RNA mensageiro Definição
Ácidos ribonucleicos mensageiros (mRNAs) transferem a informação do DNA para a maquinaria celular que produz proteínas. Encaixado firmemente em cada núcleo celular, que mede apenas 10 microns de diâmetro, é um “manual de instruções” de três metros de comprimento de ADN de cadeia dupla sobre como construir e manter um corpo humano. Para que cada célula mantenha sua estrutura e desempenhe todas as suas funções, ela deve fabricar continuamente peças específicas do tipo celular (proteínas). Dentro de cada núcleo, uma proteína de múltiplas subunidades chamada RNA polimerase II (RNAP II) lê o DNA e simultaneamente fabrica uma “mensagem” ou transcrição, que é chamada de RNA mensageiro (mRNA), em um processo chamado transcrição. As moléculas de mRNA são compostas por feixes relativamente curtos e únicos de moléculas feitas de adenina, citosina, guanina e bases de uracilo mantidas juntas por uma espinha dorsal de fosfato de açúcar. Quando a RNA polimerase termina de ler uma secção do ADN, a cópia pré-mRNA é processada para formar mRNA maduro e depois transferida para fora do núcleo celular. Os ribossomos lêem o mRNA e traduzem a mensagem em proteínas funcionais em um processo chamado tradução. Dependendo da estrutura e função da proteína recém-sintetizada, ela será modificada pela célula, exportada para o espaço extra-celular ou permanecerá dentro da célula. O diagrama abaixo mostra a transcrição (DNA->RNA) ocorrendo no núcleo da célula onde RNAP é a enzima RNA polimerase II que sintetiza o RNA.
Precursor mRNA contém introns e exons. Os introns são removidos antes da tradução, enquanto os exons codificam a seqüência de aminoácidos das proteínas. Para fazer mRNA maduro, a máquina celular remove os introns “não traduzíveis” do pré-mRNA, deixando apenas sequências de exons traduzíveis no mRNA.
Tipos de mRNA
Pre-mRNA e hnRNA
Precursor mRNA (pré-mRNA) é a transcrição primária do mRNA eucariótico à medida que sai do modelo de ADN. Pré-mRNA é parte de um grupo de RNAs chamado RNA nuclear heterogêneo (hnRNA). hnRNA refere-se a todo RNA de uma única cadeia localizada dentro do núcleo da célula onde ocorre a transcrição (DNA->RNA) e o pré-mRNA forma uma grande parte destes ácidos ribonucleicos. O pré-mRNA contém sequências que precisam ser removidas ou “emendadas” antes de serem traduzidas em uma proteína. Estas seqüências podem ser removidas através da atividade catalítica do próprio RNA, ou através da ação de uma estrutura multi-proteica chamada spliceosome. Após esta etapa de processamento, o pré-mRNA é considerado como uma transcrição madura do mRNA.
O diagrama abaixo descreve a estrutura do pré-mRNA. O pré-mRNA inclui introns e pode ou não incluir a tampa de 5′ e cauda de 3′ poly-adenylated:
MRNA monocistrônico
Uma molécula de mRNA monocistrônico contém a codificação das seqüências exon para uma única proteína. A maioria dos mRNA eucarióticos são monocistrônicos.
MRNA bicistrônico
Uma molécula de mRNA bicistrônico contém as seqüências codificadoras de exon para duas proteínas.
MRNA policistrónico
Uma molécula de mRNA policistrónico contém as sequências de codificação do exão para múltiplas proteínas. A maioria do mRNA de bactérias e bacteriófagos (vírus que vivem em hospedeiros bacterianos) são policistrônicas.
Prokaryotic vs. mRNA eucariótico
MRNAs procarióticos policistrónicos contêm múltiplos locais para iniciar e terminar a síntese de proteínas. Os eucariotas têm apenas um local para início de translação e os mRNAs eucarióticos são principalmente monocistrônicos. Os procariotas não possuem organelas e um envelope nuclear bem definido e, portanto, a translação do mRNA pode ser acoplada à transcrição do mRNA no citoplasma. Nos eucariotas, o mRNA é transcrito nos cromossomos do núcleo e, após o processamento, é transportado através de poros nucleares e para o citoplasma. O mRNA procariótico é constantemente degradado por ribonucleases, enzimas que cortam o RNA. Por exemplo, a meia-vida do mRNA na E. Coli é de aproximadamente dois minutos. Os mRNA bacterianos são de curta duração para permitir flexibilidade no ajuste às condições ambientais em rápida mudança. Os mRNAs eucarióticos são mais estáveis metabolicamente. Por exemplo, precursores de hemácias de mamíferos (reticulócitos), que perderam seus núcleos, sintetizam a hemoglobina por vários dias, traduzindo mRNAs que foram transcritos quando o núcleo ainda estava presente. Finalmente, os mRNAs dos procariotas são submetidos a um processamento mínimo. Na eucariotas, o pré-mRNA deve ser processado antes de ser traduzido, envolvendo a remoção de introns, a adição da tampa de 5′ e da cauda poli-adenilada de 3′ antes que o mRNA maduro seja formado e pronto para ser traduzido.
Funções do mRNA
A função primária do mRNA é atuar como intermediário entre a informação genética no DNA e a seqüência de aminoácidos das proteínas. mRNA contém códons que são complementares à seqüência de nucleotídeos no DNA modelo e direciona a formação de aminoácidos através da ação de ribossomos e tRNA. mRNA também contém múltiplas regiões reguladoras que podem determinar o tempo e a taxa de tradução. Além disso, assegura que a tradução prossiga de forma ordenada porque contém locais para o acoplamento de ribossomos, tRNA assim como várias proteínas auxiliares.
Proteínas produzidas pelas células desempenham uma variedade de papéis, seja como enzimas, moléculas estruturais ou como máquinas de transporte para vários componentes celulares. Algumas células também são especializadas para secretar proteínas, como as glândulas que produzem enzimas digestivas ou hormônios que influenciam o metabolismo do organismo inteiro.
mRNA Tradução
mRNA pode ser traduzido em ribossomos livres no citoplasma com a ajuda de moléculas de transferência de RNA (tRNA) e múltiplas proteínas chamadas fatores de iniciação, alongamento e terminação. As proteínas que são sintetizadas em ribossomos livres no citoplasma são muitas vezes utilizadas pela célula no próprio citoplasma ou visadas para uso dentro de organelas intracelulares. Alternativamente, proteínas que precisam ser secretadas começam a ser traduzidas no citoplasma, mas assim que os primeiros resíduos são traduzidos, proteínas específicas transportam toda a máquina de tradução para a membrana do retículo endoplasmático (ER). Os poucos aminoácidos iniciais são incorporados na membrana do RE e o resto das proteínas é libertado no espaço interior do RE. A sequência curta é retirada das proteínas que precisam ser secretadas da célula, enquanto as destinadas às membranas internas retêm esse trecho curto fornecendo uma âncora de membrana.
Acima de 200 doenças estão associadas a defeitos no processamento do pré-mRNA a mRNA. Mutações no DNA ou máquinas de emenda afetam principalmente a precisão da emenda do pré-mRNA. Por exemplo, uma sequência anormal de DNA pode eliminar, enfraquecer ou ativar locais de emenda ocultos no pré-mRNA. Da mesma forma, se a máquina de emenda não estiver funcionando corretamente, o emenda pode cortar o pré-RNA de forma incorreta, independentemente da seqüência. Essas mutações resultam no processamento de pré-mRNA para mRNAs que irão codificar proteínas com mau funcionamento. Os próprios mRNAs anormais também são, às vezes, os alvos da decomposição dos mRNAs mediados pelo absurdo, bem como da degradação co-transcritiva dos pré-mRNAs nascentes. As células derivadas de pacientes com uma variedade de doenças incluindo progeria, câncer de mama e fibrose cística apresentam defeitos de emenda de RNA, sendo o câncer e doenças neuropatológicas os mais comuns.
- Ribossoma – Ribossomas são enzimas compostas de muitas proteínas que catalisam a síntese de proteínas do mRNA no processo de translação. Os ribossomos existem livremente no citoplasma celular ou permanecem ligados ao retículo endoplasmático.
- RNAP II – RNA Polimerase II é uma enzima composta de muitas proteínas que lê o DNA e sintetiza o RNA no núcleo celular num processo chamado transcrição.
- Transcrição – Transcrição é a síntese de RNA a partir do DNA por RNA polimerase.
- Tradução – Tradução é a síntese de proteínas de mRNA envolvendo ribossomos e outras proteínas.
Quiz
1. As moléculas de mRNA maduro são curtas, de fio simples e contêm os seguintes componentes:
A. adenina, citosina, guanina e uracil, exons, 5′-cap e 3′-tail de polietileno
B. adenina, citosina, guanina e uracilo, introns, exons, 5′-cap e 3′- rabo de pólen
C. adenina, citosina, guanina e uracilo, introns
D. introns, 5′-cap e 3′-bo de pólen
2. Diga a localização e a maquinaria celular envolvida na transcrição e tradução do mRNA.
A. Transcrição ocorre no núcleo através da ação dos ribossomos; tradução ocorre no citoplasma, através do RNAP II.
B. Transcrição ocorre no núcleo através da ação do RNAP II; translação ocorre no citoplasma ou no retículo endoplasmático através da ação do ribossomo.
C. A transcrição ocorre na membrana celular através da ação do RNAP II; a tradução ocorre no citoplasma através da ação de fatores de tradução.
D. Nenhuma das anteriores está correta.
3. Quais das seguintes afirmações são verdadeiras sobre as diferenças entre mRNA eucariótico e procariótico?
A. Ao contrário das eucariotas que transcrevem no núcleo e traduzem no citoplasma, procariotas, transcrevem e traduzem o mRNA simultaneamente no citoplasma.
B. O mRNA procariótico é primariamente policistrônico e o mRNA eucariótico é primariamente monocistrônico.
C. Os mRNAs bacterianos são de curta duração para permitir flexibilidade em ambientes em rápida mudança, enquanto os mRNAs eucarióticos são estáveis até alguns dias.
D. Todos os mRNAs acima estão corretos.
4. O que acontece durante a importante etapa de processamento de pré-mRNA para mRNA?
A. Introns não-codificadores são removidos ou “emendados”.
B. O mRNA é traduzido em proteína.
C. O pré-mRNA é exportado do núcleo.
D. Todos os acima.