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 más o menos largos de ADN, que contienen información fundamental para la síntesis de proteínas.
Figura: Bases nitrogenadas en una molécula de ARN. De wikipedia.org
En términos muy simples, el ARN se deriva del ADN y representa la molécula que pasa entre él y las proteínas. Algunos investigadores lo definen como el "diccionario para la traducción del 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.
¿Qué es el ARN?
El ARN, o ácido ribonucleico, es una macromolécula biológica, que pertenece a la categoría de ácidos nucleicos, que desempeña un papel central en la generación de proteínas a partir del ADN .
La generación de proteínas (también de macromoléculas biológicas) incluye una serie de procesos celulares que, en conjunto, toman el nombre de síntesis de proteínas .
El ADN, el ARN y las proteínas son esenciales para garantizar la supervivencia, el desarrollo y el buen funcionamiento 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 "almacenamiento de genes", contenido en las células de los organismos vivos. Es a partir del ADN de lo que depende la formación de ARN e, indirectamente, la de las proteínas.
Historia de ARN
Figura: ribosa y desoxirribosa.
La investigación sobre el ARN comenzó después de 1868, año en que Friedrich Miescher descubrió los ácidos nucleicos.
Los primeros descubrimientos importantes a este respecto están fechados entre la segunda parte de los años 50 y la primera parte de los años 60. Entre los científicos que participaron en estos descubrimientos, merecen una mención especial: 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 intrones.
En 1980, Thomas Cech y Sidney Altman identificaron las ribozimas.
* Tenga en cuenta: para averiguar qué es el empalme de intrones y ribozimas, consulte los capítulos dedicados a la síntesis y funciones de ARN.
estructura
Desde un punto de vista químico-biológico, el ARN es un biopolímero . Los biopolímeros son moléculas naturales grandes, el fruto de la unión, en cadenas o filamentos, de muchas unidades moleculares más pequeñas, llamadas monómeros .
Los monómeros que forman el ARN son los nucleótidos .
EL ARN ES SOLO UNA CADENA
Las moléculas de ARN son moléculas compuestas generalmente por cadenas de nucleótidos individuales ( filamentos de polinucleótidos ).
La longitud del ARN celular varía desde menos de cien hasta incluso varios miles de nucleótidos.
El número de nucleótidos constituyentes depende del papel desempeñado por la molécula en cuestión.
Comparacion con el ADN
A diferencia del ARN, el ADN es un biopolímero formado, generalmente, por dos cadenas de nucleótidos.
Unidos entre sí, estos dos filamentos de polinucleótidos tienen una orientación opuesta y, uno al otro, forman una espiral doble conocida como " doble hélice ".
Una molécula de ADN humano genérico puede contener alrededor de 3.3 mil millones de nucleótidos por cadena .
ESTRUCTURA GENERICA DE UN NUCLEOTIDO
Por definición, los nucleótidos son las unidades moleculares que forman los ácidos nucleicos ARN y ADN.
Desde un 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;
- Un pentoso, que es un azúcar con 5 átomos de carbono;
- Una base nitrogenada, que es una molécula heterocíclica aromática.
La pentosa es el elemento central de los nucleótidos, ya que está asociada con el grupo fosfato y la base nitrogenada.
Figura: Elementos que constituyen un nucleótido genérico de un ácido nucleico. Como puede verse, el grupo fosfato y la base nitrogenada están unidos al azúcar.
El enlace químico que mantiene unidos a la pentosa y el grupo fosfato es un enlace fosfodiestérico, mientras que el enlace químico que une la pentosa y la base nitrogenada es un enlace N-glicosídico .
¿CUÁL ES EL PENTOSO DE ARN?
Premisa: los químicos han pensado en numerar los carbonos que constituyen las moléculas orgánicas, de manera que simplifiquen el estudio y la descripción. Aquí, entonces, que el carbono 5 de una pentosa se convierta en: carbono 1, carbono 2, carbono 3, carbono 4 y carbono 5. El criterio de asignación de números es bastante complejo, por lo que consideramos apropiado omitir la explicación.
El azúcar de 5 carbonos, que distingue la estructura de los nucleótidos de ARN, es la ribosa .
De los 5 átomos de carbono de la ribosa, merecen una mención especial:
- Carbono 1, porque es el que se une a la base nitrogenada, a través de un enlace N-glicosídico.
- Carbono 2, porque es el que discrimina la pentosa de los nucleótidos de ARN de los nucleótidos de la pentosa del ADN. Conectado al ARN carbono 2 hay un átomo de oxígeno y un átomo de hidrógeno, que juntos forman un grupo hidroxilo OH .
- Carbono 3, porque es el que participa en el enlace entre dos nucleótidos consecutivos .
- Carbono 5, porque es el que une al grupo fosfato, a través de un enlace fosfodiestérico.
Debido a la presencia de azúcar de ribosa, los nucleótidos de ARN toman el nombre específico de ribonucleótido .
Comparacion con el ADN
La pentosa que constituye los nucleótidos del ADN es la desoxirribosa .
La desoxirribosa difiere de la ribosa debido a la falta de átomos de oxígeno en el carbono 2.
Por lo tanto, carece del grupo hidroxilo OH que caracteriza al azúcar ARN de 5 carbonos.
Debido a la presencia de azúcar desoxirribosa, los nucleótidos de ADN también se conocen como desoxirribonucleótidos .
TIPOS DE NUCLEOTIDOS Y BASES DE NITROGENO
El ARN tiene 4 tipos diferentes de nucleótidos .
Para distinguir estos 4 tipos diferentes de nucleótidos es solo la base nitrogenada.
Por razones obvias, por lo tanto, 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.
Comparacion con el ADN
Las bases nitrogenadas que distinguen los nucleótidos del ADN son las mismas que el ARN, excepto el uracilo. En lugar de este último hay una base nitrogenada llamada timina (T), que pertenece a la categoría de pirimidinas.
El lazo entre las nucleocitos
Cada nucleótido que forma cualquier hebra de ARN se une al siguiente nucleótido, por medio de un enlace fosfodiestérico entre el carbono 3 de su pentosa y el grupo fosfato del nucleótido inmediatamente siguiente.
LAS EXTREMIDADES DE UNA MOLÉCULA DE ARN
Cualquier filamento de ARN polinucleótido tiene dos extremos, conocidos como extremos 5 ' (lea "fin cinco primero") y 3 "final (lea" extremo tres primero ").
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 de polinucleótido, mientras que el extremo 3' coincide con el grupo hidroxilo colocado en el carbono 3 del último nucleótido de la misma cadena.
Se basa en esta organización que, en los libros de genética y biología molecular, los filamentos de polinucleótidos de cualquier ácido nucleico se describen a continuación: P-5 '→ 3'-OH (* Nota: la letra P indica el átomo de grupo fosfato fosfato).
Al aplicar los conceptos de los extremos 5 'y extremos 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, se invita al lector a prestar atención a la aparición 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, el núcleo) de un ser vivo, las moléculas de ARN se pueden encontrar tanto en el núcleo como en el citoplasma .
Esta gran localización depende del hecho de que algunos de los procesos celulares, que tienen al ARN como su protagonista, se encuentran en el núcleo, mientras que otros tienen lugar en el citoplasma.
Comparacion con el ADN
El ADN de los organismos eucarióticos (por lo tanto, también el ADN humano) se encuentra solo dentro del núcleo celular.
| Tabla resumen de las diferencias entre ARN y ADN: |
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resumen
El proceso de síntesis de ARN tiene como protagonista una enzima intracelular (es decir, ubicada dentro de la célula), llamada ARN polimerasa (NB: una enzima es una proteína).
La ARN polimerasa de una célula utiliza el ADN, presente en el interior del núcleo de la misma célula, como si fuera un molde, para crear el ARN.
En otras palabras, es una especie de copiadora que transcribe lo que el ADN lleva en un lenguaje diferente, que es el del ARN.
Además, este proceso de síntesis de ARN, por la ARN polimerasa, toma el nombre científico de la transcripción .
Los organismos eucariotas, como los 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 determinar en los siguientes capítulos, tienen diferentes funciones biológicas en el contexto de la vida celular.
CÓMO SE ACTIVA EL ARN POLIMERASI
Una ARN polimerasa es capaz de:
- Reconocer, en el ADN, el sitio desde el cual comenzar la transcripción,
- Se unen al ADN,
- Separar las dos cadenas de ADN polinucleotídicas (que se mantienen juntas mediante enlaces de hidrógeno entre las bases nitrogenadas), para actuar sobre un solo filamento, y
- Comenzar la síntesis de la transcripción del ARN.
Cada uno de estos pasos tiene lugar siempre que una ARN polimerasa se esté preparando para llevar a cabo 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 al molde de la cadena de ADN en la dirección 3 ' → 5' .
MODIFICACIONES DE LA TRANSCRITACION DE ARN
Después de su transcripción, el ARN experimenta algunas modificaciones, entre las que se incluyen la adición de algunas secuencias de nucleótidos en los dos extremos, la pérdida de los llamados intrones (proceso conocido como empalme ) y así sucesivamente.
Por lo tanto, con respecto al segmento de ADN original, el ARN resultante tiene algunas diferencias con respecto a la longitud de la cadena de polinucleótido (generalmente es más corto).
tipos
Hay varios tipos de ARN .
Los más conocidos y estudiados son: el ARN de transporte (o transferencia de ARN o ARNt ), el ARN mensajero (o ARN mensajero o ARNm ), el ARN ribosomal (o ARN ribosomal o ARNr ) y el pequeño ARN nuclear (o ARN nuclear pequeño o snRNA ).
Aunque cubren diferentes roles específicos, 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.
| ARN polimerasa y tipos de ARN | |
| ARN polimerasa I | ARNr |
| ARN polimerasa II | ARNm y snRNA |
| ARN polimerasa III | ARNt, un tipo particular de ARNr y miARN |
OTROS TIPOS DE ANCLAJE DE ARN
En las células de los organismos eucarióticos, los investigadores encontraron otros tipos de ARN, además de los 4 anteriores. Por ejemplo:
- Micro ARN (o miARN ), que son cadenas de poco más de 20 nucleótidos, e
- El ARN que constituye las ribozimas . Las ribozimas son moléculas de ARN con actividad catalítica, como las enzimas.
También los miRNAs y las ribozimas participan en el proceso de síntesis de proteínas, al igual que el tRNA, el mRNA, etc.
función
El ARN representa la macromolécula biológica del paso entre el ADN y las proteínas, es decir, los biopolímeros largos cuyas unidades moleculares son aminoácidos .
El ARN es comparable a un diccionario de información genética, ya que permite traducir los segmentos de nucleótidos del ADN (que son los llamados genes) en los aminoácidos de las proteínas.
Una de las descripciones más frecuentes del papel funcional, cubierto por el ARN, es: "El ARN es el ácido nucleico involucrado en la codificación, decodificación, regulación y expresión de los genes".
El ARN es uno de los tres elementos cardinales del llamado dogma central de la biología molecular, que dice: "El ADN deriva del ARN, del cual, a su vez, las proteínas derivan" ( ADN → ARN → proteínas ).
TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN
Brevemente, la transcripción es la serie de reacciones celulares que conducen a la formación de moléculas de ARN, a partir del 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 consideran a todos los tipos de ARN mencionados anteriormente (ARNt, ARNm, etc.) como protagonistas:
- Un ARNm es una molécula de ARN que codifica una proteína . En otras palabras, los ARNm son proteínas antes del proceso de traducción de nucleótidos en proteínas de aminoácidos.
Los ARNm experimentan diversas modificaciones después de su transcripción.
- Los ARNt son moléculas de ARN no codificantes, pero aún son esenciales para la formación de proteínas. De hecho, desempeñan un papel clave en descifrar lo que informan las moléculas de ARNm.
El nombre "ARN de transporte" se deriva del hecho de que estos ARN llevan un aminoácido en sí mismos. Para ser más precisos, cada aminoácido corresponde a un ARNt específico.
Los ARNt interactúan con el ARNm, a través de tres nucleótidos particulares de 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, juntan los aminoácidos de una proteína.
Un ribosoma genérico contiene, dentro de él, algunos sitios, donde puede acomodar 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 RNA que participan en el proceso de empalme de los intrones presentes en el mRNA. Los intrones son segmentos cortos de ARNm no codificantes, inútiles para la síntesis de proteínas.
- Las ribozimas son moléculas de ARN que catalizan el corte de las cadenas de ribonucleótidos, cuando sea necesario.
Figura: traducción de ARNm.
