Predizione della struttura secondaria dell'RNA

L'RNA (Acdido RiboNucleico) viene sintetizzato nelle cellule in filamenti di acidi nulceici. Esistono quattro classi particolarmente importanti di RNA che sono:

• mRNA (messanger RNA): è una sequenza che codifica per la formazione di una o più proteine.
• tRNA (transfer RNA): di solito piccole sequenze (circa 80 basi), che trasportano gli amminoacidi fino al ribosoma, nel quale avviene la traduzione dell'mRNA in proteina.
• rRNA (ribosomal RNA): sono le sequenze che costituiscono assieme alle proteine il ribosoma stesso (di recente cristallizzazione).
• RNA virale: sono i codici di alcuni virus che lo utilizzano per replicarsi

Queste sequenze non sono semplicemente lunghi filamenti ma si accoppiano tra basi con legami ad idrogeno, minimizzando la loro energia libera. In questo modo producono strutture tridimensionali. Se consideriamo di visualizzare gli accoppiamenti, e consideriamo che una base può solo accoppiarsi unicamente ad un'altra base avremo la struttura secondaria dell'RNA che possiamo visualizzare come

 
        Filamento di RNA = AGGAACGATGTCGUCA 
        Possibile struttura secondaria
                 A A     C G
                G = C   T = U   
                G = G   G = C
               A     A T     A

dove abbiamo utilizzato per gli accoppiamenti tra le basi complementari il simbolo =. Gli accoppiamenti possibili sono G=C e A=U (raramente G=U), e i rispettivi simmetrici. La stabilità di queste strutture dipende da vari fattori tra cui

1. Il numero di coppie G=C rispetto a quelle A=U. In quanto G=C sono più favorite energeticamente facendo 3 legami idrogeno rispetto a A=U che ne fanno due soltanto.
2. Il numero di basi accoppiate rispetto ai loop.
3. La lunghezza e la forma dei loop.

La stabilità di una struttura secondaria è quindi associata a questi fattori che concorrono al computo dell'energia libera del sistema. Per cui più è negativa l'energia di una struttura e maggiormente diviene probabile trovare l'RNA in quella struttura.

L'obiettivo degli algoritmi che servono per la predizione della struttura secondaria dell'RNA è quello di trovare la configurazione (o le configurazioni) con il minimo dell'energia libera. Per quanto ci riguarda vedremo soltanto l'algoritmo più semplice che può essere implementato, il quale considera soltanto la ricerca del massimo numero di basi accoppiabili, trascurando completamente l'effetto entropico a scapito di quello energetico. Algoritmi piú generali e aderenti alla realtà fisica sono stati proposti da Zuker e altri ([18,4,11,15]).