O RNA, ou ácido ribonucleico, é um dos dois ácidos nucleicos encontrados na natureza. O outro, o ácido desoxirribonucléico (DNA), é certamente mais fixo na imaginação. Mesmo as pessoas com pouco interesse na ciência têm a noção de que o DNA é vital na transmissão de características de uma geração para a seguinte, e que o DNA de todo ser humano é único (e, portanto, é uma má idéia deixar na cena do crime). Mas, apesar de toda a notoriedade do DNA, o RNA é uma molécula mais versátil, apresentando três formas principais: RNA mensageiro (mRNA), RNA ribossômico (rRNA) e RNA de transferência (tRNA).
O trabalho do mRNA depende muito nos outros dois tipos, e o mRNA encontra-se diretamente no centro do chamado dogma central da biologia molecular (o DNA gera RNA, que por sua vez gera proteínas).
Ácidos Nucleicos: Uma Visão Geral
DNA e RNA são ácidos nucleicos, o que significa que são macromoléculas de polímero, cujos constituintes monoméricos são chamados nucleotídeos. Os nucleotídeos consistem em três porções distintas: um açúcar pentose, um grupo fosfato e uma base nitrogenada, selecionados dentre quatro opções. Um açúcar pentose é um açúcar que inclui uma estrutura de anel de cinco átomos.
Três grandes diferenças distinguem DNA de RNA. Primeiro, no RNA, a porção de açúcar do nucleotídeo é ribose, enquanto no DNA é desoxirribose, que é simplesmente ribose com um grupo hidroxila (-OH) removido de um dos carbonos do anel de cinco átomos e substituído por um hidrogênio átomo (-H). Assim, a porção de açúcar do DNA é apenas um átomo de oxigênio menos massivo que o RNA, mas o RNA é uma molécula muito mais quimicamente reativa que o DNA, devido ao seu único grupo extra-OH. Segundo, o DNA é, bastante famoso, de fita dupla e enrolado em uma forma helicoidal em sua forma mais estável. O RNA, por outro lado, é de fita simples. E terceiro, enquanto o DNA e o RNA apresentam as bases nitrogenadas adenina (A), citosina (C) e guanina (G), a quarta base no DNA é a timina (T), enquanto no RNA é o uracilo (U). >
Como o DNA é de fita dupla, os cientistas sabem desde meados do século XX que essas bases nitrogenadas emparelham-se com e somente com outro tipo de base; A pares com T e C pares com G. Além disso, A e G são classificados quimicamente como purinas, enquanto C e T são chamados pirimidinas. Como as purinas são substancialmente maiores que as pirimidinas, um emparelhamento A-G seria excessivamente volumoso, enquanto um emparelhamento C-T seria incomumente subdimensionado; ambas as situações seriam perturbadoras, pois as duas cadeias do DNA de fita dupla estão na mesma distância em todos os pontos ao longo das duas cadeias.
Devido a esse esquema de emparelhamento, as duas cadeias de DNA são chamadas de "complementares , "e a sequência de uma pode ser prevista se a outra for conhecida. Por exemplo, se uma sequência de dez nucleotídeos em uma cadeia de DNA tiver a sequência base AAGCGTATTG, a cadeia complementar de DNA terá a sequência base TTCGCATAAC. Como o RNA é sintetizado a partir de um modelo de DNA, isso também tem implicações na transcrição.
Estrutura básica do RNA O RNAm é a forma mais "semelhante ao DNA" do ácido ribonucleico, porque seu trabalho é basicamente o mesmo: transmitir a informação codificada nos genes, na forma de bases nitrogenadas cuidadosamente ordenadas, para a maquinaria celular que reúne as proteínas. Mas também existem vários tipos vitais de RNA.
A estrutura tridimensional do DNA foi elucidada em 1953, dando a James Watson e Francis Crick um Prêmio Nobel. Mas, durante anos depois, a estrutura do RNA permaneceu ilusória, apesar dos esforços de alguns dos mesmos especialistas em DNA para descrevê-lo. Na década de 1960, ficou claro que, embora o RNA seja de fita simples, sua estrutura secundária - isto é, a relação da sequência de nucleotídeos entre si à medida que o RNA atravessa o espaço - implica que comprimentos de RNA podem se dobrar. em si mesmos, com bases no mesmo fio, ligando um ao outro da mesma maneira que um pedaço de fita adesiva pode grudar em si mesmo se você permitir que ele dobre. Essa é a base para a estrutura semelhante ao tRNA, que inclui três curvas de 180 graus que criam o equivalente molecular de becos sem saída na molécula.
O rRNA é um pouco diferente. Todo rRNA é derivado de um monstro de uma cadeia de rRNA com cerca de 13.000 nucleotídeos. Após várias modificações químicas, esse fio é clivado em duas subunidades desiguais, uma chamada 18S e a outra 28S. ("S" significa "unidade de Svedberg", uma medida que os biólogos usam para estimar indiretamente a massa de macromoléculas.) A porção 18S é incorporada à chamada subunidade ribossômica pequena (que quando concluída é na verdade 30S) e a parte 28S contribui para a subunidade grande (cujo total tem tamanho 50S); todos os ribossomos contêm uma de cada subunidade, juntamente com um número de proteínas (não ácidos nucleicos, que tornam as proteínas possíveis) para fornecer ribossomos com integridade estrutural.
As cadeias de DNA e RNA têm o que chamamos de 3 'e 5 '("três primos" e "cinco primos") termina com base nas posições das moléculas ligadas à porção de açúcar da fita. Em cada nucleotídeo, o grupo fosfato é ligado ao átomo de carbono marcado com 5 'em seu anel, enquanto o carbono 3' apresenta um grupo hidroxil (-OH). Quando um nucleotídeo é adicionado a uma cadeia crescente de ácido nucleico, isso sempre ocorre na extremidade 3 'da cadeia existente. Ou seja, o grupo fosfato na extremidade 5 'do novo nucleotídeo é unido ao carbono 3' que caracteriza o grupo hidroxila antes que essa ligação ocorra. O -OH é substituído pelo nucleotídeo, que perde um próton (H) do seu grupo fosfato; assim, uma molécula de H <2>, ou água, é perdida para o meio ambiente nesse processo, tornando a síntese de RNA um exemplo de síntese de desidratação.
Transcrição: Codificando a mensagem no mRNA
A transcrição é o processo no qual o mRNA é sintetizado a partir de um modelo de DNA. Em princípio, dado o que você sabe agora, você pode visualizar facilmente como isso acontece. O DNA é de fita dupla, de modo que cada fita pode servir como modelo para o RNA de fita única; esses dois novos filamentos de RNA, devido aos caprichos do emparelhamento de bases específico, serão complementares entre si, não que eles se unam. A transcrição do RNA é muito semelhante à replicação do DNA, na qual se aplicam as mesmas regras de emparelhamento de bases, com U substituindo T no RNA. Observe que essa substituição é um fenômeno unidirecional: T no DNA ainda codifica A no RNA, mas A no DNA codifica U no RNA.
Para que ocorra a transcrição, a dupla hélice do DNA deve se desenrolar, o que faz sob a direção de enzimas específicas. (Mais tarde, ele assume novamente sua conformação helicoidal adequada.) Depois disso, uma sequência específica chamada apropriadamente de sequência promotora sinaliza onde a transcrição deve começar ao longo da molécula. Isso convoca para a cena molecular uma enzima chamada RNA polimerase, que neste momento faz parte de um complexo promotor. Tudo isso ocorre como uma espécie de mecanismo bioquímico à prova de falhas para impedir que a síntese de RNA comece no local errado no DNA e, assim, produza uma cadeia de RNA que contém um código ilegítimo. A RNA polimerase "lê" a cadeia de DNA começando na sequência do promotor e se move ao longo da cadeia de DNA, adicionando nucleotídeos à extremidade 3 'do RNA. Esteja ciente de que as cadeias de RNA e DNA, por serem complementares, também são antiparalelas. Isso significa que, à medida que o RNA cresce na direção 3 ', ele se move ao longo da fita de DNA na extremidade 5' do DNA. Esse é um ponto menor, mas muitas vezes confuso, para os alunos. Portanto, convém consultar um diagrama para garantir a compreensão da mecânica da síntese de mRNA.
As ligações criadas entre os grupos fosfato de um nucleotídeo e o açúcar O grupo seguinte é chamado de ligação fosfodiéster (pronuncia-se "fos-pho-die-es-ter", não "phos-pho-dee-ster", como pode ser tentador assumir).
O RNA da enzima A polimerase ocorre de várias formas, embora as bactérias incluam apenas um tipo. É uma enzima grande, constituída por quatro subunidades proteicas: alfa (α), beta (β), beta-prime (β ′) e sigma (σ). Combinados, estes têm um peso molecular de cerca de 420.000 Daltons. (Para referência, um único átomo de carbono tem um peso molecular de 12; uma única molécula de água, 18; e uma molécula inteira de glicose, 180.) A enzima, chamada holoenzima quando todas as quatro subunidades estão presentes, é responsável por reconhecer o promotor seqüências no DNA e separando as duas cadeias de DNA. A RNA polimerase se move ao longo do gene a ser transcrito, à medida que adiciona nucleotídeos ao crescente segmento de RNA, um processo chamado alongamento. Esse processo, como muitos dentro das células, requer adenosina trifosfato (ATP) como fonte de energia. O ATP nada mais é do que um nucleotídeo contendo adenina que possui três fosfatos em vez de um.
A transcrição cessa quando a RNA polimerase em movimento encontra uma sequência de terminação no DNA. Assim como a sequência do promotor pode ser vista como o equivalente a uma luz verde em um semáforo, a sequência de terminação é análoga a uma luz vermelha ou sinal de parada.
Tradução: Decodificando a mensagem do mRNA
Quando uma molécula de mRNA que transporta as informações de uma proteína específica - ou seja, um pedaço de mRNA correspondente a um gene - é concluída, ela ainda precisa ser processada antes de estar pronta para fazer seu trabalho de fornecer um plano químico para os ribossomos, Nos organismos eucarióticos, ele também migra para fora do núcleo (os procariontes não têm um núcleo).
Criticamente, as bases nitrogenadas transportam informações genéticas em grupos de três, chamados códons tripletos. Cada códon carrega instruções para adicionar um aminoácido específico a uma proteína em crescimento. Assim como os nucleotídeos são as unidades monoméricas dos ácidos nucleicos, os aminoácidos são os monômeros das proteínas. Como o RNA contém quatro nucleotídeos diferentes (devido às quatro bases diferentes disponíveis) e um códon consiste em três nucleotídeos consecutivos, existem 64 códons tripletos totais disponíveis (4 <3> 64). Ou seja, começando com AAA, AAC, AAG, AAU e trabalhando até UUU, existem 64 combinações. Os seres humanos, no entanto, fazem uso de apenas 20 aminoácidos. Como resultado, o código de trigêmeos é considerado redundante: na maioria dos casos, vários trigêmeos codificam o mesmo aminoácido. O inverso não é verdadeiro - ou seja, o mesmo trigêmeo não pode codificar mais de um aminoácido. Você provavelmente pode imaginar o caos bioquímico que aconteceria de outra maneira. De fato, os aminoácidos leucina, arginina e serina têm seis trigêmeos correspondentes a cada um. Três códons diferentes são códons STOP, semelhantes às sequências de terminação da transcrição no DNA.
A tradução em si é um processo altamente cooperativo, reunindo todos os membros da família de RNA estendida. Por ocorrer nos ribossomos, obviamente envolve o uso de rRNA. As moléculas de tRNA, descritas anteriormente como cruzamentos minúsculos, são responsáveis por transportar aminoácidos individuais para o local de tradução no ribossomo, com cada aminoácido transportado por sua própria marca específica de escolta de tRNA. Como a transcrição, a tradução tem fases de iniciação, alongamento e terminação e, no final da síntese de uma molécula de proteína, a proteína é liberada do ribossomo e empacotada nos corpos de Golgi para uso em outros lugares, e o próprio ribossomo se dissocia em suas subunidades componentes.
