RNA CATALÍTICO E SUAS FUNÇÕES

Transcrição

1 RNA CATALÍTICO E SUAS FUNÇÕES Prof. Dr. Júlio César Borges Larissa Diniz Monique Amorim Thais Freitas

2 Sumário Enzimas; Contexto Histórico; Ribozimas: O que são? Reações Catalizadas por RNA Síntese de Proteínas Processamento de RNA Climagem de RNA Auto-clivagem de RNA Ribozimas X Enzimas Proteicas; Consequências.

3 Enzimas Uma biomolécula que catalisa uma reação química específica. Não afeta o equilíbrio da reação mas sim intensifica sua velocidade; Reduzem a barreira livre de ativação. Apresentam alta eficiência e especificidade quanto ao seu substrato; Toda Enzima é uma proteína. Será? Figura 1. Gráfico de coordenada de reação.

4 Contexto Histórico Década de 60: Carl Woese, Francis Crick e Leslie Orgel sugerem que o RNA poderia apresentar função catalítica ( Mundo do RNA ) : Descoberta do primeiro RNA Catalítico Thomas Cech Estudos com Tetrahymera thermophila; Mesmo na ausência de proteínas um íntron gera sua própria exclusão da cadeia, catalisando a ligação entre os éxons e tornando a molécula de RNA ativa Figura 2. Tetrahymera thermophila vista no microscópio. 2 Figura 3. Prof. Dr. Thomas Cech. 3

5 Contexto Histórico 1983: Estudo de outro RNA catalítico Sidney Altman Estudos com Escherichia Coli; A subunidade de RNA desempenhava a função catalítica mesmo na ausência da subunidade proteica; Reconhece e processa o RNA transportador na bactéria; Subunidade proteica tem atuação secundária de aumentar a taxa hidrolítica e possibilitar que a reação ocorra em condições catalíticas. 1989: Thomas Cech e Sidney Altman ganham prêmio Nobel por suas descobertas. Figura 4. Bactéria Escherichia Coli vista por microscópio. 4 Figura 5. Prof. Dr. Sidney Altman. 5

6 O que são? RNA Catalíto ou Ribozimas são enzimas de ácidos nucléicos que catalisam a quebra ou a inativação de outras moléculas; Ácido Ribonucléico + Enzimas; Possuem constante cinéticas comparáveis às das enzimas proteicas (portanto são igualmente eficientes); Apresentam como principal substrato o RNA, podendo realizar auto-catálise, e em sua maioria realizam funções de processamento de RNA; Podem ser naturais ou desenvolvidas artificialmente para atacar sequências específicas de nucleotídeos, podendo assim atuar assim no combate a diversas doenças, como o câncer.

7 O que são? Existem diversos tipos de ribozimas: Ribozima em cabeça de martelo - O mais simples dos RNAs Catalíticos, apresentando pequeno tamanho. Assim como o nome, apresenta estrutura semelhante ao martelo, em formato de T. É um patogênico de plantas; orequer a presença de uma sequência GUX (onde X é diferente de G) em 5 do sítio de clivagem. Figura 6. Ribozima Cabeça de Martelo 6

8 O que são? Ribozima em grampo Ao se ligar ao substrato se transforma em uma estrutura bidimensional constituída de quatro regiões em dupla hélice e duas regiões em arco. o Também é um patogênico em plantas; o Requer a presença de uma guanosina em 3 do sítio de clivagem. Figura 7. Ribozima em Grampo 7

9 Reações Catalizadas por RNA 10 Atividade Formação de Ligação Peptídica Ribozima RNA ribossômico RNA splicing RNA auto-splicing Clivagem de DNA Clivagem de RNA Polimerização do RNA Fosforilação do RNA Aminoacilação do RNA Alquilação do RNA Rotação da ligação C-C (isomerização) RNA auto-splicing RNA auto-splicing, Rnase P, RNA selecionado in vitro RNA selecionado in vitro RNA selecionado in vitro RNA selecionado in vitro RNA selecionado in vitro RNA selecionado in vitro

10 Síntese de Proteínas O sítio catalítico é fomrado pelo rrna 23S da subunidade maior do ribossomo Peptidil-transferase Orienta com precisão a cadeia peptídica em formação com o trna, aumentando grandemente a probabilidade de uma reação produtiva Figura 8. rrnas e proteínas encontrados no centro do ribossomo 10 Ribossomo rrnas são encontrados no interior e proteínas ribossomais na parte exterior

11 Processamento do RNA Transcrito Primário Íntrons + éxons Splicing RNA Maduro: éxons Objetivo do Processo: retirada dos segmentos não codificantes do RNA, tornando-o funcional. o Há 4 tipos de íntrons; o Os íntrons dos Grupos I e II se diferenciam por seus mecanismos de splicing, porém compartílham uma característica única: Auto-splicing

12 Splicing Grupo I Requer um nucleotídeo ou nucleosídeo de guanina como cofator Figura 9. Mecanismo de splicing para íntrons do Grupo I 11

13 Splicing Grupo II O nucleófilo inicial é o grupo hidroxil 2 de um resíduo de adenina dentro do próprio íntron Forma-se um estrutura em forma de laço como intermediário Figura 9. Mecanismo de splicing para íntrons do Grupo I 11

14 Clivagem de RNA 10 Sítio Específico Pareamento de bases Necessidade de cofator Mg Clivagem Liberação do produto

15 Auto-clivagem de RNA (direita) Ribozima que realiza reação de autoligação forma ligação fosfodiéster, librerando pirofosfato (esqueda) Ribozima que realiza autoclivagem Figura 10. Molécula de RNA que se dobra em duas diferente ribozimas 10

16 Ribozimas versus Enzimas Protéicas Cinética de reações Estrutura Reconhecimento do substrato Estabilidade estrutural Figura 11: Ribozima 12

17 Cinética de Reações O comportamento cinético das reações das ribozimas podem ser justificado pelo modelo de Michaelis-Menten, assim como o comportamento das demais enzimas. A equação de Michaelis-Menten justifica as relações entre concentrações de enzima e substratos e velocidade da reação. Figura 12: Formação do complexo enzima-substrato e dos produtos 11 Figura 13: Equação de Michaels-Menten 11

18 Estrutura das ribozimas Os princípios utilizados para o estudo da estrutura das proteínas pode ser também aplicado às ribozimas, apresentando estruturas primárias, secundárias e terciárias. Estrutura primária: sequência de nucleotídeos; Estrutura secundária: Pareamento de sequências complementares, resultante da proximidade em algumas regiões da estrutura primária; Estrutura terciária: Resulta de interações eletrostáticas em regiões distantes na estrutura primária. Figura 14: Estrutura da ribozima 13

19 Reconhecimento do substrato Há uma estreita relação entre estrutura e função, tanto para proteínas quanto para ribozimas. O centro ativo é uma estrutura tridimensional, na qual ocorrem interações fracas com os substratos. As interações ribozima-substrato ocorrem por pares de bases complementares por meio de interações de hidrogênio. Alto grau de especificidade. Figura 15: Interação ribozima-substrato 14

20 Estabilidade Estrutural No RNA, a estrutura terciária parece ser constituídas pelo enovelamento de hélices e estabilizados por interações entre os domínios. Nas proteínas, a estabilização provem de interação terciária e hidrofóbicas dentro das moléculas Nas ribozimas, a estabilização é resultante das interações da estrutura secundária, visto que as da estrutura terciária são fracas Figura 17: Ribozima 14

21 Consequências Existência das Ribozimas e sua vital importância para as reações reforçaram a teoria do Mundo do RNA, na qual o RNA teria sido tanto transmissor primordial de informação como também biocatalizador primitivo Esclarecimento de funções celulares, como no ribossomo: catálise não é realizada pelas proteínas ribossomais, e sim pelos rrnas

22 Referências 1. Muriel Gargaurd, M., Barbier,B., Martin,H., Reisse,J., Lectures in Astrobiology: Vol I : Part 2: From Prebiotic Chemistry to the Origin of Life on Earth. 6 a ed. Alemanha, Centers for Disease Control and Prevention, Atlanta, Acesso em 20 nov Disponível em:< Karp,G., Biologia celular e molecular, Barueri, Santos, D., Ribozima: RNA Super star, Abera,G., Berhanu,G., Tekewe,A., RIBOZYMES: NUCLEIC ACID ENZYMES WITH POTENTIAL PHARMACEUTICAL APPLICATIONS - A REVIEW, Pharmacophore 2012, Vol. 3 (3), , Acesso em 20 out 2015, Disponível em:< article2.pdf>. 9. Lilley, D.M.J., The origins of RNA catalysis in ribozymes, TRENDS in Biochemical Sciences Vol.28 No.9 September 2003, Acesso em 21 out. 2015, Disponível em:< 10. ALBERTS, Bruce; Essencial Cell Biology, 4ª ed., Garland Science, NELSO, D. L; COX, M. M.; Princípio de Bioquímica de Lehninger, 5ª ed., Artmed, Porto Alegre, neofronteras.com

23 OBRIGADA