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RNA

RNA
Curatore scientifico
Dr. Chiara Tuccilli
Specialità del contenuto
Genetica Medicina generale

Cos'è l'RNA?

La sigla RNA sta per RiboNucleic Acid, cioè acido ribonucleico. Gli acidi nucleici, RNA e DNA, sono le macromolecole (cioè molecole di grandi dimensioni) su cui si basa la vita come la conosciamo, in qualsiasi forma, dai microrganismi alle piante e agli animali. Gli acidi nucleici sono costituiti da:

  • una catena di zucchero;
  • basi azotate legate allo zucchero;
  • gruppi fosfato che tengono insieme la catena di zucchero.

Una singola unità di zucchero, base azotata e gruppo fosfato è chiamata nucleotide e costituisce il monomero di base dell’acido nucleico che, ripetendosi, forma il polimero (polinucleotide).

Gli atomi di carbonio dello zucchero, che nel caso dell’RNA è il ribosio, sono numerati da 1’ (si legge 1 primo) a 5’ e:

  • sul carbonio 1’ si lega una delle basi azotate, con un legame N-glicosidico;
  • sul carbonio 3’ di un ribosio e sul carbonio 5’ del ribosio successivo si lega il gruppo fosfato, con un legame fosfodiesterico.

Il filamento polinucleotidico presenta quindi due estremità:

  • 5’, la testa del filamento;
  • 3’, la coda del filamento.

Tipi di RNA

L’RNA è un acido nucleico a singolo filamento, cioè possiede una sola catena di nucleotidi, ed è presente in diverse forme nelle cellule; esistono diversi tipi di RNA e ciascun tipo di RNA ha una sua funzione specifica:

  • mRNA, cioè l’RNA messaggero: contiene le informazioni necessarie per la sintesi delle proteine;
  • rRNA, cioè l’RNA ribosomiale: esso entra nella struttura dei ribosomi;
  • tRNA, cioè l’RNA transfer o RNA di trasferimento: effettua la traduzione all'interno dei ribosomi;
  • snRNA, cioè i piccoli RNA nucleari: partecipa alla maturazione dell'RNA messaggero;
  • miRNA, cioè i microRNA: sono attivi nella reolazione dell'espressione genica;
  • altre forme di RNA non codificante, ovvero non contenente istruzioni, con funzioni varie.

Le diverse molecole di RNA hanno dimensioni e, di conseguenza, peso molecolare differente.

A cosa serve l'RNA?

In diversi virus, l’RNA prende il posto del DNA e costituisce il materiale genetico (o genoma), cioè è quella molecola che contiene le informazioni genetiche. Lo stesso non accade negli organismi come i batteri, i funghi, le piante e gli animali. In questi, infatti, la funzione dell’RNA dipende dalla sua forma:

  • l’mRNA trasmette le informazioni genetiche presenti nel DNA fino ai ribosomi, le strutture deputate alla sintesi delle proteine. La sua sequenza viene letta nel ribosoma per sintetizzare le proteine, in un processo chiamato traduzione. Ogni tre nucleotidi dell’mRNA costituiscono un codone, cioè l’unità di lettura del ribosoma, che contiene le istruzioni (codifica) per un singolo amminoacido;
  • il tRNA contiene le istruzioni per le informazioni genetiche. Esso agisce come una sorta di traduttore: traduce i nucleotidi dell’mRNA, letti in codoni, in aminoacidi;
  • l’rRNA è il principale costituente dei ribosomi e partecipa attivamente alla sintesi delle proteine;
  • gli snRNA partecipano alla maturazione dell’mRNA nel nucleo delle cellule eucariote (l’RNA messaggero, infatti, viene sintetizzato come precursore immaturo, il pre-mRNA, e deve subire un processo di maturazione prima di uscire dal nucleo della cellula);
  • i micro RNA sono molecole di piccole dimensioni (circa 20-22 nucleotidi) che regolano l’espressione genica bloccando la traduzione o accelerando la degradazione di molecole di mRNA con cui hanno complementarietà.

Esistono poi altri tipi di RNA, con altre funzioni, e tra queste vi è la funzione enzimatica. Gli RNA con funzione enzimatica sono detti ribozimi. Il ribosoma è l’esempio più noto di ribozima, ma in natura esistono moltissimi ribozimi diversi.

RNA e DNA: le differenze

DNA e RNA sono acidi nucleici, ma la loro struttura chimica è differente per alcuni aspetti:

  • lo zucchero del DNA è il deossiribosio, mentre lo zucchero dell’RNA è il ribosio (da cui deriva il nome). Il ribosio ha un gruppo ossidrile (gruppo OH) in posizione 2’, che lo rende meno stabile del deossiribosio;
  • le basi azotate del DNA sono l’adenina, la guanina, la citosina e la timina, mentre l’RNA possiede l’uracile (forma non metilata della timina) al posto della timina;
  • le basi azotate dell’RNA possono subire un numero maggiore di modifiche chimiche rispetto a quelle del DNA;
  • il DNA è a doppio filamento (noto come “doppia elica”, perché si avvolge su se stesso), mentre l’RNA è a singolo filamento. Tuttavia, il singolo filamento di RNA può ripiegarsi su se medesimo in alcuni punti e formare una struttura a un doppio filamento. Il ripiegamento avviene grazie alla complementarietà tra le basi azotate (adenina con uracile e guanina con citosina), le quali stabiliscono tra loro dei legami idrogeno;
  • il DNA ha una lunghezza molto maggiore rispetto all’RNA.

Come viene sintetizzato l’RNA?

L’RNA è sintetizzato da un enzima denominato RNA polimerasi, di cui esistono diverse forme. Il ruolo dell’RNA polimerasi è quella di copiare l’informazione contenuta nel DNA nell’RNA, nel processo chiamato trascrizione.

Nei procarioti esiste un solo tipo di RNA polimerasi, mentre negli eucarioti ve ne sono più tipi e quelli principali sono tre:

  • RNA polimerasi I, che trascrive la maggior parte degli RNA ribosomiali;
  • RNA polimerasi II, che trascrive l’RNA messaggero, gli snRNA e i miRNA;
  • RNA polimerasi III, che trascrive l’RNA transfer e altri RNA non codificanti. 

La trascrizione ha inizio quando l’enzima RNA-polimerasi si lega ad una specifica sequenza del DNA, chiamata promotore, che si trova a monte di un gene, e si sposta poi sul filamento stampo di DNA sintetizzando la nuova molecola di RNA. L’RNA polimerasi si muove lungo la direzione 3’ -> 5’ del DNA. Il DNA, infatti, ha due filamenti complementari e antiparalleli, che presentano una polarità come l’RNA. L’allungamento dell’RNA durante la trascrizione avviene in direzione 5’ -> 3’.

La trascrizione procede finché non vengono raggiunti opportuni segnali per la cessazione della sintesi dell’RNA.
In alcuni virus, poiché il materiale genetico può essere costituito dall’RNA, anziché dal DNA, esistono delle particolari RNA polimerasi, chiamate RNA polimerasi RNA-dipendenti. Questi enzimi usano l’RNA come stampo per produrre nuove molecole di RNA.

Quali patologie colpiscono l'RNA?

Le alterazioni strutturali, funzionali e dell’espressione dell’RNA possono, come per qualsiasi altra macromolecola, contribuire allo sviluppo di patologie. Grande interesse è posto sulla comprensione dei meccanismi patogenetici di alcune malattie come:

  • malattie endocrine;
  • malattie neurodegenerative;
  • malattie cardiovascolari;
  • malattie infettive e infiammatorie;
  • cancro.

Diversi studi hanno dimostrato il ruolo delle alterazioni agli RNA nello sviluppo di malattie. Le alterazioni possono riguardare:

  • il processo maturativo dell’mRNA, che può produrre dei sottoprodotti o dei prodotti modificati che causano patologie;
  • la regolazione dell’espressione degli mRNA per interferenze da parte dei miRNA;
  • l’azione dei lunghi RNA non codificanti, un tipo di RNA lungo circa 200 nucleotidi, che non viene tradotto in proteina e ha la funzione di azionare risposte cellulari interagendo con altri RNA, proteine e lipidi nella cellula.
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