El ARN o ácido ribonucleico es uno de los dos ácidos nucleicos que se encuentran en la naturaleza. el otro, el ácido desoxirribonucleico (ADN), es ciertamente más fijo en la imaginación. incluso las personas con poco interés en la ciencia tienen el indicio de que el ADN es vital en la transmisión de rasgos de una generación a otra, y que el ADN de cada ser humano es único (y por lo tanto es una mala idea dejarlo en la escena del crimen). pero para toda la notoriedad del ADN, el ARN es una molécula más versátil, ya que se presenta en tres formas principales: mensajero, ARN (mrna), ribosomal, ARN (rrna) y transferencia de ARN (trna).
el trabajo de mrna se basa en gran medida en los otros dos tipos, y mrna se encuentra directamente en el centro del llamado dogma central de la biología molecular (el ADN engendra el ARN, que a su vez engendra proteínas).
ácidos nucleicos: una visión general
ADN y ARN son ácidos nucleicos, lo que significa que son macromoléculas poliméricas, cuyos constituyentes monoméricos se denominan nucleótidos. Los nucleótidos consisten en tres porciones distintas: un azúcar pentosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada, seleccionados de entre cuatro opciones. Un azúcar pentosa es un azúcar que incluye una estructura de anillo de cinco átomos.
Tres diferencias principales distinguen el ADN del ARN. primero, en rna, la porción de azúcar del nucleótido es ribosa, mientras que en dna es desoxirribosa, que es simplemente ribosa con un grupo hidroxilo (-oh) eliminado de uno de los carbonos en el anillo de cinco átomos y reemplazado por un hidrógeno átomo (-h). por lo tanto, la porción de azúcar del ADN es solo un átomo de oxígeno menos masivo que el ARN, pero el ARN es una molécula mucho más reactiva químicamente que el ADN debido a su grupo extra -oh. En segundo lugar, el ADN es, bastante famoso, de doble cadena y enrollado en una forma helicoidal en su forma más estable. rna, por otro lado, es de una sola hebra. y tercero, mientras que dna y rna presentan las bases nitrogenadas adenina (a), citosina (c) y guanina (g), la cuarta base de la dna es timina (t), mientras que en rna es uracilo (u).
Debido a que el ADN es de doble cadena, los científicos han sabido desde mediados de la década de 1900 que estas bases nitrogenadas se emparejan con y solo con otro tipo de base; a pares con t, y c pares con g. además, a y g se clasifican químicamente como purinas, mientras que cyt se llaman pirimidinas. debido a que las purinas son sustancialmente más grandes que las pirimidinas, un emparejamiento de ag sería demasiado voluminoso, mientras que un emparejamiento de ct sería inusualmente bajo tamaño; Ambas situaciones serían perjudiciales para las dos cadenas en un ADN de doble cadena ya que se encuentran a la misma distancia en todos los puntos a lo largo de las dos cadenas.
Debido a este esquema de emparejamiento, las dos cadenas de ADN se llaman "complementarias", y la secuencia de una puede predecirse si la otra es conocida. por ejemplo, si una cadena de diez nucleótidos en una cadena de ADN tiene la secuencia de bases aagcgtattg, la cadena de ADN complementaria tendrá la secuencia de bases ttcgcataac. Debido a que rna se sintetiza a partir de una plantilla de ADN, esto también tiene implicaciones para la transcripción.
estructura rna básica
mrna es la forma más "parecida a un ADN" del ácido ribonucleico porque su trabajo es en gran parte el mismo: transmitir la información codificada en los genes, en forma de bases nitrogenadas cuidadosamente ordenadas, a la maquinaria celular que ensambla las proteínas. pero también existen varios tipos vitales de rna.
La estructura tridimensional del ADN se dilucidó en 1953, lo que le dio a James Watson y a Francis un premio Nobel. pero durante los años posteriores, la estructura de rna siguió siendo esquiva a pesar de los esfuerzos de algunos de los mismos expertos en dna para describirla. en la década de 1960, quedó claro que aunque rna es monocatenaria, su estructura secundaria, es decir, la relación de la secuencia de nucleótidos entre sí a medida que el rna se abre paso a través del espacio, implica que las longitudes de rna pueden replegarse en sí mismas, con bases en la misma hebra que se unen entre sí de la misma manera que una cinta adhesiva podría adherirse a sí misma si permites que se doble. esta es la base de la estructura en forma de cruz de trna, que incluye tres curvas de 180 grados que crean el equivalente molecular de callejones sin salida en la molécula.
rrna es algo diferente. todo el rrna se deriva de un monstruo de una hebra de rrna de unos 13,000 nucleótidos de largo. después de varias modificaciones químicas, esta hebra se divide en dos subunidades desiguales, una llamada 18s y la otra marcada 28s. ("s" significa "unidad de svedberg", una medida que usan los biólogos para estimar indirectamente la masa de macromoléculas). La porción de los 18 está incorporada a lo que se llama la subunidad ribosomal pequeña (que cuando está completa en realidad es de 30 s) y la parte de los 28 contribuye. a la subunidad grande (cuyo total tiene un tamaño de 50 s); todos los ribosomas contienen una de cada subunidad junto con una serie de proteínas (no ácidos nucleicos, que hacen que las proteínas sean posibles) para proporcionar ribosomas con integridad estructural.
las cadenas de ADN y ARN tienen lo que se denomina extremos 3 'y 5' ("tres primos" y "cinco primos") basados en las posiciones de las moléculas unidas a la porción de azúcar de la cadena. en cada nucleótido, el grupo fosfato está unido al átomo de carbono marcado 5 'en su anillo, mientras que el carbono 3' presenta un grupo hidroxilo (-oh). cuando se agrega un nucleótido a una cadena de ácido nucleico en crecimiento, esto siempre ocurre en el extremo 3 'de la cadena existente. es decir, el grupo fosfato en el extremo 5 'del nuevo nucleótido está unido al carbono 3' que presenta el grupo hidroxilo antes de que se produzca esta unión. el -oh es reemplazado por el nucleótido, que pierde un protón (h) de su grupo fosfato; por lo tanto una molécula de h 2 o, o agua, se pierde en el ambiente en este proceso,
transcripción: codificando el mensaje en mrna
la transcripción es el proceso en el cual mrna se sintetiza a partir de una plantilla de ADN. en principio, dado lo que ahora sabes, puedes imaginar fácilmente cómo sucede esto. el ADN es de doble cadena, por lo que cada hebra puede servir como plantilla para un ARN de una sola cadena; Estas dos nuevas cadenas de ARN, debido a los caprichos de un par de bases específicas, serán complementarias entre sí, no porque se unirán entre sí. la transcripción de rna es muy similar a la replicación de dna en que se aplican las mismas reglas de emparejamiento de bases, y u toma el lugar de t en rna. tenga en cuenta que este reemplazo es un fenómeno unidireccional: t en dna aún codifica un in rna, pero a in dna codifica para u in rna.
Para que se produzca la transcripción, la doble hélice del ADN debe desenrollarse, lo que ocurre bajo la dirección de enzimas específicas. (más tarde, vuelve a asumir su conformación helicoidal adecuada). Después de que esto suceda, una secuencia específica llamada adecuadamente las señales de secuencia promotora donde la transcripción debe comenzar a lo largo de la molécula. esto convoca a la escena molecular una enzima llamada ARN polimerasa, que en este momento es parte de un complejo promotor. todo esto ocurre como una especie de mecanismo bioquímico a prueba de fallas para evitar que la síntesis de ARN comience en el lugar equivocado en el ADN y, por lo tanto, produzca una cadena de ARN que contenga un código ilegítimo. la ARN polimerasa "lee" la cadena de ADN que comienza en la secuencia del promotor y se mueve a lo largo de la cadena de ADN, agregando nucleótidos al extremo 3 'de la ARN. Tenga en cuenta que las hebras de ARN y ADN, En virtud de ser complementarios, también son antiparalelos. esto significa que a medida que el ARN crece en la dirección 3 ', se mueve a lo largo de la hebra de ADN en el extremo 5' del ADN. Este es un punto menor pero a menudo confuso para los estudiantes, por lo que quizás desee consultar un diagrama para asegurarse de que comprende la mecánica de la síntesis de ARN.
los enlaces creados entre los grupos fosfato de un nucleótido y el grupo azúcar en el siguiente se denominan enlaces fosfodiéster (pronunciados "phos-pho-die-es-ter", no "phos-pho-pho-dee-ster", ya que puede ser tentador asumir).
La enzima polimerasa de ARN viene en muchas formas, aunque las bacterias incluyen un solo tipo. Es una enzima grande, que consta de cuatro subunidades de proteínas: alfa (α), beta (β), beta-prime (β ') y sigma (σ). combinados, estos tienen un peso molecular de alrededor de 420,000 daltons. (para referencia, un solo átomo de carbono tiene un peso molecular de 12; una sola molécula de agua, 18; y una molécula de glucosa completa, 180.) la enzima, llamada holoenzima cuando las cuatro subunidades están presentes, es responsable de reconocer el promotor Secuencias en ADN y separando las dos cadenas de ADN. La polimerasa de ARN se mueve a lo largo del gen a transcribir a medida que agrega nucleótidos al segmento de ARN en crecimiento, un proceso llamado elongación. este proceso, como muchos otros dentro de las células, requiere trifosfato de adenosina (atp) como fuente de energía.
la transcripción cesa cuando la polimerasa rna en movimiento encuentra una secuencia de terminación en el ADN. así como la secuencia del promotor puede verse como el equivalente de una luz verde en un semáforo, la secuencia de terminación es el análogo de una luz roja o una señal de alto.
traducción: decodificando el mensaje de mrna
cuando una molécula de MRN que transporta la información de una proteína en particular, es decir, un fragmento de ARNm correspondiente a un gen, está completa, aún debe procesarse antes de que esté lista para hacer su trabajo de entregar un plano químico a los ribosomas. Donde tiene lugar la síntesis de proteínas. en los organismos eucariotas, también migra fuera del núcleo (los procariotas no tienen un núcleo).
críticamente, las bases nitrogenadas transportan información genética en grupos de tres, llamados codones tripletes. cada codón lleva instrucciones para agregar un aminoácido particular a una proteína en crecimiento. Así como los nucleótidos son las unidades monoméricas de los ácidos nucleicos, los aminoácidos son los monómeros de las proteínas. Debido a que rna contiene cuatro nucleótidos diferentes (debido a las cuatro bases diferentes disponibles) y un codón consta de tres nucleótidos consecutivos, hay 64 codones triples totales disponibles (4 3= 64). es decir, comenzando con aaa, aac, aag, aau y trabajando hasta uuu, hay 64 combinaciones. Los humanos, sin embargo, hacen uso de sólo 20 aminoácidos. como resultado, se dice que el código del triplete es redundante: en la mayoría de los casos, el código de los tripletes para el mismo aminoácido. lo inverso no es cierto, es decir, el mismo triplete no puede codificar más de un aminoácido. probablemente puedas imaginar el caos bioquímico que se produciría de otra manera. de hecho, los aminoácidos leucina, arginina y serina tienen cada uno seis tripletes correspondientes a ellos. tres codones diferentes son codones de parada, similares a las secuencias de terminación de la transcripción en el ADN.
la traducción en sí misma es un proceso altamente cooperativo, que reúne a todos los miembros de la familia extendida de rna. Debido a que ocurre en los ribosomas, obviamente implica el uso de rrna. las moléculas de trna, descritas anteriormente como cruces minúsculas, son responsables de transportar los aminoácidos individuales al sitio de traducción en el ribosoma, y cada aminoácido es transportado por su propia marca específica de escort escort. al igual que la transcripción, la traducción tiene fases de iniciación, elongación y terminación, y al final de la síntesis de una molécula de proteína, la proteína se libera del ribosoma y se empaqueta en cuerpos de golgi para su uso en otros lugares, y el propio ribosoma se disocia en sus subunidades componentes.