¿Qué es el ácido ribonucleico?

El ácido ribonucleico, o ARN, es uno de los dos tipos de ácidos nucleicos que se encuentran en la vida en la Tierra. El otro, el ácido desoxirribonucleico (ADN), ha asumido durante mucho tiempo un perfil más alto que el ARN en la cultura popular, en la mente de los observadores casuales y en otros lugares. El ARN, sin embargo, es el ácido nucleico más versátil; toma las instrucciones que recibe del ADN y las transforma en una variedad de actividades coordinadas involucradas en la síntesis de proteínas. Visto de esta manera, el ADN podría verse como el presidente o el canciller cuya aportación determina en última instancia lo que sucede en el nivel de los eventos cotidianos. Considerando que el ARN es el ejército de soldados de infantería leales y trabajadores gruñones que hacen el trabajo real y muestran una amplia gama de habilidades impresionantes en proceso.

El ARN, como el ADN, es una macromolécula (en otras palabras, una molécula con un número relativamente grande de átomos individuales, a diferencia de, digamos, CO

La adenina y la guanina se clasifican químicamente como purinas, mientras que la citosina y el uracilo pertenecen a la categoría de sustancias llamadas pirimidinas. Las purinas consisten principalmente en un anillo de cinco miembros unido a anillos de seis miembros, mientras que las pirimidinas son considerablemente más pequeñas y solo tienen un anillo de seis carbonos. La adenina y la guanina son muy similares en estructura entre sí, al igual que la citosina y el uracilo.

El azúcar pentosa en el ARN es ribosa, que incluye un anillo con cinco átomos de carbono y un átomo de oxígeno. El grupo fosfato está unido a un átomo de carbono en el anillo en un lado del átomo de oxígeno, y la base nitrogenada está unida al átomo de carbono en el otro lado del oxígeno. El grupo fosfato también se une a la ribosa en el nucleótido adyacente, por lo que la porción de ribosa y fosfato de un nucleótido juntos forman la "columna vertebral" del ARN.

Las bases nitrogenadas pueden considerarse como la parte más crítica del ARN, porque son estas, en grupos de tres en nucleótidos contiguos, las de mayor importancia funcional. Grupos de tres bases adyacentes forman unidades llamadas códigos de triplete, o codones, que transportan señales especiales a la maquinaria que une las proteínas utilizando la información conectada primero al ADN y luego al ARN. Sin este código interpretado como es, el orden de los nucleótidos sería irrelevante, como se describirá en breve.

Cuando las personas con poca experiencia en biología escuchan el término "ADN", es probable que una de las primeras cosas que les venga a la mente sea la "doble hélice". El distintivo La estructura de la molécula de ADN fue dilucidada por Watson, Crick, Franklin y otros en 1953, y uno de los hallazgos del equipo fue que el ADN es de doble hebra y helicoidal en su forma habitual. El ARN, por el contrario, es prácticamente siempre monocatenario.

Además, como implican los nombres de estas respectivas macromoléculas, el ADN contiene un azúcar ribosa diferente. En lugar de ribosa, contiene desoxirribosa, un compuesto idéntico a la ribosa salvo por tener un átomo de hidrógeno en lugar de uno de sus grupos hidroxilo (-OH).

Finalmente, mientras que las pirimidinas en el ARN son citosina y uracilo, en el ADN son citosina y timina. En los "peldaños" de la "escalera" del ADN de doble hebra, la adenina se une únicamente a la timina, mientras que la citosina se une únicamente a la guanina. (¿Puede pensar en una razón arquitectónica por la que las bases de purina solo se unen a las bases de pirimidina en el centro del ADN? Sugerencia: los "lados" de la escalera deben permanecer a una distancia fija.) Cuando se transcribe el ADN y se Se crea una hebra complementaria de ARN, el nucleótido generado frente a la adenina en el ADN es uracilo, no timina. Esta distinción ayuda a la naturaleza a evitar confundir el ADN y el ARN en entornos celulares en los que cosas pueden resultar del comportamiento no deseado si las enzimas que operan en el respectivo moléculas.

Si bien solo el ADN es de doble hebra, el ARN es mucho más hábil para formar estructuras tridimensionales elaboradas. Esto ha permitido que se desarrollen tres formas esenciales de ARN en las células.

El ARN se presenta en tres tipos básicos, aunque también existen variedades adicionales muy oscuras.

ARN mensajero (ARNm): Las moléculas de ARNm contienen la secuencia codificante de proteínas. Las moléculas de ARNm varían mucho en longitud, y los eucariotas (esencialmente, la mayoría de los seres vivos que no son bacterias) incluyen el ARN más grande descubierto hasta ahora. Muchas transcripciones superan las 100.000 bases (100 kilobases o kb) de longitud.

Transferencia de ARN (ARNt): El tRNA es una molécula corta (alrededor de 75 bases) que transporta aminoácidos y los mueve a la proteína en crecimiento durante la traducción. Se cree que los ARNt tienen una disposición tridimensional común que parece una hoja de trébol en el análisis de rayos X. Esto se produce por la unión de bases complementarias cuando una hebra de tRNA se pliega sobre sí misma, de manera muy similar a la cinta que se pega a sí misma cuando accidentalmente junta los lados de una tira.

ARN ribosómico (ARNr): Las moléculas de ARNr comprenden entre el 65 y el 70 por ciento de la masa del orgánulo llamado ribosoma, la estructura que aloja directamente la traducción o síntesis de proteínas. Los ribosomas son muy grandes para los estándares celulares. Los ribosomas bacterianos tienen pesos moleculares de aproximadamente 2,5 millones, mientras que los ribosomas eucariotas tienen pesos moleculares aproximadamente una vez y media. (Como referencia, el peso molecular del carbono es 12; ningún elemento supera los 300).

Un ribosoma eucariota, llamado 40S, contiene un ARNr y aproximadamente 35 proteínas diferentes. El ribosoma 60S contiene tres ARNr y aproximadamente 50 proteínas. Los ribosomas son, por lo tanto, una mezcla de ácidos nucleicos (ARNr) y los productos proteicos que otros ácidos nucleicos (ARNm) llevan el código para crear.

Hasta hace poco, los biólogos moleculares asumían que el ARNr desempeñaba un papel fundamentalmente estructural. Sin embargo, información más reciente indica que el ARNr de los ribosomas actúa como una enzima, mientras que las proteínas que lo rodean actúan como andamiaje.

La transcripción es el proceso de síntesis de ARN a partir de una plantilla de ADN. Dado que el ADN es de doble hebra y el ARN es de una sola hebra, las hebras de ADN deben separarse antes de que se produzca la transcripción.

Alguna terminología es útil en este punto. Un gen, del que todo el mundo ha oído hablar pero que pocos expertos en biología pueden definir formalmente, es solo un tramo de ADN que contiene tanto un plantilla para la síntesis de ARN y secuencias de nucleótidos que permiten regular y controlar la producción de ARN a partir de la plantilla región. Cuando los mecanismos para la síntesis de proteínas se describieron por primera vez con precisión, los científicos plantearon la hipótesis de que cada gen correspondía a un único producto proteico. Por más conveniente que sea esto (y por mucho sentido que tenga en la superficie), se ha demostrado que la idea es incorrecta. Algunos genes no codifican proteínas en absoluto, y en algunos animales, "empalme alternativo" en el que el mismo gen puede activarse para producir diferentes proteínas en diferentes condiciones, parece ser común.

La transcripción de ARN produce un producto que es complementario a la plantilla de ADN. Esto significa que es una especie de imagen reflejada y, naturalmente, se emparejaría con cualquier secuencia idéntica a la plantilla gracias a las reglas específicas de emparejamiento base-base señaladas anteriormente. Por ejemplo, la secuencia de ADN TACTGGT es complementaria a la secuencia de ARN AUGACCA, ya que cada base de la primera secuencia puede emparejarse con la base correspondiente en la segunda secuencia (tenga en cuenta que U aparece en el ARN donde T aparecería en ADN).

El inicio de la transcripción es un proceso complejo pero ordenado. Los pasos incluyen:

1. Las proteínas del factor de transcripción se unen a un promotor "corriente arriba" de la secuencia a transcribir.
2. Polimerasa de ARN (la enzima que ensambla el nuevo ARN) se une al complejo promotor-proteína del ADN, que es más bien como el interruptor de encendido de un automóvil.
3. El complejo de ARN polimerasa / promotor-proteína recién formado separa las dos cadenas de ADN complementarias.
4. La ARN polimerasa comienza a sintetizar ARN, un nucleótido a la vez.

A diferencia de la ADN polimerasa, la ARN polimerasa no necesita ser "preparada" por una segunda enzima. La transcripción solo requiere la unión de la ARN polimerasa al área del promotor.

Los genes del ADN codifican moléculas de proteínas. Estos son los "soldados de infantería" de la celda, que llevan a cabo las tareas necesarias para mantener la vida. Puede pensar en carne o músculo o en un batido saludable cuando piensa en una proteína, pero la mayoría de las proteínas pasan desapercibidas en su vida diaria. Las enzimas son proteínas: moléculas que ayudan a descomponer los nutrientes, construir nuevos componentes celulares, ensamblar ácidos nucleicos (por ejemplo, ADN polimerasa) y hacer copias del ADN durante la división celular.

"Expresión de genes" significa fabricar la proteína correspondiente del gen, si existe, y este complicado proceso tiene dos pasos principales. La primera es la transcripción, detallada anteriormente. En la traducción, las moléculas de ARNm recién creadas salen del núcleo y migran al citoplasma, donde se encuentran los ribosomas. (En los organismos procariotas, los ribosomas pueden unirse al ARNm mientras la transcripción aún está en curso).

Los ribosomas constan de dos porciones distintas: la subunidad grande y la subunidad pequeña. Cada subunidad suele estar separada en el citoplasma, pero se unen en una molécula de ARNm. Las subunidades contienen un poco de casi todo lo ya mencionado: proteínas, rRNA y tRNA. Las moléculas de ARNt son moléculas adaptadoras: un extremo puede leer el código triplete en el ARNm (por ejemplo, UAG o CGC) a través del emparejamiento de bases complementarias, y el otro extremo se une a un aminoácido específico. Cada código triplete es responsable de uno de los aproximadamente 20 aminoácidos que componen todas las proteínas; algunos aminoácidos están codificados por múltiples tripletes (lo cual no es sorprendente, ya que son posibles 64 tripletes) cuatro bases elevadas a la tercera potencia porque cada triplete tiene tres bases, y solo 20 aminoácidos son necesario). En el ribosoma, los complejos de ARNm y aminoacil-ARNt (piezas de ARNt que transportan un aminoácido) se mantienen muy juntos, lo que facilita el emparejamiento de bases. El ARNr cataliza la unión de cada aminoácido adicional a la cadena en crecimiento, que se convierte en un polipéptido y finalmente en una proteína.

Como resultado de su capacidad para organizarse en formas complejas, el ARN puede actuar débilmente como enzima. Debido a que el ARN puede almacenar información genética y catalizar reacciones, algunos científicos han sugerido que el ARN tiene un papel importante en la origen de la vida, llamado "el mundo ARN". Esta hipótesis sostiene que, muy atrás en la historia de la Tierra, las moléculas de ARN desempeñaron todas las funciones Los mismos roles que desempeñan hoy las moléculas de proteínas y ácidos nucleicos, lo que sería imposible ahora, pero podría haber sido posible en un mundo prebiótico. Si el ARN actuó como una estructura de almacenamiento de información y como la fuente de la actividad catalítica necesaria para las reacciones metabólicas básicas, puede haber precedió al ADN en sus formas más tempranas (aunque ahora está hecho por ADN) y sirvió como plataforma para el lanzamiento de "organismos" que son verdaderamente autorreplicante.