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Ácido ribonucleico

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«ARN» redirige aqui. Para outras acepciones, veja-se ARN (desambiguación).
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O ácido ribonucleico (ARN ou RNA, de RiboNucleic Acid, seu nome em inglês) é um ácido nucleico formado por uma corrente de ribonucleótidos. Está presente tanto nas células procariotas como nas eucariotas, e é o único material genético de certo vírus (vírus ARN). O ARN celular é linear e de fibra singela, mas no genoma de algum vírus é de dupla fibra.

Nos organismos celulares desempenha diversas funções. É a molécula que dirige as etapas intermediárias da síntese proteica; o DNA não pode actuar só, e se vale do ARN para transferir esta informação vital durante a síntese de proteínas (produção das proteínas que precisa a célula para suas actividades e seu desenvolvimento). Vários tipos de ARN regulam a expressão genética, enquanto outros têm actividade catalítica. O ARN é, pois, bem mais versátil que o DNA.

Conteúdo

Descoberta e história

Estrutura química de um ribonucleótido.

Os ácidos nucleicos foram descobertos em 1868 por Friedrich Miescher, que os chamou nucleína já que os isolou do núcleo celular.[1] Mais tarde, comprovou-se que as células procariotas, que carecem de núcleo, também continham ácidos nucleicos. O papel do ARN na síntese de proteínas foi suspeitado em 1939 . [2] Severo Ochoa ganhou o Prêmio Nobel de Medicina em 1959 depois de descobrir como se sintetizava o ARN.[3]

Em 1965 Robert W. Holley achou a sequência de 77 nucleótidos de um ARN de transferência de um fermento,[4] com o que obteve o Prêmio Nobel de Medicina em 1968 . Em 1967 , Carl Woese comprovou as propriedades catalíticas de alguns ARN e sugeriu que as primeiras formas de vida usaram ARN como portador da informação genética tanto como catalizador de suas reacções metabólicas (hipóteses do mundo de ARN).[5] [6] Em 1976 , Walter Fiers e seus colaboradores determinaram a sequência completa do ARN do genoma de um vírus ARN (bacteriófago MS2).[7]

Em 1990 descobriu-se em Petunia que genes introduzidos podem silenciar genes similares da mesma planta, o que conduziu à descoberta do ARN interferente.[8] [9] Aproximadamente ao mesmo tempo acharam-se o micro ARN, pequenas moléculas de 22 nucleótidos que tinham algum papel no desenvolvimento de Caenorhabditis elegans.[10] O deescubrimiento de ARN que regulam a expressão genética tem permitido o desenvolvimento de medicamentos feitos de ARN, como os ARN pequenos de interferência que silenciam genes.[11]

Estrutura química

Comparativa entre ARN e DNA.

Como o DNA, o ARN está formado por uma corrente de monómeros repetitivos chamados nucleótidos. Os nucleótidos unem-se um depois de outro mediante enlaces fosfodiéster carregados negativamente.

A cada nucleótido um está formado por uma molécula de monosacárido de cinco carbonos (pentosa) telefonema ribosa (desoxirribosa no DNA), um grupo fosfato, e um de quatro possíveis compostos nitrogenados chamados bases: adenina, guanina, uracilo (timina no DNA) e citosina.

Comparação entre o ARN e o DNA
ARN DNA
Pentosa Ribosa Desoxirribosa
Purinas Adenina e Guanina Adenina e Guanina
Pirimidinas Citosina e Uracilo Citosina e Timina

Os carbonos da ribosa se numeran de 1' a 5' em sentido horário. A base nitrogenada une-se ao carbono 1'; o grupo fosfato une-se ao carbono 5' e ao carbono 3' da ribosa do seguinte nucleótido. O fosfato tem um ónus negativo a pH fisiológico o que confere ao ARN carácter polianiónico. As bases púricas (adenina e guanina) podem formar pontes de hidrógeno com as pirimidínicas (uracilo e citosina) segundo o esquema C=G e A=Ou.[12] Ademais, são possíveis outras interacções, como o empilhamento de bases[13] ou tetrabucles com apareamientos G=A.[12]

Muitos ARN contêm além dos nucleótidos habituais, nucleótidos modificados, que se originam por transformação dos nucleótidos típicos; são carcaterísticos dos ARN de transferência (ARNt) e o ARN ribosómico (ARNr); também se encontram nucleótidos metilados no ARN mensageiro eucariótico.[14]

Estrutura secundária

Apareamiento de bases complementares em um ARN de fibra única.

A diferença do DNA, as moléculas de ARN são de corrente simples e não costumam formar duplas hélices extensas. Não obstante, sim se pliega como resultado da presença de regiões curtas com apareamiento intramolecular de bases, isto é, pares de bases formados por sequências complementares mais ou menos distantes dentro da mesma fibra. O ARNt possuem aproximadamente o 60% de bases juntadas em quatro braços com estrutura de dupla hélice.[14]

Uma importante característica estrutural do ARN que o distingue do DNA é a presença de um grupo hidroxil em posição 2' da ribosa, que causa que as duplas hélices de ARN adoptem uma conformación A ,em vez da conformación B que é a mais comum no DNA.[15] Esta hélice A tem um surco maior muito profundo e estreito e um surco menor amplo e superficial.[16] Uma segunda consequência da presença de dito hidroxilo é que os enlaces fosfodiéster do ARN das regiões em que não se forma dupla hélice são mais susceptíveis de hidrólisis química que os do DNA; os enlaces fosfodiéster do ARN se hidrolizan rapidamente em dissolução alcalina, enquanto os enlaces do DNA são estáveis.[17] A vida média das moléculas de ARN é bem mais corta que as do DNA, de uns minutos em alguns ARN bacterianos ou de uns dias nos ARNt humanos.[14]

Estrutura terciária

Estrutura terciária de um ARNt

A estrutura terciária do ARN é o resultado do empilhamento de bases e dos enlaces por ponte de hidrógeno entre diferentes partes da molécula. Os ARNt são um bom exemplo; em dissolução, estão dobrados em forma de L" compacta estabilizada por apareamientos de Watson e Crick convencionais (A=Ou, C=G) e por interacções de bases entre duas ou mais nucleótidos, como tripletes de bases; as bases podem doar átomos de hidrógeno para unir ao esqueleto fosfodiéster; o OH do carbono 2' da ribosa é também um importante dador e aceptor de hidrógenos.

Biosíntesis

Artigo principal: Transcrição genética

A biosíntesis de ARN está catalizada normalmente pela enzima ARN polimerasa que usa uma fibra de DNA como molde, processo conhecido com o nome de transcrição. Por tanto, todos os ARN celulares provem de cópias de genes presentes no DNA.

A transcrição começa com o reconhecimento por parte da enzima de um promotor, uma sequência característica de nucleótidos no DNA situada dantes do segmento que vai a transcribirse; a dupla hélice do DNA é aberta pela actividade helicasa da própria enzima. A seguir, a ARN polimerasa progride ao longo da fibra de DNA em sentido 3' → 5', sintetizando uma molécula complementar de ARN; este processo conhece-se como elongación, e o crescimento da molécula de ARN se produz em sentido 5' → 3'. A sequência de nucleótidos do DNA determina também onde acaba a síntese do ARN, graças a que possui sequências características que a ARN polimerasa reconhece como sinais de terminação.[18]

Depois da transcrição, a maioria dos ARN são modificados por enzimas. Por exemplo, ao pré-ARN mensageiro eucariota recém transcrito acrescenta-se-lhe um nucleótido de guanina modificado no extremo 5', que se conhece "capucha" ou "caperuza", e uma longa sequência de nucleótidos de adenina no extremo 3' (bicha poli-A); posteriormente eliminam-se-lhe os intrones (segmentos não codificantes) em um processo conhecido como splicing.

Em vírus, há também várias ARN polimerasas ARN-dependentes que usam ARN como molde para a síntese de novas moléculas de ARN. Por exemplo, vário vírus ARN, como os poliovirus, usam este tipo de enzimas para replicar seu genoma.[19] [20]

Tipos de ARN

O ARN mensageiro (ARNm) é o tipo de ARN que leva a informação do DNA aos ribosomas, o lugar da síntese de proteínas. A sequência de nucleótidos do ARNm determina a sequência de aminoácidos da proteína.[21] Por isso, o ARNm é denominado ARN codificante.

Não obstante, muitos ARN não codifican proteínas, e recebem o nome de ARN não codificantes; originam-se a partir de genes próprios (genes ARN), ou são os intrones recusados durante o processo de splicing . São ARN não codificantes o ARN de transferência (ARNt) e o ARN ribosómico (ARNr), que são elementos fundamentais no processo de tradução, e diversos tipos de ARN reguladores.[22]

Certos ARN não codificantes, denominados ribozimas, são capazes de catalizar reacções químicas como cortar e unir outras moléculas de ARN,[23] ou formar enlaces peptídicos entre aminoácidos no ribosoma durante a síntese de proteínas.[24]

ARN implicados na síntese de proteínas

Ribosoma 50S mostrando o ARNr (amarelo), as proteínas (azul) e o centro activo, a adenina 2486 (vermelho).

ARN reguladores

Muitos tipos de ARN regulam a expressão genética graças a que são complementares de regiões específicas do ARNm ou de genes do DNA.

ARN com actividade catalítica

Transformação de uridina em pseudouridina, uma modificação comum do ARN.

ARN mitocondrial

A mitocondrias têm seu próprio aparelho de síntese proteica, que inclui ARNr (nos ribosomas), ARNt e ARNm. Os ARN mitocondriales (ARNmt ou mtARN) representam o 4% do ARN celular total. São transcritos por uma ARN polimerasa mitocondrial específica.[14]

Genomas de ARN

O DNA é a molécula portadora da informação genética em todos os organismos celulares, mas, ao igual que o DNA, o ARN pode guardar informação genética. O vírus ARN carecem por completo de DNA e seu genoma está formado por ARN, o qual codifica as proteínas do vírus, como as da cápside e algumas enzimas. Ditos enzimas realizam a replicação do genoma vírico. Os viroides são outro tipo de patogénicos que consistem exclusivamente em uma molécula de ARN que não codifica nenhuma proteína e que é replicado pela maquinaria da célula hospedadora.[49]

Hipótese do mundo de ARN

Artigo principal: Hipótese do mundo de ARN

A hipótese do mundo de ARN propõe que o ARN foi a primeira forma de vida na Terra, desenvolvendo posteriormente uma membrana celular a seu arredor e se convertendo assim na primeira célula. Baseia-se na verificação de que o ARN pode conter informação genética, de um modo análogo a como o faz o DNA, e que alguns tipos são capazes de levar a cabo reajas metabólicas, como autocorte ou formação de enlaces peptídicos.

Durante anos especulou-se em que foi primeiro, o DNA ou as enzimas, já que as enzimas se sintetizam a partir do DNA e a síntese de DNA é levada a cabo por enzimas. Se supõe-se que as primeiras formas de vida usaram o ARN tanto para armazenar sua informação genética como realizar sua metabolismo, se supera este escollo. Experimentos com os ribozimas básicos, como o ARN viral Q-beta, têm demonstrado que as estruturas de ARN autorreplicantes singelas podem resistir inclusive a fortes pressões selectivas (como os terminadores de corrente de quiralidad oposta).[50]

Problemas de nomenclatura

Ainda que em todo mundo hispano ARN significa "Ácido Ribonucleico", internacionalmente essas siglas significam "Adenosín RiboNucleótido". Deve-se ter em conta que o mundo da investigação se move em inglês, e nesse idioma qualquer que veja ARN entenderá Adenosín Ribonucleótido, sendo o ácido ribonucleico RNA.

Referências

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Veja-se também

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