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Acido Ribonucleico - RNA

Che cos'è l'acido ribonucleico (RNA)?

L’acido ribonucleico, RNA, è una macromolecola i cui monomeri sono i ribonucleotidi: molecole composte da una base azotata, uno zucchero a cinque atomi di carbonio (il ribosio) e da uno a tre gruppi fosfati.

Le basi azotate sono composti organici costituiti da uno o due eterocicli (strutture chimiche cicliche contenenti azoto oltre che carbonio).

Negli acidi nucleici (DNA e RNA) distinguiamo due tipi di basi azotate:

Struttura di un nucleotide.

Nel ribonucleotide la base azotata forma un legame N-glicosidico con la posizione 1 del ribosio.

Nel desossiribonucleotide  che troviamo nel DNA è presente il desossiribosio (H in posizione 2 dello zucchero al posto dell’OH) ma il legame con le basi azotate avviene nello stesso modo, tramite legame N-glicosidico.

L’RNA è costituito solo da ribonucleotidi e le 4 basi azotate presenti sono: adenina e guanina (purine), citosina e uracile (pirimidine).

Anche in questo caso si ha una differenza rispetto a quello che accade nel DNA, in quest’ultima macromolecola infatti non è presente l’uracile ma un’altra pirimidina: la timina.

basi azotate

Le basi azotate.

Nella struttura dei nucleotidi (sia ribonucleotidi che desossiribonucleotidi) alla posizione cinque dello zucchero si legano da uno a tre  gruppi fosfato, avremo quindi diverse possibilità:

  • un gruppo fosfato nel nucleotide monofosfato;
  • due gruppi fosfato nel nucleotidi difosfato;
  • tre gruppi fosfato nel nucleotide trifosfato.

Il legame tra il gruppo fosfato e lo zucchero è di tipo fosfoestereo e avviene tra il gruppo ossidrilico del carbonio 5 dello zucchero e l’acido fosforico.

Quando sono presenti due o tre gruppi fosfato, essi risultano legati tra loro da legami altamente energetici (fosfodiestere). Si tratta di legami che liberano molta energia nel momento in cui vengono rotti.

La struttura dell’RNA

L’acido nucleico RNA è un polimero formato dall’unione di tanti nucleotidi.

Il legame tra un nucleotide ed il successivo è di tipo fosfoestereo tra il gruppo ossidrilico in posizione 3’ del ribosio di un nucleotide e il gruppo fosfato in posizione 5’ del ribosio del nucleotide successivo.

L’energia per la formazione di questo legame è fornita dall’idrolisi dei due gruppi fosfato del nucleotide trifosfato ed avviene ad opera di enzimi particolari presenti nel nucleo cellulare e che sono chiamati RNA polimerasi.

Struttura dell’RNA.

L’RNA è a singolo filamento cioè è un’unica catena di nucleotidi tenuta insieme dai legami fosfoesterei da cui “pendono” le varie basi azotate secondo un ordine prefissato nel DNA nucleare.

Il singolo filamento, detto anche elica di RNA, può essere lineare oppure ripiegarsi su se stesso a formare legami idrogeno tra alcune basi azotate.

La modalità con cui si formano questi legami a idrogeno è stabilita dalla cosiddetta complementarietà delle basi azotate, ovvero per la loro struttura chimica (per la posizione dei vari gruppo OH e NH2) l’adenina forma legami ad idrogeno solo con l’uracile mentre la guanina li forma solo con la citosina.

I ponti a idrogeno tra adenina e uracile sono solo due, mentre tra guanina e citosina sono tre.

legami a idrogeno tra basi azotate

Appaiamenti complementari tra le basi dell’RNA.

Le classi di RNA e le loro funzioni

Esistono diverse classi di RNA, tutti trascritti da geni che si trovano nel nucleo, quindi tutti trascritti a partire dal DNA. Le principali classi di RNA sono:

Gli RNA messaggeri (mRNA) sono trascritti dai geni che devono essere espressi ovvero che forniscono le informazioni per tradurre specifiche proteine, rappresentano la copia del gene che può essere portata fuori dal nucleo, raggiunge il citoplasma e fornisce le istruzioni per la sintesi proteica nei ribosomi.

Il DNA infatti costituendo il depositario di tutte le informazioni necessarie per la vita della cellula, è una molecola troppo preziosa e deve essere custodita solamente all’interno del nucleo.

Trascrizione e maturazione dell’mRNA

Trascrizione e maturazione dell’mRNA.

L’mRNA trascritto primario nel nucleo subisce tre processi di maturazione prima di essere trasportato attraverso i pori nucleari nel citoplasma:

  • capping al 5’: viene inserito un nucleotide speciale;
  • poliadenilazione: al 3’ viene aggiunta una coda di poli adenine;
  • splicing: processo mediante il quale parti del messaggero (introni) non codificanti sono rimossi dalla molecola e le parti codificanti (esoni) sono cuciti (legati enzimaticamente) gli uni agli altri nella sequenza codificante definitiva.

rna maturo

mRNA maturo: le sue regioni.

I tRNA, ovvero gli RNA transfer sono trascritti da specifici geni e vengono, una volta sintetizzati a ripiegarsi su se stessi assumendo la classica forma a trifoglio.

Sono le molecole deputate a mettere in rapporto l’informazione genetica con gli amminoacidi affinchè possa avvenire la sintesi proteica nei ribosomi. Infatti i tRNA possiedono due siti molto speciali nella loro sequenza, uno è rappresentato da 3 nucleotidi definiti “anticodone” che prendono contatto tramite la complementarietà delle basi azotate con il “codone” nell’mRNA.

Il codone è rappresentato dall’unità informazionale del messaggero, che viene letto appunto 3 nucleotidi per volta all’interno dei ribosomi per tradurre il codice genetico in codice proteico e consentire la sintesi delle proteine.

Struttura di un tRNA

Struttura di un tRNA.

La seconda regione importante del tRNA è rappresentata dal suo 3’ nel quale si trova il sito di aggancio per l’amminoacido.

E’ importante ricordare che dato che il codice genetico è degenerato, esistono 61 diversi tRNA aventi 61 diversi anticodoni per il riconoscimento dei 61 codoni del codice genetico.

Gli rRNA, 18S, 28S, 5,8S e 5S, sono una famiglia di brevi sequenze di RNA che vanno a costituire, insieme a proteine specifiche i ribosomi.

Si tratta di molecole evolutivamente molto conservate.

Gli rRNA 18S, 5,8S e 28S sono trascritti dall’RNA polimerasi I dal DNA in un lungo precursore che prende il nome di RNA 45S, mentre l’rRNA 5S è trascritto dall’RNA polimerasi III ed è codificato da un gene indipendente.

L’rRNA 18S insieme a specifiche proteine ribosomali costituisce la subunità piccola del ribosoma (40S),  mentre gli rRNA 5s, 5,8S e 28S formano, insieme ad altre specifiche proteine ribosomali, la subunità grande (60S).

Gli rRNA nei ribosomi

Gli rRNA nei ribosomi.

Esistono inoltre, come accennato prima, altre tipologie di RNA che hanno un ruolo specifico nella regolazione dell’espressione genica: siRNA e miRNA.

Questi ultimi recentemente scoperti dai biologi sono attualmente oggetto di molti studi per la loro presunta importanza nella patogenesi di diverse malattie come molti tumori e alcune patologie neurodegenerative.  

I  siRNA (Small interfering RNA) sono piccoli RNA sintetizzati chimicamente o di origine virale (quindi esogeni) che hanno la funzione di degradare l’mRNA bersaglio attraverso un meccanismo definito RNA interference (RNAi).

Agiscono solo per complementarietà perfetta dunque  ogni siRNA può avere un unico mRNA bersaglio.

I miRNA (micro-RNA) sono codificati in forma non matura a partire da specifici geni, subiscono un processo di maturazione in parte localizzato nel nucleo ed in parte nel citosol.

I miRNA agiscono negativamente sull’espressione genica, la regolano in senso negativo ovvero portano alla mancata traduzione del messaggero.

Non agiscono mediante complementarietà perfetta e dunque ciascuno di essi può avere diversi mRNA bersagli.

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