O que é ácido ribonucleico?

O ácido ribonucléico, ou RNA, é um dos dois tipos de ácidos nucléicos encontrados na vida na Terra. O outro, o ácido desoxirribonucléico (DNA), há muito assumiu um perfil mais elevado do que o RNA na cultura popular, nas mentes de observadores casuais e em outros lugares. O RNA, entretanto, é o ácido nucléico mais versátil; ele pega as instruções que recebe do DNA e as transforma em uma variedade de atividades coordenadas envolvidas na síntese de proteínas. Visto desta forma, o DNA pode ser visto como o presidente ou chanceler cuja contribuição, em última análise, determina o que acontece no nível dos eventos cotidianos, enquanto o RNA é o exército de soldados leais e trabalhadores braçais que realizam os trabalhos reais e exibem uma ampla gama de habilidades impressionantes no processar.

O RNA, como o DNA, é uma macromolécula (em outras palavras, uma molécula com um número relativamente grande de átomos individuais, ao contrário, digamos, do CO₂ ou H₂O) consistindo em um polímero ou cadeia de elementos químicos repetidos. Os "elos" dessa cadeia, ou mais formalmente os monômeros que compõem o polímero, são chamados de nucleotídeos. Um único nucleotídeo consiste, por sua vez, em três regiões químicas distintas, ou metades: um açúcar pentose, um grupo fosfato e uma base nitrogenada. As bases nitrogenadas podem ser uma de quatro bases diferentes: adenina (A), citosina (C), guanina (G) e uracila (U).

Adenina e guanina são quimicamente classificadas como purinas, enquanto a citosina e o uracil pertencem à categoria de substâncias chamadas pirimidinas. As purinas consistem principalmente de um anel de cinco membros unido a um anel de seis membros, enquanto as pirimidinas são consideravelmente menores e têm apenas um anel de seis carbonos. A adenina e a guanina são muito semelhantes em estrutura entre si, assim como a citosina e o uracil.

O açúcar pentose no RNA é ribose, que inclui um anel com cinco átomos de carbono e um átomo de oxigênio. O grupo fosfato está ligado a um átomo de carbono no anel de um lado do átomo de oxigênio, e a base nitrogenada está ligada ao átomo de carbono do outro lado do oxigênio. O grupo fosfato também se liga à ribose no nucleotídeo adjacente, então a ribose e a porção de fosfato de um nucleotídeo juntas formam a "espinha dorsal" do RNA.

As bases nitrogenadas podem ser consideradas como a parte mais crítica do RNA, porque são essas, em grupos de três em nucleotídeos adjacentes, que são de extrema importância funcional. Grupos de três bases adjacentes formam unidades chamadas códigos triplos, ou códons, que carregam sinais especiais para a máquina que reúne as proteínas usando as informações conectadas primeiro ao DNA e depois ao RNA. Sem esse código sendo interpretado como ele é, a ordem dos nucleotídeos seria irrelevante, como será descrito em breve.

Quando pessoas com um pouco de experiência em biologia ouvem o termo "DNA", é provável que uma das primeiras coisas que vem à mente seja a "dupla hélice". O distinto estrutura da molécula de DNA foi elucidada por Watson, Crick, Franklin e outros em 1953, e entre as descobertas da equipe foi que o DNA é de fita dupla e helicoidal em seu forma usual. O RNA, em contraste, é quase sempre de fita simples.

Além disso, como os nomes dessas respectivas macromoléculas indicam, o DNA contém um açúcar ribose diferente. Em vez de ribose, ele contém desoxirribose, um composto idêntico à ribose, exceto por ter um átomo de hidrogênio no lugar de um de seus grupos hidroxila (-OH).

Finalmente, enquanto as pirimidinas no RNA são citosina e uracila, no DNA elas são citosina e timina. Nos "degraus" da "escada" do DNA de fita dupla, a adenina se liga com e apenas com a timina, enquanto a citosina se liga com e apenas com a guanina. (Você pode pensar em uma razão arquitetônica para que as bases purinas se liguem apenas às bases pirimidinas no centro do DNA? Dica: os "lados" da escada devem permanecer separados por uma distância fixa.) Quando o DNA é transcrito e um fita complementar de RNA é criada, o nucleotídeo gerado através da adenina no DNA é uracila, não timina. Esta distinção ajuda a natureza a evitar confundir DNA e RNA em ambientes celulares em que coisas podem resultar do comportamento indesejado se as enzimas que operam no respectivo moléculas.

Embora apenas o DNA seja de fita dupla, o RNA é muito mais adequado para formar estruturas tridimensionais elaboradas. Isso permitiu que três formas essenciais de RNA se desenvolvessem nas células.

O RNA vem em três tipos básicos, embora também existam variedades adicionais muito obscuras.

RNA mensageiro (mRNA): As moléculas de mRNA contêm a sequência de codificação para proteínas. As moléculas de mRNA variam muito em comprimento, com eucariotos (essencialmente, a maioria dos seres vivos que não são bactérias) incluindo o maior RNA já descoberto. Muitas transcrições excedem 100.000 bases (100 quilobases ou kb) de comprimento.

RNA de transferência (tRNA): O tRNA é uma molécula curta (cerca de 75 bases) que transporta aminoácidos e os move para a proteína em crescimento durante a tradução. Acredita-se que os tRNAs tenham um arranjo tridimensional comum que se parece com uma folha de trevo na análise de raios-X. Isso é provocado pela ligação de bases complementares quando um filamento de tRNA se dobra sobre si mesmo, como uma fita adesiva colada a si mesma quando você acidentalmente junta as laterais de uma tira dela.

RNA ribossomal (rRNA): As moléculas de rRNA compreendem 65 a 70 por cento da massa da organela chamada de ribossomo, a estrutura que hospeda diretamente a tradução ou síntese de proteínas. Os ribossomos são muito grandes para os padrões celulares. Os ribossomos bacterianos têm pesos moleculares de cerca de 2,5 milhões, enquanto os ribossomos eucarióticos têm pesos moleculares cerca de uma vez e meia isso. (Para referência, o peso molecular do carbono é 12; nenhum elemento supera 300.)

Um ribossomo eucariótico, denominado 40S, contém um rRNA e cerca de 35 proteínas diferentes. O ribossomo 60S contém três rRNA e cerca de 50 proteínas. Os ribossomos são, portanto, uma mistura de ácidos nucléicos (rRNA) e os produtos proteicos que outros ácidos nucléicos (mRNA) carregam o código para criar.

Até recentemente, os biólogos moleculares presumiam que o rRNA desempenhava um papel principalmente estrutural. Informações mais recentes, no entanto, indicam que o rRNA nos ribossomos atua como uma enzima, enquanto as proteínas que o cercam atuam como um andaime.

A transcrição é o processo de sintetizar RNA a partir de um molde de DNA. Uma vez que o DNA é de fita dupla e o RNA é de fita simples, as fitas de DNA devem ser separadas antes que a transcrição possa ocorrer.

Alguma terminologia é útil neste ponto. Um gene, que todos já ouviram falar, mas poucos especialistas que não são da área de biologia podem definir formalmente, é apenas um trecho de DNA que contém tanto um molde para a síntese de RNA e sequências de nucleotídeos que permitem que a produção de RNA seja regulada e controlada a partir do molde região. Quando os mecanismos para a síntese de proteínas foram descritos pela primeira vez com precisão, os cientistas levantaram a hipótese de que cada gene correspondia a um único produto proteico. Por mais conveniente que seja (e por mais sentido que pareça superficialmente), a ideia se provou incorreta. Alguns genes não codificam proteínas de forma alguma e, em alguns animais, "splicing alternativo" em que o mesmo gene pode ser acionado para fazer proteínas diferentes em condições diferentes, parece ser comum.

A transcrição de RNA produz um produto que é complementar para o modelo de DNA. Isso significa que é uma espécie de imagem espelhada e, naturalmente, emparelharia com qualquer sequência idêntica ao modelo, graças às regras específicas de emparelhamento base-base observadas anteriormente. Por exemplo, a sequência de DNA TACTGGT é complementar à sequência de RNA AUGACCA, uma vez que cada base na primeira sequência pode ser emparelhado com a base correspondente na segunda sequência (note que U aparece no RNA onde T apareceria no DNA).

O início da transcrição é um processo complexo, mas ordenado. As etapas incluem:

1. As proteínas do fator de transcrição ligam-se a um promotor "a montante" da sequência a ser transcrita.
2. RNA polimerase (a enzima que monta novo RNA) se liga ao complexo promotor-proteína do DNA, que é mais ou menos como o interruptor de ignição de um carro.
3. O complexo RNA polimerase / promotor-proteína recém-formado separa as duas fitas complementares de DNA.
4. A RNA polimerase começa a sintetizar o RNA, um nucleotídeo de cada vez.

Ao contrário da DNA polimerase, a RNA polimerase não precisa ser "preparada" por uma segunda enzima. A transcrição requer apenas a ligação da RNA polimerase à área do promotor.

Os genes no DNA codificam moléculas de proteínas. Estes são os "soldados de infantaria" da célula, desempenhando as funções necessárias para sustentar a vida. Você pode pensar em carne, músculo ou um batido saudável quando pensa em uma proteína, mas a maioria das proteínas passa despercebida em sua vida cotidiana. Enzimas são proteínas - moléculas que ajudam a quebrar nutrientes, construir novos componentes celulares, montar ácidos nucléicos (por exemplo, DNA polimerase) e fazer cópias do DNA durante a divisão celular.

"Expressão do gene" significa fabricar a proteína correspondente do gene, se houver, e este processo complicado tem duas etapas principais. A primeira é a transcrição, detalhada anteriormente. Na tradução, as moléculas de mRNA recém-criadas saem do núcleo e migram para o citoplasma, onde os ribossomos estão localizados. (Em organismos procarióticos, os ribossomos podem se anexar ao mRNA enquanto a transcrição ainda está em andamento.)

Os ribossomos consistem em duas porções distintas: a subunidade grande e a subunidade pequena. Cada subunidade é geralmente separada no citoplasma, mas elas se unem em uma molécula de mRNA. As subunidades contêm um pouco de quase tudo já mencionado: proteínas, rRNA e tRNA. As moléculas de tRNA são moléculas adaptadoras: uma extremidade pode ler o código tripleto no mRNA (por exemplo, UAG ou CGC) por meio de emparelhamento de base complementar e a outra extremidade se liga a um aminoácido específico. Cada código tripleto é responsável por um dos aproximadamente 20 aminoácidos que constituem todas as proteínas; alguns aminoácidos são codificados por múltiplos trios (o que não é surpreendente, já que 64 trios são possíveis - quatro bases elevadas à terceira potência porque cada trinca tem três bases - e apenas 20 aminoácidos são necessário). No ribossomo, os complexos de mRNA e aminoacil-tRNA (pedaços de tRNA transportando um aminoácido) são mantidos muito próximos, facilitando o emparelhamento de bases. O rRNA catalisa a ligação de cada aminoácido adicional à cadeia crescente, que se torna um polipeptídeo e, finalmente, uma proteína.

Como resultado de sua capacidade de se organizar em formas complexas, o RNA pode atuar fracamente como uma enzima. Como o RNA pode armazenar informações genéticas e catalisar reações, alguns cientistas sugeriram um papel importante para o RNA no origem da vida, chamada de "mundo do RNA". Esta hipótese afirma que, muito longe na história da Terra, as moléculas de RNA tocaram todos os os mesmos papéis das moléculas de proteína e ácido nucleico desempenham hoje, o que seria impossível agora, mas poderia ter sido possível em um mundo pré-biótico. Se o RNA atuou como uma estrutura de armazenamento de informações e como a fonte da atividade catalítica necessária para as reações metabólicas básicas, ele pode ter precedeu o DNA em suas formas mais antigas (embora agora seja feito por DNA) e serviu como uma plataforma para o lançamento de "organismos" que são verdadeiramente auto-replicante.