O que é um rRNA e como ele é construído? Neste artigo explicamos tudo sobre a formação, tipos e função do rRNA.
O RNA ribossômico, ou rRNA abreviado, é o RNA encontrado nos ribossomos. Está, portanto, envolvido na estrutura e função dos ribossomos . Ele é lido a partir do DNA (a seção de DNA chamada rDNA) usando a enzima RNA polimerase I.
Existem diferentes formas em eucariotos : O rRNA 28S, 18S, 5.8S e 5S. Os três primeiros foram feitos por processamento do pré-rRNA 45S original. ‘S’ denota o tamanho da molécula, expresso em Svedberg (uma unidade de medida para o coeficiente de sedimentação de uma molécula em uma centrífuga). O rRNA 5S foi lido fora do núcleo da célula pela RNA polimerase III.
O rRNA 28S, 5.8S e 5S junto com 49 proteínas formam a grande subunidade 60S de um ribossomo, o rRNA 18S junto com 33 proteínas a subunidade 40S pequena. Ambas as subunidades juntas formam um ribossomo 80S, como encontrado em eucariotos. Os rRNAs têm funções catalíticas na biossíntese de proteínas, que ocorre nos ribossomos.
O tamanho do rRNA pode ser usado para determinar relações em diferentes organismos, uma vez que o rRNA ocorre em todas as células vivas e tem a mesma função em todos os seres vivos. Presumivelmente, já estava presente nas primeiras células vivas e, portanto, é usado para classificar organismos na história do desenvolvimento.
rRNA simplesmente explicado
O rRNA (= RNA ribossomal) é um tipo de RNA que, juntamente com as proteínas ribossomais, representa o bloco de construção básico dos ribossomos . Os rRNAs são produzidos pela enzima RNA polimerase I durante a transcrição . O projeto deste RNA é encontrado no DNA .
Existem diferentes rRNAs que diferem em comprimento e massa. Os ribossomos dos procariontes têm rRNAs diferentes dos ribossomos dos eucariotos . O RNA ribossômico representa até 90% do RNA total em uma célula e é o principal componente dos ribossomos. Está, portanto, envolvido na estrutura e função dos ribossomos. Eles também podem acelerar a biossíntese de proteínas (produção de proteínas) (= função catalítica).
As moléculas de rRNA desempenham um papel muito importante no estudo das árvores genealógicas dos seres vivos. Como, de acordo com a teoria do endossimbionte , todos os seres vivos descendem da mesma célula, todos possuem um rRNA muito semelhante. Além disso, o rRNA muda muito lentamente ao longo do tempo. Portanto, a estrutura e o tamanho das moléculas de rRNA de diferentes espécies podem ser comparadas entre si e as relações podem ser inferidas.
Uma definição de rRNA agora se parece com isso:Definição de rRNA
O rRNA (RNA ribossomal = RNA ribossomal ) é o componente mais comum dos ribossomos em procariontes e eucariotos e, portanto, é a base da produção de proteínas durante a biossíntese de proteínas .
Os ribossomos dos procariontes sempre contêm três moléculas de rRNA de tamanhos diferentes, as dos eucariotos quatro. O tamanho dos rRNAs é dado em Svedberg (S) ou como o número de nucleobases (nucleotídeos) na molécula de rRNA:
| ribossomo | subunidade | rRNA | nucleotídeos |
|---|---|---|---|
| 70 p. | 50p | 23 p. | 2900 nt |
| 5 p. | 120nt | ||
| 30 p. | 16 p. | 1500 nt |
| ribossomo | subunidade | rRNA | nucleotídeos |
|---|---|---|---|
| 80p | 60p | 28 p. | 4718 nt |
| 5,8p | 160 noites | ||
| 5 p. | 120nt | ||
| 40p | 18h | 1874 DC |
rRNA de procariontes
O rRNA 16S, juntamente com várias proteínas, é responsável por cerca de 2/3 da massa da subunidade 30S menor do ribossomo procariótico e é um componente importante da fase de iniciação da tradução. Através do pareamento de bases, a extremidade 3′ do rRNA 16S liga-se à sequência Shine-Dalgarno do mRNA. Isso traz o códon de início do mRNA para a posição correta no ribossomo. Esta posição é chamada de sítio P.
rRNA de eucariotos
O pré-rRNA 45S é transcrito pela RNA polimerase I no nucléolo. É processado em rRNAs 18S, 5.8S e 28S. Juntamente com snoRNAs e proteínas, eles formam a partícula 80S. O rRNA 5S que foi transcrito extranucleolarmente pela RNA polimerase III atinge isso. As subunidades não maturadas 40S (de rRNA 18S e 33 proteínas) e 60S (de rRNAs 5S, 5,8S e 28S e 50 proteínas) são formadas. Eles são transportados para fora do núcleo da célula e agora são subunidades 40S e 60S maduras que juntas formam um ribossomo.
rRNA e Filogenética
Nas últimas décadas, o RNA ribossômico ganhou enorme importância como ferramenta para elucidar a história filogenética, a evolução da vida e o estudo das relações familiares entre os organismos. A análise de rRNA é agora um método aceito para colocar uma espécie na árvore universal da vida e para identificar as espécies mais intimamente relacionadas.
rRNA como um marcador molecular ideal
O RNA ribossômico provavelmente já fazia parte das primeiras unidades vivas na Terra e, portanto, o ancestral de todos os organismos que vivem hoje. Faz parte do equipamento básico de todas as células vivas hoje. Ao mesmo tempo, tem a mesma função em todos os organismos e os genes de rRNA provavelmente raramente estão sujeitos à transferência horizontal de genes. Supõe-se, portanto, que as moléculas de rRNA em todos os organismos evoluem a uma taxa comparável e refletem não apenas a história de desenvolvimento do respectivo gene de rRNA, mas também de um organismo inteiro. Eles são considerados “cronômetros moleculares” ideais com a ajuda dos quais as relações familiares entre todos os organismos podem ser reconstruídas.
No entanto, o RNA é uma molécula instável e sua análise é tecnicamente complexa. O DNA é muito mais estável que o RNA e mais fácil de manusear. Portanto, na prática, quase sempre se trabalha com os genes do rRNA, ou seja, o rDNA , e deles deriva a sequência do rRNA.
unidades de informação
Como todo RNA e DNA, o RNA ribossômico consiste em uma cadeia de nucleotídeos dispostos um após o outro . A sequência desses nucleotídeos – lida em uma direção fixa – fornece a sequência de nucleotídeos da molécula de rRNA. Esta sequência contém a informação filogenética real. Cada base individual serve como uma unidade de informação. As diferenças ao comparar duas sequências de rRNA fornecem informações sobre as relações familiares .
Seleção de moléculas de rRNA adequadas
Os pequenos rRNAs 5- e 5.8S fornecem muito pouca informação filogenética devido ao seu baixo número de nucleotídeos, a análise dos grandes rRNAs é mais difícil. Portanto, trabalha-se principalmente com rRNAs 16S em procariontes e rRNAs 18S em eucariotos. Esses bancos de dados de sequências são atualmente os mais extensos.
Seleção de seções de sequência adequadas
As moléculas de rRNA têm seções que são conservadas em graus variados. Em sua estrutura, áreas altamente conservadas são essenciais para o funcionamento dos ribossomos. Eles são, portanto, encontrados quase inalterados em todos os organismos. Essas seções de sequência geralmente formam estruturas secundárias de fita dupla com alças em forma de anel . Mudanças na sequência de bases são geralmente desvantajosas ou fatais para o organismo afetado. Consequentemente, tais mutações são apenas muito raramente fixadas em uma população.
A sequência de base de outras seções é mais variável. As mutações podem ser compensadas aqui, por exemplo, por alterações nas proteínas ribossomais. Com o tempo, essas mutações podem se tornar comuns em uma população ou em uma espécie inteira.
Por fim, há também seções cuja sequência pode variar em quase tudo sem prejudicar o funcionamento dos ribossomos. Essas regiões dificilmente estão sujeitas à seleção e mudam mil vezes mais rápido do que as seções conservadas.
A suposição básica para a análise das relações familiares é que o número de mutações fixas, ou seja, mudanças na sequência de bases, aumenta proporcionalmente ao longo do tempo. Regiões altamente variáveis do rRNA são adequadas para distinguir entre organismos intimamente relacionados, porque somente aqui são encontradas diferenças de sequência informativas. Organismos distantes ou desconhecidos, por outro lado, são analisados usando segmentos de sequência mais ou altamente conservados.
análise de sequência
Se duas espécies estão intimamente relacionadas entre si, elas só recentemente se desenvolveram independentemente em termos de história filogenética. Neste curto período de tempo, quase não ocorreram mudanças nas sequências de rRNA de ambas as espécies. As sequências podem ser facilmente alinhadas entre si ( alinhamento ), elas são mais ou menos congruentes. Diferenças de sequências individuais podem então ser reconhecidas com relativa facilidade.
Exemplo:Sequência do tipo A: …UAGCUAA G GUGA A CAC…
Sequência tipo B: …UAGCUAA C GUGA U CAC…
No entanto, ao comparar os rRNAs de duas espécies distantes, o alinhamento é difícil. As sequências são muito diferentes para serem facilmente alinhadas. Apenas as seções funcionais altamente conservadas ainda fornecem informações sobre como as sequências se encaixam. No entanto, como as áreas conservadas também variam em sua sequência, muitas vezes ajuda a prever possíveis estruturas secundárias ( loops ), que – como indicado acima – são funcionalmente conservadas.
Alinhar as sequências corretamente é a parte mais importante e muitas vezes a mais difícil da análise de sequência. É absolutamente necessário comparar as seções de sequência de um tipo com exatamente as seções correspondentes do outro tipo. (Se ambas as sequências forem deslocadas uma contra a outra, o resultado da análise será falsificado. Isso acontece com relativa facilidade com rRNAs de espécies desconhecidas, porque moléculas de rRNA de diferentes espécies podem ter comprimentos diferentes e seções inteiras podem estar faltando.)
Com a ajuda de métodos matemáticos, que também levam em conta reversões, ou seja, mutações reversas, uma “distância filogenética” é calculada a partir das diferenças de sequência detectadas, e isso geralmente é apresentado na forma de um dendrograma ou “árvore genealógica”. Quanto maiores as diferenças de sequência, maior a distância filogenética e mais longos os “ramos” no dendrograma.
montagem de rRNA
Todos os tipos de RNA têm a mesma estrutura básica.
O RNA consiste em bases orgânicas, resíduos de fosfato e moléculas de açúcar. O RNA tem quatro bases orgânicas diferentes. Essas bases são adenina, citosina, guanina e uracila . Estes são estruturados de forma diferente. Adenina e guanina consistem cada um em dois anéis de carbono, citosina e uracila apenas um cada.
O açúcar contido no RNA é o pentassacarídeo ribose .
Além disso, o RNA contém resíduos de fosfato HPO 4 2- . Os resíduos de fosfato se formam quando o ácido fosfórico (H 3 PO 4 ) libera prótons de hidrogênio.
Esses três componentes estão conectados e aderem uns aos outros. Vários títulos são responsáveis por isso. Uma ligação N-glicosídica é formada entre uma base e uma molécula de ribose . Você também pode chamar esse complexo de nucleosídeo .
Há também uma ligação éster entre o resíduo de fosfato e a molécula de ribose. Um nucleotídeo é uma unidade composta por um resíduo de fosfato, uma molécula de ribose e uma base .
Todos os nucleotídeos do RNA formam uma fita longa. Essa fita também é chamada de ácido nucleico . Como o RNA é um ácido nucleico que contém o açúcar ribose, também é conhecido como ácido ribonucleico .
Para que tal fita se forme, uma ligação se forma entre dois nucleotídeos. Esta é também uma ligação éster que se forma entre o resíduo de fosfato de um nucleotídeo e a ribose do outro nucleotídeo.
rRNA como bloco de construção de ribossomos
Os ribossomos consistem em vários rRNAs que se ligam às chamadas proteínas ribossomais . Essas ligações formam as subunidades grandes e pequenas do ribossomo. No entanto, procariontes e eucariotos não contêm os mesmos rRNAs.
rRNA Procarioto
Os ribossomos 70S são encontrados em procariontes . O S denota o chamado coeficiente de sedimentação com a unidade Svedberg. Este coeficiente de sedimentação mede a rapidez com que uma partícula afundaria em uma centrífuga. Você também pode inferir indiretamente o tamanho da partícula.
Os ribossomos 70S são compostos de três rRNAs diferentes. Estes são os rRNAs 23S, 5S e 16S. A grande subunidade (50S) do ribossomo consiste em rRNAs 23S e 5S e 31 proteínas. A subunidade pequena (30S), por outro lado, é composta de 16S rRNAs e 21 proteínas. O rRNA 16S compõe cerca de 66% de toda a subunidade.
| Ribossomos | subunidade | rRNA |
|---|---|---|
| 70S | DECADA DE 50 | 23S |
| 5S | ||
| 30S | 16S |
rRNA Eucarioto
Os ribossomos de eucariotos são formados no nucléolo da célula e têm um coeficiente de sedimentação de 80S . A subunidade grande (60S) consiste em rRNAs 5S, 5,8S e 28S e 49 proteínas ribossomais. A subunidade pequena (40S) contém o 18S rRNA e 33 proteínas.
| Ribossomos | subunidade | rRNA |
|---|---|---|
| ANOS 80 | ANOS 60 | 28S |
| 5,8C | ||
| 5S | ||
| 40S | 18S |
Transcrição de rRNA de rDNA
Uma molécula de rRNA é formada pela enzima RNA polimerase I. O modelo para o RNA ribossômico é encontrado no DNA. Esta seção de DNA que contém o projeto é, portanto, também chamada de rDNA .
A criação de rRNA a partir de rDNA é chamada de transcrição e pode ser dividida nas fases de iniciação, alongamento e terminação. Esses estágios são semelhantes à transcrição do mRNA, exceto que o rRNA requer uma enzima diferente e lê uma seção diferente do DNA.
Primeiro, a RNA polimerase I se liga ao DNA e o lê. Ele procura a seção de rDNA que contém o promotor , ou seja, o códon de início. Uma vez que a polimerase atingiu o promotor, a transcrição pode começar .
Agora o rDNA é dividido pela RNA polimerase I e duas fitas são formadas. A polimerase segue apenas uma das duas fitas de rDNA, uma vez que apenas uma contém o modelo para o rRNA. Agora, a enzima atribui o nucleotídeo complementar , ou seja, oposto, a cada base do rDNA. Todos os nucleotídeos atribuídos ligam-se uns aos outros e formam uma longa fita .
Esta leitura do rDNA termina com o terminador . Esta também é uma sequência de bases, mas agora indica o fim da transcrição. Agora a RNA polimerase I se desprende do rDNA e o DNA forma novamente sua forma espiralada da dupla hélice. A fita de nucleotídeos resultante também se separa da polimerase e agora é um rRNA, mas é um precursor do rRNA finalizado e, portanto, é chamado de pré-rRNA .
prä-rRNA
Após a transcrição, o pré-rRNA dos eucariotos é o pré-rRNA 45S , que amadurece no nucléolo . Algumas partes (sequências ITS) dos pré-rRNAs 45S são cortadas e vários rRNAs menores são formados.
Outros rRNAs também são formados a partir do pré-rRNA em procariontes. No entanto, esse processo ocorre no citoplasma .
uso de rRNA
O rRNA é uma parte muito importante dos ribossomos. Portanto, as moléculas de rRNA não só têm um importante papel estrutural , mas também estão envolvidas na função dos ribossomos durante a biossíntese de proteínas.
Além disso, os rRNAs representam um importante objeto de pesquisa para determinar o grau de relacionamento.Todos os seres vivos originaram-se dos mesmos microrganismos ( teoria endossimbionte ). Toda a vida na Terra se desenvolveu a partir desses organismos originais. Todos os seres vivos, portanto, têm a mesma célula que seu ancestral e, portanto, também têm o mesmo rRNA.
O RNA ribossômico mudou pouco ao longo da evolução e, portanto, ainda é muito semelhante em todos os seres vivos. No entanto, os cientistas compararam as poucas sequências de bases que mudaram em todos os tipos de organismos. Dessa forma, eles foram capazes de determinar quais espécies possuem aproximadamente o mesmo RNA ribossômico e quais espécies possuem rRNA que difere por algumas sequências de bases. A partir disso, foi desenvolvida a chamada árvore genealógica filogenética .
No entanto, apenas os rRNAs 16S – (procariontes) ou 18S – (eucariotos) são usados em pesquisas. Os mais curtos têm poucas sequências de bases comparáveis e os rRNAs maiores são muito complicados.