Generalidad
El ARN, o ácido ribonucleico, es el ácido nucleico involucrado en los procesos de codificación, decodificación, regulación y expresión de genes. Los genes son segmentos de ADN más o menos largos, que contienen la información fundamental para la síntesis de proteínas.
Figura: Bases de nitrógeno en una molécula de ARN. De wikipedia.org
En términos muy simples, el ARN se deriva del ADN y representa la molécula de transición entre el ADN y las proteínas. Algunos investigadores lo denominan "diccionario para traducir el lenguaje del ADN al lenguaje de las proteínas".
Las moléculas de ARN derivan de la unión, en cadenas, de un número variable de ribonucleótidos. Un grupo fosfato, una base nitrogenada y un azúcar de 5 carbonos, llamado ribosa, participan en la formación de cada ribonucleótido individual.
¿Qué es el ARN?
El ARN, o ácido ribonucleico, es una macromolécula biológica, perteneciente a la categoría de los ácidos nucleicos, que juega un papel central en la generación de proteínas a partir del ADN.
La generación de proteínas (también macromoléculas biológicas) incluye una serie de procesos celulares que, tomados en conjunto, se denominan síntesis de proteínas.
El ADN, el ARN y las proteínas son esenciales para garantizar la supervivencia, el desarrollo y el funcionamiento adecuado de las células de los organismos vivos.
¿Qué es el ADN?
El ADN, o ácido desoxirribonucleico, es el otro ácido nucleico natural, junto con el ARN.
Estructuralmente similar al ácido ribonucleico, el ácido desoxirribonucleico es el patrimonio genético, es decir, el "almacén de genes", contenido en las células de los organismos vivos. La formación de ARN e, indirectamente, la de proteínas depende del ADN.
HISTORIA DEL ARN
Figura: ribosa y desoxirribosa
La investigación sobre el ARN comenzó después de 1868, año en el que Friedrich Miescher descubrió los ácidos nucleicos.
Los primeros descubrimientos importados al respecto están fechados entre la segunda parte de los años 50 del siglo XX y la primera parte de los 60. Entre los científicos que participaron en estos descubrimientos, merecen una mención especial los siguientes: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies y Robert Holley.
En 1977, un grupo de investigadores, dirigido por Philip Sharp y Richard Roberts, descifró el proceso de empalme de los intrones.
En 1980, Thomas Cech y Sidney Altman identificaron ribozimas.
* Nota: para saber cuáles son empalme de intrones y ribozimas, véanse los capítulos dedicados a la síntesis de la ANN y a las funciones.
Estructura
Desde el punto de vista químico-biológico, el ARN es un biopolímero, los biopolímeros son grandes moléculas naturales, resultado de la unión, en cadenas o filamentos, de muchas unidades moleculares más pequeñas, llamadas monómeros.
Los monómeros que componen el ARN son los nucleótidos.
LA ANN ES GENERALMENTE UNA SOLA CADENA
Las moléculas de ARN suelen estar formadas por cadenas simples de nucleótidos (hebras de polinucleótidos).
La longitud de los ARN celulares varía desde menos de cien hasta varios miles de nucleótidos.
El número de nucleótidos constituyentes depende del papel desempeñado por la molécula en cuestión.
Comparación con el ADN
A diferencia del ARN, el ADN es un biopolímero compuesto generalmente por dos cadenas de nucleótidos.
Unidos juntos, estos dos filamentos de polinucleótidos tienen orientaciones opuestas y, envolviéndose uno en el otro, forman una doble espiral conocida como “doble hélice”.
Una molécula de ADN humano genérico puede contener aproximadamente 3.300 millones de nucleótidos por hebra.
ESTRUCTURA GENÉRICA DE UN NUCLEÓTIDO
Por definición, los nucleótidos son las unidades moleculares que componen los ácidos nucleicos ARN y ADN.
Desde el punto de vista estructural, un nucleótido genérico resulta de la unión de tres elementos, que son:
- Un grupo fosfato, que es un derivado del ácido fosfórico;
- Una pentosa, es decir, un azúcar con 5 átomos de carbono;
- Una base nitrogenada, que es una molécula heterocíclica aromática.
La pentosa representa el elemento central de los nucleótidos, ya que el grupo fosfato y la base nitrogenada se unen a él.
Figura: Elementos que componen un nucleótido genérico de un ácido nucleico. Como puede verse, el grupo fosfato y la base nitrogenada se unen al azúcar.
El enlace químico que une la pentosa y el grupo fosfato es un enlace fosfodiéster, mientras que el enlace químico que une la pentosa y la base nitrogenada es un enlace N-glicosídico.
¿CUÁL ES LA PENTOSA DEL ARN?
Premisa: los químicos han pensado en numerar los carbonos que componen las moléculas orgánicas, de forma que se simplifique su estudio y descripción. Aquí, por tanto, que los 5 carbonos de una pentosa se conviertan en: carbono 1, carbono 2, carbono 3, carbono 4 y carbono 5. El criterio para asignar los números es bastante complejo, por lo que consideramos oportuno omitir la explicación.
El azúcar de 5 carbonos, que distingue la estructura de nucleótidos del ARN, es la ribosa.
De los 5 átomos de carbono de la ribosa, merecen una mención especial:
- los carbono 1, porque es lo que se une a la base de nitrógeno, a través de un enlace N-glicosídico.
- los carbono 2, porque es lo que discrimina la pentosa de los nucleótidos del ARN de la pentosa de los nucleótidos del ADN Conectado al carbono 2 del ARN hay un átomo de oxígeno y un átomo de hidrógeno, que juntos forman un grupo hidroxilo OH.
- los carbono 3, porque es el que participa en el enlace entre dos nucleótidos consecutivos.
- los carbono 5, porque es lo que se une al grupo fosfato, a través de un enlace fosfodiéster.
Debido a la presencia del azúcar ribosa, los nucleótidos del ARN toman el nombre específico de ribonucleótidos.
Comparación con el ADN
La pentosa que forma los nucleótidos del ADN es la desoxirribosa.
La desoxirribosa se diferencia de la ribosa por la falta de átomos de oxígeno en el carbono 2.
Por lo tanto, carece del grupo hidroxilo OH que caracteriza al azúcar de 5 carbonos del ARN.
Debido a la presencia de azúcar desoxirribosa, los nucleótidos de ADN también se conocen como desoxirribonucleótidos.
TIPOS DE NUCLEÓTIDOS Y BASES DE NITRÓGENO
El ARN tiene 4 tipos diferentes de nucleótidos.
Para distinguir estos 4 tipos diferentes de nucleótidos es solo la base nitrogenada.
Por lo tanto, por razones obvias, las bases nitrogenadas del ARN son 4, específicamente: adenina (abreviada como A), guanina (G), citosina (C) y uracilo (U).
La adenina y la guanina pertenecen a la clase de purinas, compuestos heterocíclicos aromáticos de doble anillo.
La citosina y el uracilo, por otro lado, entran en la categoría de pirimidinas, compuestos heterocíclicos aromáticos de un solo anillo.
Comparación con el ADN
Las bases nitrogenadas que distinguen los nucleótidos del ADN son las mismas que las del ARN, excepto el uracilo. En lugar de la última "c" hay una base nitrogenada llamada timina (T), que pertenece a la categoría de pirimidinas.
ENLACE ENTRE NUCLEOTIDOS
Cada nucleótido que forma cualquier cadena de ARN se une al siguiente nucleótido por medio de un enlace fosfodiéster entre el carbono 3 de su pentosa y el grupo fosfato del nucleótido inmediatamente siguiente.
LOS EXTREMOS DE UNA MOLÉCULA DE ARN
Cualquier hebra de polinucleótidos de ARN tiene dos extremos, conocidos como el extremo 5 "(lea" extremo cinco primo ") y el extremo 3" (lea "extremo tres primo").
Por convención, los biólogos y genetistas han establecido que el "extremo 5" representa la cabeza de una cadena de ARN, mientras que el "extremo 3" representa su cola.
Desde el punto de vista químico, el "extremo 5" coincide con el grupo fosfato del primer nucleótido de la cadena polinucleotídica, mientras que el "extremo 3" coincide con el grupo hidroxilo situado en el carbono 3 del último nucleótido de la misma cadena.
Es sobre la base de esta organización que, en los libros de genética y biología molecular, los filamentos polinucleotídicos de cualquier ácido nucleico se describen de la siguiente manera: P-5 "→ 3" -OH (* Nota: la letra P indica el " átomo de fósforo del grupo fosfato).
Aplicando los conceptos de extremo 5 "y extremo 3" a un solo nucleótido, el "extremo 5" de este último es el grupo fosfato unido al carbono 5, mientras que su extremo 3 "es el grupo hidroxilo unido al carbono 3.
En ambos casos, s "invita al lector a prestar atención a la recurrencia numérica: extremo 5" - grupo fosfato en el carbono 5 y extremo 3 "- grupo hidroxilo en el carbono 3.
Localización
En las células nucleadas (es decir, del núcleo) de un ser vivo, se pueden encontrar moléculas de ARN tanto en el núcleo como en el citoplasma.
Esta amplia localización depende de que algunos de los procesos celulares, que tienen al ARN como protagonista, se ubican en el núcleo, mientras que otros tienen lugar en el citoplasma.
Comparación con el ADN
El ADN de los organismos eucariotas (por lo tanto, también el ADN humano) se encuentra solo dentro del núcleo celular.
- El ARN es una molécula biológica más pequeña que el ADN, generalmente formada por una sola hebra de nucleótidos.
- La pentosa que constituye los nucleótidos del ácido ribonucleico es la ribosa.
- Los nucleótidos de ARN también se conocen como ribonucleótidos.
- El ARN de ácido nucleico comparte solo 3 de cada 4 bases nitrogenadas con el ADN. De hecho, en lugar de timina, tiene la base nitrogenada uracilo.
- El ARN puede residir en varios compartimentos de la célula, desde el núcleo hasta el citoplasma.
Síntesis
El proceso de síntesis de ARN tiene como protagonista una enzima intracelular (es decir, ubicada dentro de la célula), llamada ARN polimerasa (N.B: una enzima es una proteína).
La ARN polimerasa de una célula utiliza el ADN, presente dentro del núcleo de la misma célula, como si fuera una plantilla, para crear el ARN.
Es decir, es una especie de fotocopiadora que transcribe lo que informa el ADN en un idioma diferente, que es el de "ARN".
Además, este proceso de síntesis de ARN, por obra de la ARN polimerasa, toma el nombre científico de transcripción.
Los organismos eucariotas, como los seres humanos, poseen 3 clases diferentes de ARN polimerasa: ARN polimerasa I, ARN polimerasa II y ARN polimerasa III.
Cada clase de ARN polimerasa crea tipos particulares de ARN que, como el lector podrá comprobar en los próximos capítulos, tienen diferentes funciones biológicas en el contexto de la vida celular.
CÓMO FUNCIONA LA POLIMERASA DE ARN
Una "ARN polimerasa es capaz de:
- Reconocer, en el ADN, el sitio desde el que comenzar la transcripción,
- Se unen al ADN
- Separar las dos hebras de polinucleótidos de ADN (que se mantienen unidas por enlaces de hidrógeno entre bases nitrogenadas), de modo que actúen en una sola hebra, y
- Comience la síntesis de la transcripción de ARN.
Cada uno de estos pasos tiene lugar siempre que una "ARN polimerasa está a punto de realizar el proceso de transcripción. Por lo tanto, todos son pasos obligatorios".
La ARN polimerasa sintetiza moléculas de ARN en la dirección 5 "→ 3". A medida que agrega ribonucleótidos a la molécula de ARN naciente, se mueve hacia la cadena de ADN molde en la dirección 3 "→ 5".
MODIFICACIONES DE LA TRANSCRIPCIÓN DE ARN
Después de su transcripción, el ARN sufre algunas modificaciones, entre ellas: la adición de algunas secuencias de nucleótidos en ambos extremos, la pérdida de los llamados intrones (proceso conocido como empalme) etc.
Por lo tanto, en comparación con el segmento de ADN original, el ARN resultante tiene algunas diferencias en la longitud de la cadena de polinucleótidos (generalmente es más corta).
Tipos
Existen varios tipos de ARN.
Los más conocidos y estudiados son: el "ARN de transporte (o ARN de transferencia o ARNt), el" ARN mensajero (o ARN o ARNm mensajero), el "ARN ribosómico (o ARN o ARN ribosómico) y el ARN nuclear pequeño (o pequeño ARN nuclear o snRNA).
Aunque desempeñan funciones específicas diferentes, el tRNA, mRNA, rRNA y snRNA contribuyen a la realización de un objetivo común: la síntesis de proteínas, a partir de las secuencias de nucleótidos presentes en el ADN.
TODAVÍA OTROS TIPOS DE ARN
En las células de organismos eucariotas, los investigadores encontraron otros tipos de ARN, además de los 4 mencionados anteriormente. Por ejemplo:
- Los micro ARN (o miARN), que son hebras de poco más de 20 nucleótidos de longitud, e
- El ARN que compone las ribozimas Las ribozimas son moléculas de ARN con actividad catalítica, como las enzimas.
Los miRNA y las ribozimas también participan en el proceso de síntesis de proteínas, al igual que el tRNA, mRNA, etc.
Función
El ARN representa la macromolécula biológica de paso entre el ADN y las proteínas, es decir, biopolímeros largos cuyas unidades moleculares son los aminoácidos.
El ARN es comparable a un diccionario de información genética, ya que permite traducir los segmentos de nucleótidos del ADN (que luego son los llamados genes) en los aminoácidos de las proteínas.
Una de las descripciones más frecuentes del papel funcional que desempeña el "ARN" es: "El ARN es el" ácido nucleico implicado en la codificación, decodificación, regulación y expresión de genes ".
El "ARN es uno de los tres elementos clave del llamado dogma central de la biología molecular, que dice:" Del ADN se deriva el "ARN, del cual, a su vez, se derivan las proteínas" (ADN → ARN → proteínas).
TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN
En resumen, la transcripción es la serie de reacciones celulares que conducen a la formación de moléculas de ARN, comenzando por el ADN.
La traducción, en cambio, es el conjunto de procesos celulares que terminan con la producción de proteínas, a partir de las moléculas de ARN producidas durante el proceso de transcripción.
Biólogos y genetistas han acuñado el término "traducción", porque del lenguaje de los nucleótidos pasamos al lenguaje de los aminoácidos.
TIPOS Y FUNCIONES
Los procesos de transcripción y traducción ven como protagonistas a todos los tipos de ARN antes mencionados (ARNt, ARNm, etc.):
- Un ARNm es una molécula de ARN que codifica una proteína. En otras palabras, los ARNm son las proteínas antes del proceso de traducción de nucleótidos en aminoácidos de proteínas.
Los ARNm sufren varias modificaciones después de su transcripción. - Los TRNA son moléculas de ARN no codificantes, pero no obstante esenciales para la formación de proteínas. De hecho, juegan un papel clave en descifrar qué informan las moléculas de ARNm.
El nombre "ARN de transporte" se deriva del hecho de que estos ARN llevan un aminoácido. Para ser más precisos, cada aminoácido corresponde a un ARNt específico.
Los TRNA interactúan con el mRNA a través de tres nucleótidos particulares en su secuencia. - Los ARNr son las moléculas de ARN que forman los ribosomas. Los ribosomas son estructuras celulares complejas que, moviéndose a lo largo del ARNm, reúnen los aminoácidos de una proteína.
Un ribosoma genérico contiene, dentro de él, algunos sitios, donde es capaz de albergar los ARNt y hacer que se encuentren con el ARNm. Es aquí donde los tres nucleótidos particulares mencionados anteriormente interactúan con el ARN mensajero. - Los snRNA son moléculas de ARN que participan en el proceso de empalme de intrones presentes en el ARNm Los intrones son segmentos cortos de ARNm no codificante, inútiles para la síntesis de proteínas.
- Las ribozimas son moléculas de ARN que catalizan el corte de cadenas de ribonucleótidos, cuando es necesario.
Figura: traducción del ARNm.
