ARN ribossômico
O ácido ribonucleico ribossómico, ARNr (pt), RNAr (pt-br) ou rRNA é o componente primário dos ribossomos, essencial para todas as células. O RNAr é uma ribozima que realiza a síntese de proteínas nos ribossomos. É transcrito a partir do DNA ribossómico (rDNA) e, em seguida, ligado às proteínas ribossomais para formar subunidades ribossômicas pequenas e grandes. O RNAr é a forma predominante de RNA encontrada na maioria das células; representa cerca de 80% do RNA celular, apesar de nunca ser traduzido em proteínas. Os ribossomos são compostos por aproximadamente 60% de RNAr e 40% de proteínas ribossomais em massa.
Embora as sequências nucleotídicas primárias do RNA ribossômico variem consideravelmente entre as espécies, as mesmas partes de cada tipo de RNAr podem se dobrar em uma estrutura tridimensional bastante semelhante, contendo hastes-rígidas pareadas e sítios de ligação para proteínas, RNAm e RNAt. Por causa dessas configurações, o RNAr pode formar interações estreitas e específicas com proteínas ribossômicas, formando as subunidades ribossomais grande e pequena. Estas proteínas ribossomais contêm resíduos básicos (em oposição aos resíduos ácidos) e resíduos aromáticos (isto é, fenilalanina, tirosina e triptofano), permitindo-lhes formar interações químicas com suas regiões de RNA associadas, como interações de empilhamento. As proteínas ribossomais também podem se reticular à estrutura de açúcar-fosfato do RNAr com locais de ligação que consistem em resíduos básicos (isto é, lisina e arginina).
Montagem
A integração e montagem do RNA ribossomal em ribossomos começa com seu dobramento, modificação, processamento e montagem com proteínas ribossômicas para formar as duas subunidades ribossômicas, a LSU e a SSU. Em procariotos, a incorporação de RNAr ocorre no citoplasma devido à falta de organelas ligadas à membrana. Já em eucariotos, esse processo ocorre principalmente no nucléolo e é iniciado pela síntese de pré-RNA, o que requer a presença de todas as três RNA polimerases. A transcrição do pré-RNA pela RNA polimerase I é responsável por cerca de 60% da transcrição total do RNA celular. Isso é seguido pelo dobramento do pré-RNA para que ele possa ser montado com as proteínas ribossomais. Este dobramento é catalisado por endo- e exonucleases, RNA helicases, GTPases e ATPases. O RNAr subsequentemente sofre processamento endo e exonucleolítico para remover espaçadores transcritos externos e internos.
Elementos estruturais secundários universalmente conservados em RNAr entre diferentes espécies mostram que essas sequências são algumas das mais antigas descobertas. Eles desempenham papéis críticos na formação dos sítios catalíticos de tradução do RNAm; nesse processo, as funções do RNAr ligam tanto o RNAm quanto o RNAt para facilitar o processo de tradução da sequência de códons do RNAm em aminoácidos. O RNAr desempenha papel vital em todos os estágios da síntese proteica, atuando também na associação das subunidades ribossomais, assim como no posicionamento do RNAt nos sítios A e P do ribossomo. Os RNAts também ligam-se ao ribossomo por meio de interações da haste-alça do anticódon do RNAt, com sequências específicas do RNAr 16S, e a extremidade aceptora do RNAt pareia-se com sequências do RNAr 23S. Em procariotos, o sítio A consiste principalmente em RNAr 16S; no sítio P, por meio da observação de estruturas cristalinas, foi demonstrado que a extremidade 3' do RNAr 16s pode se dobrar no sítio como se uma molécula de RNAm, o que resulta em interações intermoleculares que estabilizam as subunidades. Da mesma forma, como o local A, o local P contém principalmente RNAr com poucas proteínas.
Tanto os ribossomos procarióticos e eucarióticos podem ser divididos em duas subunidades, uma grande e uma pequena. Em procariontes, uma pequena subunidade ribossômica 30S contém o RNA ribossômico 16S. A grande subunidade ribossomal 50S contém duas espécies de RNAr (o 5S e o 23S). Portanto, pode-se deduzir que em bactérias e archaeas há genes de RNAr que codificam todos os três tipos de RNAr: 16S, 23S e 5S. Os genes do RNA ribossômico 16S bacteriano, do RNAr 23S e do RNAr 5S são tipicamente organizados como um operon co-transcrito; há um espaçador interno transcrito entre os genes de RNAr 16S e 23S. Pode haver uma ou mais cópias do operon dispersas no genoma (por exemplo, Escherichia coli tem sete). Normalmente em bactérias existem entre uma e quinze cópias. Em contraste, os eucariotos geralmente apresentam muitas cópias dos genes de RNAr organizados em repetições em tandem. Em humanos, aproximadamente 300-400 repetições estão presentes em cinco grupos, localizados nos cromossomos 13 (RNR1), 14 (RNR2), 15 (RNR3), 21 (RNR4) e 22 (RNR5). Os humanos têm 10 grupos de rDNA genômico que, no total, constituem menos de 0,5% do genoma humano.
Em eucariotas
No nucléolo, o RNAr é sintetizado pela RNA polimerase I usando os genes (rDNA) que o codificam, encontrados repetidamente em todo o genoma. As cópias dos genes que codificam os subtipos 5.8S, 18S e 28S de RNAr estão localizados na região organizadora do nucléolo (RON) e são transcritos em moléculas de RNAr precursor (pré-RNAr). Estas moléculas de pré-RNAr são separadas por sequências espaçadoras externas e internas e então metiladas, o que é fundamental para a montagem e dobragem subsequente. Após a separação e liberação como moléculas individuais, as proteínas de montagem se ligam a cada fita de RNAr e a dobram em sua forma funcional. Após a separação e liberação como moléculas individuais, as proteínas de montagem se ligam a cada fita de RNAr e a dobram em sua forma funcional usando montagem cooperativa e adição progressiva de mais proteínas de dobramento conforme necessário. Os detalhes exatos de como as proteínas de dobramento se ligam ao rRNA e como o dobramento correto é alcançado permanecem desconhecidos.
