nucleotídeos do DNA são as mesmas do RNA, exceto para o uracil. No lugar deste último "c" está uma base nitrogenada chamada timina (T), que pertence à categoria das pirimidinas.
LIGAÇÃO ENTRE NUCLEOTÍDEOS
Cada nucleotídeo formando qualquer fita de RNA se liga ao próximo nucleotídeo por meio de uma ligação fosfodiéster entre o carbono 3 de sua pentose e o grupo fosfato do nucleotídeo imediatamente seguinte.
AS EXTREMIDADES DE UMA MOLÉCULA DE RNA
Qualquer fita polinucleotídica de RNA tem duas extremidades, conhecidas como a extremidade 5 "(leia" extremidade cinco linha ") e a extremidade 3" (leia "extremidade três linha").
Por convenção, biólogos e geneticistas estabeleceram que "extremidade 5" representa a cabeça de uma fita de RNA, enquanto "extremidade 3" representa sua cauda.
Do ponto de vista químico, a "extremidade 5" coincide com o grupo fosfato do primeiro nucleotídeo da cadeia polinucleotídica, enquanto a "extremidade 3" coincide com o grupo hidroxila colocado no carbono 3 do último nucleotídeo da mesma cadeia.
É com base nessa 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 5 "extremidade e 3" extremidade a um único nucleotídeo, a "extremidade 5" do 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, s "convida o leitor a prestar atenção à recorrência numérica: final 5" - grupo fosfato no carbono 5 e final 3 "- grupo hidroxila no carbono 3.
Localização
Em células nucleadas (isto é, núcleo) de um ser vivo, as moléculas de RNA podem ser encontradas tanto no núcleo quanto no citoplasma.
Essa ampla localização depende do fato de alguns dos processos celulares, tendo o RNA como protagonista, estarem 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.
- O RNA é uma molécula biológica menor do que o DNA, geralmente composta de uma única fita de nucleotídeos.
- A pentose que constitui os nucleotídeos do ácido ribonucleico é a ribose.
- Os nucleotídeos do RNA também são conhecidos como ribonucleotídeos.
- O RNA do ácido nucléico compartilha apenas 3 das 4 bases nitrogenadas com o DNA.De fato, em vez da timina, ele possui a base nitrogenada uracila.
- O RNA pode residir em vários compartimentos da célula, do núcleo ao citoplasma.
Síntese
O processo de síntese de RNA tem como protagonista uma enzima intracelular (ou seja, localizada no interior da célula), chamada RNA polimerase (N.B: uma enzima é uma proteína).
A RNA polimerase de uma célula usa o DNA, presente no 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 relata em uma linguagem diferente, que é a do "RNA".
Além disso, esse processo de síntese de RNA, pelo trabalho da RNA polimerase, leva o nome científico de 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 poderá verificar nos próximos capítulos, têm diferentes papéis biológicos no contexto da vida celular.
COMO FUNCIONA A RNA POLIMERASE
Uma "RNA polimerase é capaz de:
- Reconhecer, no DNA, o local a partir do qual iniciar a transcrição,
- Ligue-se ao DNA,
- Separe as duas fitas polinucleotídicas de DNA (que são mantidas juntas por ligações de hidrogênio entre bases nitrogenadas), de modo a atuar em apenas uma fita, e
- Comece a síntese do transcrito de RNA.
Cada uma dessas etapas ocorre sempre que uma "RNA polimerase está prestes a realizar o processo de transcrição. Portanto, todas são etapas obrigatórias".
A RNA polimerase sintetiza moléculas de RNA na direção 5 "→ 3". À medida que adiciona ribonucleotídeos à molécula de RNA nascente, ela se move para a fita de DNA modelo na direção 3 "→ 5".
MODIFICAÇÕES DA TRANSCRIÇÃO DE RNA
Após sua transcrição, o RNA sofre algumas modificações, entre elas: a adição de algumas sequências de nucleotídeos em ambas as extremidades, a perda dos chamados íntrons (processo conhecido como emenda) etc.
Portanto, em comparação com o segmento de DNA original, o RNA resultante tem algumas diferenças no comprimento da cadeia polinucleotídica (geralmente é mais curta).
Tipos
Existem vários tipos de RNA.
Os mais conhecidos e estudados são: o "RNA de transporte (ou RNA de transferência ou tRNA), o" RNA mensageiro (ou RNA mensageiro ou mRNA), o "RNA ribossômico (ou RNA ribossômico ou rRNA) e o pequeno RNA nuclear (ou RNA nuclear pequeno ou snRNA).
Embora desempenhem papéis específicos diferentes, tRNA, mRNA, rRNA e snRNA contribuem para a realização de um objetivo comum: a síntese de proteínas, a partir das sequências de nucleotídeos presentes no DNA.
AINDA OUTROS TIPOS DE RNA
Nas células de organismos eucarióticos, os pesquisadores encontraram outros tipos de RNA, além dos 4 citados acima. Por exemplo:
- Os micro RNAs (ou miRNAs), que são fitas de pouco mais de 20 nucleotídeos de comprimento, e
- O RNA que compõe as ribozimas. Ribozimas são moléculas de RNA com atividade catalítica, como as enzimas.
MiRNAs e ribozimas também participam do processo de síntese de proteínas, assim como tRNA, mRNA, etc.
Função
O RNA representa a macromolécula biológica de passagem entre o DNA e as proteínas, ou seja, biopolímeros longos cujas unidades moleculares são os aminoácidos.
O RNA é comparável a um dicionário de informação genética, pois permite traduzir os segmentos de nucleotídeos do DNA (que são então os chamados genes) em aminoácidos de proteínas.
Uma das descrições mais frequentes do papel funcional desempenhado por "RNA, é:" RNA é o "ácido nucléico envolvido na codificação, decodificação, regulação e expressão de genes".
O “RNA é um dos três elementos-chave do chamado dogma central da biologia molecular, que afirma:“ Do DNA deriva o “RNA, do qual, por sua vez, derivam as proteínas” (DNA → RNA → proteínas).
TRANSCRIÇÃO E TRADUÇÃO
Resumidamente, a transcrição é a série de reações celulares que levam à formação de moléculas de RNA, começando com o DNA.
Já a tradução 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 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 mencionados acima como protagonistas (tRNA, mRNA, etc.):
- Um mRNA é uma molécula de RNA que codifica uma proteína. Em outras palavras, os mRNAs são as proteínas anteriores ao processo de tradução de nucleotídeos em aminoácidos de proteínas.
Os mRNAs sofrem várias modificações após sua transcrição. - Os TRNAs são moléculas de RNA não codificantes, mas, mesmo assim, essenciais para a formação de proteínas. Na verdade, eles desempenham um papel fundamental na decifração do que as moléculas de mRNA relatam.
O nome "RNA de transporte" deriva do fato de que esses RNAs carregam um aminoácido. Para ser mais preciso, cada aminoácido corresponde a um tRNA específico.
Os TRNAs interagem com o mRNA por meio de três nucleotídeos específicos em sua sequência. - RRNAs são as moléculas de RNA que compõem 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 sítios, onde é capaz de abrigar os tRNAs e fazer com que eles se encontrem 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 emenda de íntrons presentes no mRNA. Os íntrons são segmentos curtos de mRNA não codificante, inúteis para fins de síntese de proteínas.
- Ribozimas são moléculas de RNA que catalisam o corte de fitas de ribonucleotídeos, quando necessário.
Figura: tradução do mRNA.
