RNA

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Tema: RNA

RNA

Rio, 30 de Agosto de 2002

 

Introdução

Frederich Miescher verificou em 1865 a presença de ácidos associados a proteínas no núcleo dos glóbulos brancos do pus e de espermatozóides. Acreditando que esses ácidos só existissem no núcleo das células, foram denominados ácidos nucléicos. Porém, hoje já sabemos que podem ser encontrados nas mitocôndrias e nos cloroplastos.

Nos seres vivos, existem dois tipos básicos de ácidos nucléicos: o ácido desoxirribonucléico (DNA) e o ácido ribonucléico (RNA).

O RNA é uma molécula também formada por um açúcar (ribose), um grupo fosfato e uma base nitrogenada. Um grupo reunindo um açúcar, um fosfato e uma base, é um "nucleotídeo".

 

As bases nitrogenadas do RNA, assim como as do DNA, são classificadas em duas categorias. São as abaixo citadas:

Bases púricas

São a Adenina, representada pela letra A e a Guanina, representada pela letra G. Formadas por um anel de carbono e outro de nitrogênio.

Bases pirimídicas

São a Citosina, representada pela letra C e a Uracila, representada pela letra U. Formadas por um único anel de carbono e nitrogênio.

As bases nitrogenadas púricas e pirimídicas


Comparação entre DNA e RNA

Antes de começarmos a falar de Ácido Ribonucléico, faremos uma breve comparação entre esse e o Desoxiribonucléico (DNA), para, quando falarmos só de RNA, não haver nenhuma confusão entre os dois ácidos nucléicos.

1.1. DNA

Através de duas propriedades, replicação e Transcrição, determina os caracteres hereditários, além de transmiti-los de geração a geração. O DNA existe principalmente no núcleo das células, onde aparece na constituição química dos cromossomos, ocorrendo ainda no nucléolo. Também já foi localizado nos seguintes organóides: cloroplastos, mitocôndrias e centríolo.

1.2. RNA

Comanda a síntese protéica, processo onde atuam diferentes tipos de RNA. Assim, o RNAr (ribossômico) associado a proteínas entra na constituição dos ribossomos, organóides celulares onde os aminoácidos se encadeiam para formar proteínas. O RNAm (mensageiro) recebe do DNA, codificada, a seqüência de aminoácidos transmitindo-a para os ribossomos. Finalmente, o RNAt (transportador) transfere os aminoácidos do hialoplasma para os ribossomos que os encadeiam. O RNA é sintetizado no núcleo, acaba migrando para o citoplasma.

 

Esquema da síntese protéica

1.3. Principais diferenças entre DNA e RNA

As principais diferenças entre o RNA e o DNA são sutis, mas fazem com que o último seja mais estável do que o primeiro. Elas estão relacionadas a vários aspectos como mostra a tabela na próxima página.

Em relação à(s):

DNA

RNA

Pentose

Desoxirribose

Ribose

Bases púricas

Adenina e Guanina

Adenina e Guanina

Bases pirimídicas

Citosina e Timina

Citosina e Uracila

Estrutura

Duas cadeias Helicoidais

Uma cadeia

Enzima hidrolítica

Desoxirribonuclease (DNAase)

Ribonuclease (RNAase)

Origem

Replicação

Transcrição

Enzima sintética

DNA polimerase

RNA polimerase

Função

Informação genética

Síntese de proteínas

RNA e sua estrutura

O RNA é uma macromolécula de ácido nucléico, muito semelhante ao DNA, porém com propriedades diferentes. O RNA não é uma dupla hélice como o DNA, mas sim uma molécula unifilamentar. O RNA (ácido ribonucléico), como o nome já diz, contém um açúcar ribose, e não desoxirribose como o DNA. O RNA tem uma base pirimídica chamada de uracila, no lugar da timina do DNA, e que se liga, através de pontes de hidrogênio, com a adenina.

O processo da transcrição, ou seja, DNA formando RNA, está fundamentado na complementaridade das bases entre estas duas moléculas. Tal complementaridade do DNA com o RNA pode ser demonstrada pelo seguinte experimento: O DNA é desnaturado e misturado com o RNA. Ao ser resfriado alguns filamentos de RNA se helicoidizam a um DNA complementar, formando um híbrido DNA-RNA. Conclui-se, portanto, que este híbrido só foi possível porque existem certos trechos de seqüências de bases entre DNA e RNA que se complementam, daí supor-se a origem deste último a partir do DNA.

1.4. Transcrição

A transcrição consiste na síntese de RNA. Ela é realizada por um complexo enzimático cuja enzima chave é a RNA polimerase, composta de várias subunidades e que realiza a polimerização do RNA a partir de um molde de DNA.

Esse processo ocorre em três etapas principais, a iniciação, o alongamento e o término. A figura abaixo seguinte representa um esquema simplificado do processo.

Obs: A figura apresenta termos em inglês, mas a compreensão não é comprometida

A transcrição em eucariontes é bem mais complexa que em procariontes. Nos eucariontes a transcrição ocorre no núcleo, enquanto a tradução ocorre no citoplasma. Já nos procariontes tal separação celular não existe, sendo os dois processos muito bem acoplados no espaço. A separação temporal e espacial desses dois processos nos eucariontes permite a eles uma melhor regulação da expressão gênica.

Outra diferença é que o transcrito primário de RNAm dos eucariontes, ao contrário dos procariontes, é amplamente processado. O RNA nascente sofre uma série de alterações: aquisição de revestimento na sua extremidade 5’, cauda poli-A na extremidade 3’ e remoção exata de íntrons para a formação de RNAm’s maduros com mensagens contínuas. Alguns RNAm’s maduros chegam a ser até dez vezes menores em tamanho que seus precursores.

Esquema da transcrição e tradução em procariotas e eucariotas

1.5. Tradução

Com o término da transcrição, temos a formação de três tipos de RNA, os quais atuam em conjunto durante o processo da tradução. O RNA Mensageiro é a cópia do DNA com todas as informações genéticas que serão agora traduzidas em proteínas. O RNA Transportador é a molécula que transportará o aminoácido específico, durante a leitura do RNA Mensageiro. E o RNA ribossômico é uma das moléculas que compõe o ribossomo, organela celular responsável pela leitura do RNA mensageiro.

A tradução ou a síntese de proteínas pode ser vista como reações químicas que ocorrem entre os aminoácidos, moléculas de RNA transportador, o RNA mensageiro, os ribossomos, fatores protéicos adicionais, enzimas e íons inorgânicos.

Tipos de RNA

Falaremos agora dos principais tipos de RNA existentes. São eles o famoso RNA mensageiro, o ribossômico e o transportador.

1.6. RNA Ribossômico:

O RNA ribossômico, representado por RNAr, é encontrado, em associação com várias proteínas diferentes, na estrutura dos ribossomos, organelas responsáveis pela síntese protéica. Esse tipo de ácido ribonucléico corresponde a até 80% do total de RNA da célula.

1.7. RNA Transportador:

Este tipo de RNA, também chamado de RNA de Transferência ou de adaptador e representado por RNAt, é a menor molécula dos 3 tipos de RNA e está ligado de forma específica a cada um dos 20 aminoácidos encontrados nas proteínas. Correspondendo a 15% do RNA total da célula, faz extenso pareamento de bases intracadeia, e atua no posicionamento dos aminoácidos na seqüência prevista pelo código genético, no momento da síntese protéica

1.8. RNA Mensageiro:

Este está representado em cerca de 4% do RNA da célula total. É representado por RNAm.

A responsabilidade do RNA mensageiro é carregar a mensagem contida na molécula de DNA até os ribossomos citoplasmáticos. Assim, estabelece-se uma conexão entre genes e proteínas via uma molécula instável de RNA, cuja síntese e degradação podia ser perfeitamente regulada pela célula em resposta a suas necessidades, ocorrendo assim o verdadeiro molde para a síntese protéica.

Os RNA’s Mensageiros têm vários tamanhos e são constituídos por diferentes tipos de bases nitrogenadas, de acordo com a proteína a ser codificada.


Estrutura e mecanismos:

A transcrição pode ser entendida como o processo que forma a molécula de RNA Mensageiro (RNAm) a partir da molécula de DNA. De maneira geral os processos ocorridos incluem o corte e a reunião de segmentos internos do RNAm transcrito primário. Este ponto é de muita importância para a compreensão de como os genes estão organizados na molécula de DNA. A partir daí, sabe-se agora que os genes se encontram interrompidos, e não é uma seqüência linear contínua. Tal descoberta constitui uma das mais importantes da genética molecular.

Antes do advento das técnicas do DNA recombinante, a análise do RNAm transcrito primário ou RNAm heterogêneo nuclear sugeria uma falta de correspondência entre o mapa genético do DNA e a molécula transcrita primária do RNAm. Com o aprimoramento destas técnicas, tornou-se evidente que os RNA’s transcritos primários eram encurtados de alguma maneira, pela eliminação de segmentos internos, antes de serem enviados ao citoplasma para a síntese proteica. Estudos em eucariontes tem mostrado que os segmentos de DNA codificadores de determinada proteína são interrompidos por seqüências intercalares denominadas de íntrons, cuja função ainda é pouco conhecida. Durante o processo de formação do RNAm, este sofre uma série de reações de corte e reunião, analogamente a edição de um filme cinematográfico, onde determinados fotogramas são cortados e eliminados e o filme, reunido novamente. Neste processo, os íntrons são descartados do RNAm e as regiões codificadoras de proteínas, os éxons, são reunidas. Assim o RNAm está pronto para ser decodificado, formado agora por uma seqüência totalmente colinear para determinada proteína.

Hoje, o modelo que mais se aceita para fazer o mecanismo responsável pelo corte e pela reunião da molécula de RNAm, antes desta ser enviada ao citoplasma, é o chamado modelo de alça, onde a molécula é quebrada com a ajuda de determinadas proteínas, formando-se uma alça intermediária no corte dos transcritos primários de RNAm. Esta alça corresponde ao íntron a ser eliminado, ela será clivada em determinado ponto e, posteriormente, as duas pontas dos éxons serão unidas, sendo a alça descartada.

Uma descoberta importante com relação a este processo seria a primeira evidência de que o RNA pode funcionar como uma enzima catalisadora. Os experimentos com Tetrahymena (protozoário ciliado) têm demonstrado que o processo de corte e reunião para esta espécie é catalisado pela própria molécula do RNAm.

Assim, com a compreensão deste complexo mecanismo, sabe-se agora que os genes (eucarióticos) encontram-se interrompidos por seqüências de DNA que, aparentemente, não são traduzidas em proteínas. Durante a formação do RNAm, estes íntrons, como vimos acima, são cortados e eliminados, de modo a produzir a molécula final de RNAm, da qual será sintetizada a proteína. Portanto, pode-se agora nos perguntar porque o DNA evoluiu desta maneira com íntrons e éxons. Sabemos que em alguns casos uma mutação dentro de um íntron nada interfere com relação a síntese de proteínas. Já em outros casos, a remoção de um único íntron pode interferir. De acordo com Walter Gilbert, os éxons codificariam domínios discretos de proteínas. Durante a evolução da molécula de DNA ocorreriam episódios onde os éxons seriam embaralhados, o que promoveria uma evolução mais rápida das proteínas. Como conseqüência disto surgiriam os íntrons, considerados apenas como vestígios deste processo de embaralhamento. Isto não quer dizer que estes íntrons, equivocadamente denominados de "DNA-lixo", não têm função alguma. A função dos íntrons ainda é pouco conhecida, talvez possa estar relacionada ao controle da expressão de determinados genes.


Figuras complementares:

Pentose (C5H10O5) do RNA A única base do RNA não presente no DNA

 

Novamente, o esquema da transcrição e As bases formando o RNA depois tradução em proteínas

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