MRNA: Definição, Função e Estrutura

O RNA, ou ácido ribonucléico, é um dos dois ácidos nucléicos encontrados na natureza. O outro, o ácido desoxirribonucléico (DNA), certamente está mais fixo na imaginação. Mesmo as pessoas com pouco interesse em ciência têm a impressão de que o DNA é vital na transmissão de características de um geração para a próxima, e que o DNA de cada ser humano é único (e, portanto, é uma má ideia partir em um crime cena). Mas para toda a notoriedade do DNA, o RNA é uma molécula mais versátil, vindo em três formas principais: RNA mensageiro (mRNA), RNA ribossômico (rRNA) e RNA de transferência (tRNA).

O trabalho do mRNA depende fortemente dos outros dois tipos, e o mRNA está diretamente no centro do chamado dogma central da biologia molecular (DNA gera RNA, que por sua vez gera proteínas).

O DNA e o RNA são ácidos nucléicos, o que significa que são macromoléculas poliméricas, cujos constituintes monoméricos são chamados de nucleotídeos. Os nucleotídeos consistem em três porções distintas: um açúcar pentose, um grupo fosfato e uma base nitrogenada, selecionada entre quatro opções. Um açúcar pentose é um açúcar que inclui uma estrutura em anel de cinco átomos.

Três diferenças principais distinguem o DNA do RNA. Primeiro, no RNA, a porção de açúcar do nucleotídeo é a ribose, enquanto no DNA é a desoxirribose, que é simplesmente ribose com um grupo hidroxil (-OH) removido de um dos carbonos no anel de cinco átomos e substituído por um átomo de hidrogênio (-H). Assim, a porção de açúcar do DNA é apenas um átomo de oxigênio menos massivo do que o RNA, mas o RNA é uma molécula quimicamente mais reativa do que o DNA por causa de seu grupo extra-OH. Em segundo lugar, o DNA é, notoriamente, de fita dupla e enrolado em uma forma helicoidal em sua forma mais estável de. 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 dessas bases no DNA é a timina (T), enquanto no RNA é o uracila (U).

Como o DNA é de fita dupla, os cientistas sabem desde meados dos anos 1900 que essas bases nitrogenadas formam pares com e apenas com um 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 de pirimidinas. Como as purinas são substancialmente maiores do que as pirimidinas, um emparelhamento A-G seria excessivamente volumoso, enquanto um emparelhamento C-T seria incomumente subdimensionado; ambas as situações seriam prejudiciais para as duas fitas do DNA de fita dupla, estando à mesma distância em todos os pontos ao longo das duas fitas.

Por causa desse esquema de emparelhamento, as duas fitas de DNA são chamadas de "complementares" e a sequência de uma pode ser prevista se a outra for conhecida. Por exemplo, se uma cadeia de dez nucleotídeos em uma fita de DNA tem a sequência de bases AAGCGTATTG, a fita de DNA complementar terá a sequência de bases TTCGCATAAC. Como o RNA é sintetizado a partir de um molde de DNA, isso também tem implicações para a transcrição.

O mRNA é a forma mais "semelhante ao DNA" de ácido ribonucléico porque sua função é basicamente a mesma: transmitir a informação codificado em genes, na forma de bases nitrogenadas cuidadosamente ordenadas, para a maquinaria celular que monta 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, a estrutura do RNA permaneceu indefinida, apesar dos esforços de alguns dos mesmos especialistas em DNA para descrevê-la. Na década de 1960, ficou claro que embora o RNA seja de fita simples, sua estrutura secundária - ou seja, a relação da sequência de nucleotídeos uns aos outros conforme o RNA serpenteia através do espaço - implica que comprimentos de RNA podem dobrar de volta em si mesmos, com bases na mesma fita, ligando-se, assim, umas às outras da mesma forma que um pedaço de fita adesiva pode grudar em si mesmo se você permitir torção. Esta é a base para a estrutura cruzada do tRNA, que inclui três curvas de 180 graus que criam o equivalente molecular de cul-de-sacs na molécula.

O rRNA é um pouco diferente. Todo o rRNA é derivado de um monstro de uma fita de rRNA com cerca de 13.000 nucleotídeos de comprimento. Após uma série de modificações químicas, essa fita é clivada em duas subunidades desiguais, uma chamada 18S e a outra marcada como 28S. ("S" significa "unidade de Svedberg", uma medida que os biólogos usam para estimar indiretamente a massa das macromoléculas.) A porção 18S é incorporada ao que é chamada de subunidade ribossômica pequena (que quando completa é na verdade 30S) e a parte 28S contribui para a subunidade grande (que no total tem um tamanho de DECADA DE 50); todos os ribossomos contêm uma de cada subunidade junto com várias proteínas (não os ácidos nucléicos, que tornam as proteínas possíveis) para fornecer aos ribossomos integridade estrutural.

As fitas de DNA e RNA têm ambas as chamadas extremidades 3 'e 5' ("três linha" e "cinco linha") com base nas posições das moléculas ligadas à porção de açúcar da fita. Em cada nucleotídeo, o grupo fosfato está ligado ao átomo de carbono marcado como 5 'em seu anel, enquanto o carbono 3' apresenta um grupo hidroxila (-OH). Quando um nucleotídeo é adicionado a uma cadeia de ácido nucléico em crescimento, 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) de seu grupo fosfato; portanto, uma molécula de H₂O, ou água, é perdido para o meio ambiente neste processo, tornando a síntese de RNA um exemplo de síntese por desidratação.

A transcrição é o processo no qual o mRNA é sintetizado a partir de um molde de DNA. Em princípio, dado o que você sabe agora, você pode facilmente imaginar como isso acontece. O DNA é de fita dupla, de modo que cada fita pode servir como molde para o RNA de fita simples; essas duas novas fitas de RNA, devido aos caprichos do emparelhamento de bases específico, serão complementares entre si, não que se liguem. A transcrição do RNA é muito semelhante à replicação do DNA em que as mesmas regras de pareamento de base se aplicam, com U tomando o lugar de T no RNA. Observe que essa substituição é um fenômeno unidirecional: T no DNA ainda codifica para A no RNA, mas A no DNA codifica para U no RNA.

Para que a transcrição ocorra, a dupla hélice do DNA deve se desenrolar, o que acontece sob a direção de enzimas específicas. (Posteriormente, ele reassume sua conformação helicoidal adequada.) Depois que isso acontece, uma sequência específica apropriadamente chamada de sequência promotora sinaliza onde a transcrição deve começar ao longo da molécula. Isso convoca ao cenário molecular uma enzima chamada RNA polimerase, que a essa altura faz parte de um complexo promotor. Tudo isso ocorre como uma espécie de mecanismo bioquímico à prova de falhas para evitar que a síntese de RNA comece no ponto errado do DNA e, assim, produza uma fita de RNA que contém um código ilegítimo. A RNA polimerase "lê" a fita de DNA começando na sequência do promotor e se move ao longo da fita de DNA, adicionando nucleotídeos à extremidade 3 'do RNA. Esteja ciente de que as fitas de RNA e DNA, por serem complementares, também são antiparalelas. Isso significa que conforme o RNA cresce na direção 3 ', ele se move ao longo da fita de DNA na extremidade 5' do DNA. Este é um ponto menor, mas muitas vezes confuso para os alunos, portanto, você pode consultar um diagrama para ter certeza de que compreende a mecânica da síntese de mRNA.

As ligações criadas entre os grupos fosfato de um nucleotídeo e o grupo de açúcar do próximo são chamadas ligações fosfodiéster (pronuncia-se "fosfodiéster", não "fosfodiéster", pois pode ser tentador presumir).

A enzima RNA polimerase vem em muitas formas, embora as bactérias incluam apenas um único tipo. É uma grande enzima, consistindo de quatro subunidades de proteínas: alfa (α), beta (β), beta-prime (β ′) e sigma (σ). Combinados, eles 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 de holoenzima, quando todas as quatro subunidades são presente, é responsável por reconhecer as sequências promotoras no DNA e separar os dois DNA vertentes. A RNA polimerase se move ao longo do gene a ser transcrito à medida que adiciona nucleotídeos ao segmento crescente de RNA, um processo denominado alongamento. Este processo, como muitos dentro das células, requer trifosfato de adenosina (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 um semáforo verde em um semáforo, a sequência de terminação é o análogo de um semáforo vermelho ou sinal de stop.

Quando uma molécula de mRNA que carrega as informações de uma proteína específica - isto é, um pedaço de mRNA correspondente a um gene - está completa, ela ainda precisa ser processado antes de estar pronto para fazer seu trabalho de entrega de um projeto químico para os ribossomos, onde a síntese de proteínas leva Lugar, colocar. Em organismos eucarióticos, ele também migra para fora do núcleo (procariotos não têm núcleo).

De maneira crítica, as bases nitrogenadas carregam informações genéticas em grupos de três, chamados de códons tripletos. Cada códon carrega instruções para adicionar um determinado aminoácido a uma proteína em crescimento. Assim como os nucleotídeos são as unidades monoméricas dos ácidos nucléicos, 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, há 64 códons tripletos no total disponíveis (4³ = 64). Ou seja, começando com AAA, AAC, AAG, AAU e indo até UUU, são 64 combinações. Os humanos, entretanto, usam apenas 20 aminoácidos. Como resultado, o código tripleto é considerado redundante: na maioria dos casos, vários tripletos codificam para o mesmo aminoácido. O inverso não é verdadeiro - ou seja, o mesmo trio não pode codificar mais de um aminoácido. Você provavelmente pode imaginar o caos bioquímico que se seguiria de outra forma. Na verdade, os aminoácidos leucina, arginina e serina têm, cada um, seis tripletos correspondentes a eles. 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 estendida de RNA. Como ocorre em ribossomos, obviamente envolve o uso de rRNA. As moléculas de tRNA, descritas anteriormente como pequenos cruzamentos, são responsáveis ​​por transportar aminoácidos individuais para o local de tradução no ribossomo, com cada aminoácido carregado por sua própria marca específica de tRNA escolta. Assim como a transcrição, a tradução tem fases de iniciação, alongamento e terminação, e no final da síntese de uma molécula de proteína, o a proteína é liberada do ribossomo e empacotada nos corpos de Golgi para uso em outro lugar, e o próprio ribossomo se dissocia em seu componente subunidades.