Tipos e Estrutura de RNA

Características Gerais do RNA

Estrutura

O ácido ribonucleico (RNA) é um polímero de nucleótidos de cadeia única ligado através de ligações fosfodiéster 3’–5′.

Os nucleótidos são a unidade básica de qualquer ácido nucleico. Os nucleótidos do RNA são formados pelas seguintes partes:

1. Ribose (açúcar): Carbono 2′ ligado a um grupo hidroxil (OH).
   Nota: No ácido desoxirribonucleico (DNA), a palavra desoxirribose significa que não existe oxigénio (O) ligado ao carbono 2′.
2. Grupo fosfato: ligado ao carbono 5′ da ribose; liga-se com o OH do carbono 3′ do próximo nucleótido, formando uma ligação fosfodiéster
3. Base azotada: ligada ao carbono 1′ da ribose
   • Bases purinas:
     • Adenina
     • Guanina
   • Bases pirimidinas:
     • Citosina
     • Uracilo (Nota: Uracilo difere do DNA, que tem timina).

Componentes de ácido nucleico:

• Nucleobase: base azotada (adenina)
• Nucleosídeo: base azotada + açúcar (adenosina)
• Nucleótido: base azotada + açúcar + fosfato (adenosina monofosfato)
• Ácido nucléico: polímero de nucleótidos (RNA)

Função

• Síntese de proteínas (RNA mensageiro (mRNA), RNA de transferência (tRNA), RNA ribossomal (rRNA))
• Regulação da expressão génica (micro RNA (miRNA), pequeno RNA regulatório (sRNA), pequeno RNA de interferência (siRNA))
• Processamento de outros RNA (pequeno RNA nuclear (snRNA), pequeno RNA nucleolar (snoRNA))
• Catálise ou função metabólica (ribozimas)
• Material genético em alguns vírus
• Defesa do genoma (siRNA (RNA de interferência), RNA PIWI-interativo (piRNA) em eucariontes, CRISPR em procariontes)

RNA codificante versus RNA não codificante

• RNA codificante (traduzido em proteínas), como, por exemplo:
  • mRNA
  • RNA do genoma viral
• RNA não codificante (outros papéis na célula), como, por exemplo:
  • tRNA
  • rRNA
  • miRNA
  • snoRNA
  • snRNA

RNA Mensageiro (mRNA)

Estrutura

• Sequência de DNA codificante (SDC):
  • Divididos em 3 sequências de base conhecidas como codões (ver mnemónica); correspondem a aminoácidos específicos
  • Começa com um codão de iniciação (AUG)
  • Termina com um codão de terminação (UGA, UAA e UAG)
• Região não traduzida (RNT) ou sequências não codificantes (ver diferenças abaixo):
  • Cap 5′.
  • Cauda de poli-A 3′.
  • Sequência Shine-Dalgarno (em procariontes)

Mnemónica

Para lembrar os codões de iniciação de mRNA, use a mnemónica AUG (em inglês):

• “InAUGurates protein synthesis”
• “Are U Going”

Para lembrar os codões de finalização de mRNA, use as mnemónicas UGA, UAA, e UAG:

• “U Go Away”
• “U Are Away”
• “U Are Gone”

Função

O RNA mensageiro (mRNA) serve como um modelo aminoacídico para a síntese de proteínas.

• Durante a transcrição, o mRNA tem as seguintes características:
  • Complementa cadeia modelo ou “antisense” (facilitada pela enzima RNA polimerase)
  • Torna-se uma cópia da cadeia codificante (cadeia “sense”)
• O RNA mensageiro é sintetizado da extremidade 5′ para a extremidade 3′ (porque a RNA polimerase só pode adicionar nucleótidos à extremidade 3′ da cadeia do mRNA).
• O transcrito inicial é conhecido como RNA nuclear heterogéneo (hnRNA).
• O hnRNA processado, que tem a adição da cap 5′ e da cauda de poli-A 3′, seguida de splicing, torna-se mRNA.

mRNA procariótico versus mRNA eucariótico

mRNA procariótico

• Policistrónico:
  • Um mRNA = vários polipéptidos
  • Em bactérias, grupos de genes relacionados, ou operões, são transcritos em conjunto num único mRNA.
• A SDC é traduzida em proteínas imediatamente após ser sintetizado (sem modificações pós-transcricionais).
• A RNT 5′ contém uma sequência Shine-Dalgarno que ajuda a recrutar o ribossoma para o mRNA para a síntese de proteínas.

mRNA eucariótico

• Monocistrónico:
  • Um mRNA = um único polipéptido
  • Um códão de iniciação e de finalização, produzindo uma cadeia polipeptídica
• Modificado extensivamente antes de ser traduzido em proteínas:
  • Cap 5′ final: ligação de 7-metilguanosina
    • Ajuda no reconhecimento pela maquinaria de síntese proteica
    • Protege contra a degradação por exonucleases
  • A SDC sofre modificações, ou splicing, de intrões (segmentos não codificantes).
  • Adição da cauda de poli-A 3′: cadeia de moléculas de adenilato (mantêm a estabilidade do mRNA quando este sai do núcleo para o citosol)

Existe uma crença antiga de que aos procariontes não têm a cap 5′. Recentemente, no entanto, descobriu-se que algumas bactérias têm uma cap 5′ de nicotinamida adenina dinucleotídeo (NAD) :

• Parece proteger o RNA bacteriano da degradação
• A cap NAD 5′ encontrada em alguns eucariotas, de facto, promove a degradação em vez de proporcionar proteção.
• Cap 5′ de 7-metilguanosina de eucariontes: adicionada pós-transcrição
• A cap NAD 5′ em procariontes e eucariontes: adicionada na etapa de iniciação da transcrição

RNA de Transferência (tRNA)

Estrutura

• O RNA de transferência é um único polinucleótido composto por uma média de 75 nucleotídeos.
• Tem bases modificadas como inosina, dihidrouridina, e pseudouridina
• O enrolamento distinto cria uma forma bidimensional parecida com uma folha de trevo.
• A estrutura tridimensional ou terciária do tRNA é, na verdade, em forma de L.
• As partes do tRNA consistem em:
  • Haste aceitadora:
    • Contém a sequência 3′ CCA (citosina-citosina-adenina):
      • Local de fixação de aminoácidos
      • Forma uma ligação covalente a um aminoácido específico pela aminoacil-tRNA sintetase
    • A haste aceitadora também contém partes da extremidade 5′ do tRNA.
  • Loop anticodão:
    • A sequência de 3 bases é complementar ao código tripleto do mRNA para o aminoácido específico.
  • Braço D (contém dihidrouridina) e braço T (loop de pseudouridina) ou braço TΨC (timidina-pseudouridina-citidina):
    • Acredita-se que o braço D seja um local de reconhecimento da aminoacil-tRNA sintetase.
    • O braço T ajuda na fixação do ribossoma.
  • Loop variável:
    • Pode ou não estar presente; permite a classificação posterior do tRNA

Função

O RNA de transferência transporta aminoácidos para ribossomas para montagem em proteínas. Este processo é conduzido por estas 2 ações principais:

• Liga-se quimicamente a um aminoácido específico:
  • A especificidade é graças à enzima aminoacil-tRNA sintetase:
    • Cada enzima reconhece apenas um aminoácido e o tRNA correspondente.
    • 20 enzimas aminoacil-tRNA sintetase correspondem a cada um dos 20 aminoácidos.
    • tRNA não carregado: sem aminoácidos ligados
    • tRNA carregado: aminoácido ligado
  • A aminoacril-tRNA sintetase liga o aminoácido ao terminal 3′ da haste aceitadora do tRNA.
• Forma pares de base com o codão no mRNA:
  • Via loop anticodão do tRNA
  • Determina o aminoácido a transportar para o ribossoma para a montagem de proteínas
  • Um tRNA transporta um aminoácido específico, mas um tRNA pode ler mais do que um codão.
  • Um aminoácido pode ser codificado por mais do que um codão (degeneração do codão):
    • Exemplo: 1 tRNA = 1 aminoácido (Phe) = codões diferentes, mas as mesmas 2 primeiras bases: UUU, UUC
  • As 2 primeiras bases de codão: bases principais determinantes para os aminoácidos
  • Entre a 3.ª base do codão e a 1.ª base do anticodão complementar do tRNA, é possível mais do que um par de bases:
    • Pode seguir um par de bases atípico (wobbling)
    • Exemplo: A inosina (I), uma base modificada encontrada no tRNA, emparelha-se com o uracil (U), adenina (A), e citosina (C).

RNA Ribossomal (rRNA)

Estrutura

Os ribossomas consistem em 2 subunidades de rRNA de tamanho desigual, e as dimensões são medidas em termos de um valor “S” (Svedberg ou unidade de sedimentação):

• Com base numa medida de velocidade de sedimentação numa centrífuga (valor “S” mais alto = sedimentação mais rápida = maior massa)
• Portanto, os valores “S” são não aditivos.
• Ribossomas procarióticos: 70S compostos por 50S (subunidade grande) e 30S (subunidade pequena)
• Ribossomas eucarióticos: 80S constituído por 60S (subunidade grande) e 40S (subunidade pequena)
• Tem 3 locais de ligação de tRNA funcionalmente distintos:
  • Local aminoacil (A) (aceita o aminoacil tRNA proveniente)
  • Local peptidil (P) (para o peptidil tRNA ao qual a cadeia polipeptídica em crescimento está ligada)
  • Local de Saída (E) (onde o tRNA desacilado sai do ribossoma)

Função

• A forma mais abundante de RNA em células vivas (cerca de 80% do RNA total numa dada célula)
• Serve como um esqueleto das subunidades ribossomais
• O RNA ribossomal associa-se a proteínas para formar ribossomas (o local da síntese de proteínas).
• Catalisa reações químicas específicas (ribozimas: “ribo-” que atua como en-“zimas”)
• O maior rRNA 23S (procariontes) e 28S (eurcarionte) na subunidade grande do ribossoma:
  • A ribozima mais importante
  • O RNA ribossomal é uma peptidil transferase (catalisa a formação da ligação peptídica entre aminoácidos para formar proteínas).
• Note as diferenças:
  • RNA ribossomal: rRNA
  • Ribossoma: rRNA + proteínas
  • Ribozima: rRNA com atividade enzimática, que catalisa a síntese de proteínas em ribossomas

Outras Formas de RNA

Processamento de RNA

Pequeno RNA nuclear:

• RNA não codificante (eucariontes)
• Associa-se com proteínas para formar pequenas ribonucleoproteínas nucleares (snRNP):
  • Pequenas ribonucleoproteínas nucleares (snRNP) + proteína = spliceossoma
  • Os spliceossomas cortam intrões a partir de um pré-mRNA transcrito (splicing).
  • Cruciais para o processamento de rRNA e mRNA e regulação génica

Pequeno RNA nucleolar:

• RNA não codificante (eucariontes)
• Modifica os nucleótidos de RNA

Regulação génica

Micro RNA:

• RNA não codificante (eucariontes)
• Regula a degradação e tradução do mRNA
• A expressão anormal de miRNA pode contribuir para o desenvolvimento da malignidade (funcionando como oncogenes ou supressores tumorais).

Pequeno RNA regulatório:

• RNA não codificante (procariontes)
• Regulação génica

6sRNA:

• Regulação da transcrição

Defesa do genoma

Pequeno RNA de interferência:

• RNA não codificante (eucariontes)
• RNA de silenciamento
• Trabalha na via do RNA de interferência (RNAi) (com miRNA)
• Defesa contra o RNA externo

RNA de interação PIWI:

• RNA não codificante (eucariontes)
• Regula a expressão génica e combate a infeção viral

CRISPR (crRNA):

• RNA não codificante (procariontes)
• Defesa contra DNA e RNA externos

Outras ribozimas

Ribonuclease P (RNAse P):

• Corta o pré-tRNA para gerar a extremidade 5′ livre do tRNA maturado

Intrões “self-splicing”:

• Intrões nos genes atuam como ribozimas com atividade de nuclease.

Viroide:

• RNA não codificante
• RNA nu em plantas
• Corta-se a si próprio durante o ciclo replicativo de viroides