Funções, estrutura e tipos Arn

Ele RNA ou RNA (ácido ribonucleico) é um tipo de ácido nucleico presente em organismos eucarióticos, prokaryot e vírus. É um polímero nucleotídico que contém quatro tipos de bases de nitrogênio em sua estrutura: adenina, guanina, citosina e uracil.

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

Os RNAs ribossômicos fazem parte dos ribossomos, as estruturas responsáveis ​​pela síntese de proteínas nas células. O RNA mensageiro funciona como intermediários e informações genéticas para o ribossomo, que traduz a mensagem de uma sequência de nucleotídeos para um aminoácido.

RNAs de transferência são responsáveis ​​por ativar e transferir os diferentes tipos de aminoácidos -20 em ribossomas totais. Existe uma molécula de RNA de transferência para cada aminoácido que reconhece a sequência no RNA do Mensageiro.  

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

Estrutura

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

Nucleotídeos

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

As bases derivadas de purinas são adenina e guanina e as bases derivadas de pirimidinas são citosina e uracil. Embora estes sejam as bases mais comuns, os ácidos nucleicos também podem apresentar outros tipos de bases que são menos frequentes.

Quanto à pentose, eles são unidades D-ribyan. Portanto, os nucleotídeos que compõem o RNA são chamados de "ribonucleotídeos".

Cadeia de RNA

Os nucleotídeos são unidos juntos por links químicos que envolvem o grupo de fosfato. Para formá-los, o grupo de 5 'de fosfato de um nucleotídeo está ligado ao grupo hidroxil (-OH) na extremidade 3' do seguinte nucleotídeo, criando assim um link do tipo fosfodiester.

Em toda a cadeia de ácido nucleico, as ligações de fosfodiester têm a mesma orientação. Portanto, existe uma polaridade da fita, distinguindo entre 3 'e o fim 5'.

Por convenção, a estrutura dos ácidos nucleicos é representada com o final 5 'à esquerda e o 3' direito.

O produto de RNA da transcrição do DNA é uma cadeia de banda simples que se transforma à direita, em uma conformação helicoidal devido ao empilhamento das bases. A interação entre as purinas é muito maior que a interação entre duas pirimidinas, devido ao tamanho do mesmo.

No RNA, você não pode falar sobre uma estrutura secundária tradicional e de referência, como a hélice dupla de 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 no outro. Este fenômeno também contribui para a estabilidade da hélice do DNA.

Se a molécula de RNA encontrar uma sequência complementar, poderá ser acoplada e formar uma estrutura de corrente dupla que se transforma à direita. A forma predominante é do tipo A; Quanto às formas z, elas apenas evidenciaram em laboratório, enquanto a forma B não foi observada.

Geralmente, existem sequências curtas (como Uugg) que estão localizadas no final do RNA e têm a peculiaridade de formar rotações estábulo. Esta sequência participa da dobra da estrutura tridimensional do RNA.

Além disso, as pontes de hidrogênio podem ser formadas em outros lugares que não são típicos acasalamento básico (Au e CG). Uma dessas interações ocorre entre o 2'-oh da ribosa com outros grupos.

Elucidar as várias estruturas encontradas no RNA serviu para demonstrar as múltiplas funções deste ácido nucleico.

Tipos e funções de RNA

Existem dois tipos de RNA: informativo e funcional. Os RNAs que participam da síntese de proteínas pertencem ao primeiro grupo e funcionam como intermediários do processo; RNAs informativos são RNA mensageiro.

Por outro lado, 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.

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

Também existem pequenos RNAs nucleares, pequenos rnas citoplasmáticos e microarn, entre outros. Cada um dos tipos mais importantes será descrito em detalhes:

RNA mensageiro

Nos eucariotos, o DNA é confinado no núcleo, enquanto a síntese de proteínas ocorre no citoplasma celular, onde os ribossomos são encontrados. Para esta separação espacial, deve haver um mediador que carregue a mensagem do núcleo para o citoplasma e que a molécula é o RNA do Mensageiro.

O RNA mensageiro, RNM abreviado, é uma molécula intermediária que contém as informações codificadas no DNA e especifica uma sequência de aminoácidos que darão origem a uma proteína funcional.

O termo RNA mensageiro foi proposto em 1961 por François Jacob e Jacques Monod para descrever a parte do RNA que transmitiu a mensagem do DNA para os ribosomas.

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

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

Transcrição

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

Em Escherichia coli -As bactérias mais bem estudadas em ciências biológicas- a transcrição começa com os inúteis. A enzima RNA polimerase é responsável por sintetizar o RNA e, à medida que a transcrição continua, a fita de DNA retorna à sua forma original.

Iniciação, alongamento e rescisão

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

As sequências em que os fatores de transcrição são acoplados são bastante preservados entre espécies diferentes. Uma das seqüências de promoção mais conhecidas é a caixa Tata.

No alongamento, a enzima RNA polimerase adiciona novos nucleotídeos à extremidade 3'-OH, seguindo o endereço 5 'a 3'. O grupo hidroxila atua como um nucleófilo, atacando o fosfato alfa do nucleotídeo que será adicionado. Esta reação libera um pirofosfato.

Apenas um dos fios de DNA é usado para sintetizar o RNA mensageiro, que é copiado no endereço 3 'a 5' (a forma antiparalela da nova cadeia de RNA). O nucleotídeo que será adicionado deve cumprir o acasalamento da base: u espera 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

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

Quando um RNM codifica exclusivamente para uma proteína ou polipeptídeo, é chamado de mRNA monocistrônico, mas se você codificar para mais de um produto de proteína, o ARNM é poliestônico (observe que, neste contexto, o termo cistron se refere ao gene).

Transcrição em eucariotos

Nos organismos eucarióticos, a grande maioria dos RNAs é monocistrona e as máquinas transcricionais é muito mais complexa é essa linhagem de organismos. Eles são caracterizados por ter três polimerase, denotados I, II e III RNAs, cada um com funções específicas.

O I é responsável por sintetizar o pré-Arnr, o II sintetiza os RNAs do Mensageiro e alguns RNAs especiais. Finalmente, o III é responsável pelos RNAs de transferência, do 5S ribossômico e outros pequenos RNA.

RNA mensageiro em eucariotos

O RNA Messenger sofre uma série de modificações específicas em eucariotos. O primeiro envolve a adição de uma "caperuza" ao extremo 5 '. Quimicamente, a Caperuza é um resíduo de 7-metilguanina ancorado até o final por um link do tipo 5, 5'-trifersão.

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

Além disso, ocorre a remoção da extremidade 3 'e o desperdício de adenina é adicionado de 80 para 250. Essa estrutura é conhecida como Polia "Tail" e serve como uma zona de união para várias proteínas. Quando um procarsotas adquire uma cauda de polia tende a estimular sua degradação.

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Por outro lado, este mensageiro é transcrito com os íntrons. Intrones são seqüências de DNA que não fazem parte do gene, mas que "interromper" disse a sequência. Intrones não se traduzem e, portanto, devem ser eliminados do mensageiro.

A maioria dos genes de vertebrados tem íntrons, com exceção dos genes que eles codificam para histonas. Da mesma forma, o número de íntrons em um gene pode variar de alguns a dezenas.

Splicing de RNA

Os sPlaciamento de RNA ou processo de corte e emenda consiste na eliminação de íntrons no RNA do Mensageiro.

Alguns íntrons encontrados em genes nucleares ou mitocondriais podem realizar o processo de Splicing Sem enzima ou ajuda ATP. Em vez disso, o processo é realizado por reações de transcessões. Este mecanismo foi descoberto no protozoário ciliado Tetrahymena thermophila.

Por outro lado, há outro grupo de mensageiros que não são capazes de mediar seus próprios Splicing, Então eles precisam de máquinas adicionais. Este grupo pertence um número bastante alto de genes nucleares.

O processo de Splicing É mediado por um complexo proteico chamado explictossoma ou complexo de corte e articulação. O sistema é composto de complexos de RNA especializados chamados ribonucleoproteínas pequenas nucleares (RNP).

Existem cinco tipos de RNP: U1, U2, U4, U5 e U6, que estão no núcleo e mediam o processo de Splicing.

Ele Splicing pode produzir mais de um tipo de proteína -isso é conhecido como Splicing Alternativo-, como os exons são fixos diferencialmente, criando variedades de mensageiros do ARN.

RNA ribossômico

O RNA ribossômico, RNR abreviado, é encontrado em 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,. Eles são classificados dependendo de seu coeficiente de sedimentação, indicado pelas cartas das unidades Svedberg.

Um ribossomo consiste em duas partes: a subunidade principal e a subunidade menor. Ambas as subunidades diferem entre procariontes e eucariotos em termos de coeficiente de sedimentação.

Os procariontes têm uma grande subunidade dos anos 50 e uma pequena.

Os genes que codificam RNAs ribossômicos estão no nucléolo, uma área específica do núcleo que não é membrana. RNAs ribossômicos são transcritos nesta região pela RNA polimerase I.

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

Processamento de RNA ribossômico

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

Nos eucariotos superiores, o pré-Arnr é codificado em uma unidade transcricional 45S, que envolve a RNA polimerase I. Esta transcrição é processada em costelas ribossômicas maduras 28s, 18s e 5.8s.

Ao continuar a síntese, o pré-Arnr está associado a diferentes proteínas e formulários de partículas de ribonucleoproteínas. Isso 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 mudanças ocorrerão são controladas por mais de 150 moléculas de pequenos RNAs nucleolares, que têm a capacidade de ingressar no pré-Arnr.

Ao contrário do restante do pré-Arnr, os 5s são transcritos pela RNA polimerase III no nucleoplasma e não dentro do nucléolo. Depois de ser sintetizado, é levado ao nucléolo para se reunir com os 28s e 5.8s, formando 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, juntando -se a mais de um ribossomo. À medida que o processo de tradução avança, o fim do mensageiro é gratuito e pode ser capturado por outro ribossomo, iniciando uma nova síntese.

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

Transferir RNA

O RNA de transferência é responsável pela transferência de aminoácidos à medida que o processo de síntese de proteínas avança. Eles são compostos de aproximadamente 80 nucleotídeos (comparados ao RNA mensageiro, é uma molécula "pequena").

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A estrutura tem dobras e cruzamentos que lembram um trevo com três braços. Em uma extremidade, um anel de adenil está localizado, onde o grupo hidroxila da ribosa meios da 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 fundamentais de proteínas. O complexo de RNA de transferência junto com o aminoácido é chamado de amininoacil-arnt.

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

Para reconhecer o tipo de aminoácido que deve ser entregue, o RNA tem um "anticódon" localizado na região média da molécula. Este anticódon é capaz de formar ligações de hidrogênio com as bases complementares presentes no DNA do Mensageiro.

Microarn

Microarn ou rnami são um único tipo de cadeia, entre 21 e 23 nucleotídeos, cuja função é regular a expressão de genes. Como a proteína não é traduzida, geralmente é chamado de RNA não codificante.

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

Microarn surgem de precursores mais longos chamados RNEMI-PRI, derivados da primeira transcrição do gene. No núcleo da célula, esses precursores são modificados no complexo do microprocessador e o resultado é um pré-Arnmi.

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

Esses RNAs são capazes de regular a expressão gênica, pois são complementares a RNA de mensageiros específicos. Quando eles se anexam ao seu alvo, o RNEM é capaz de reprimir o mensageiro ou até degradá -lo. Consequentemente, o ribossomo não pode traduzir o referido transcrito.

RNA de silenciamento

Um tipo específico de microarn é um pequeno RNA de interferência (Arnsi), também chamado de RNA de silenciamento. Eles são RNA curto, entre 20 a 25 nucleotídeos, o que dificulta a expressão de certos genes.

Eles 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 nucleicos e possam parecer muito parecidos com a 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 uma banda dupla em seu material genético.

Nos nucleotídeos do 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 do fosfodiester no esqueleto e o RNA do DNA é propensa a um processo lento de hidrólise e sem a presença de enzimas. Nas condições de alcalinidade, o RNA é rapidamente hidrolisado -obrigado ao grupo hidroxila extra -enquanto o DNA não.

Da mesma forma, as bases de nitrogênio que compõem os nucleotídeos no DNA são guanina, adenina, timina e citosina; Por outro lado, no RNA, Timina é substituída por Uracil. Uracil pode acasalar com adenina, assim como Timina no DNA.

Origem e evolução

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

A descoberta das ribzimas levou à redefinição bioquímica da "enzima" -desde antes do termo ser usado exclusivamente para proteínas com atividade catalítica -e ajudou a apoiar um cenário em que as primeiras maneiras de vida usadas como material genético apenas arn RNA.

Referências

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