¿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. rna, 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 puede ser visto como el presidente o canciller cuya contribución determina en última instancia lo que sucede en el nivel de los acontecimientos cotidianos, mientras que rna es el ejército de leales soldados de a pie y obreros gruñones que realizan los trabajos reales y muestran una amplia Rango de habilidades impresionantes en el proceso.

rna, al igual que dna, es una macromolécula (en otras palabras, una molécula con un número relativamente grande de átomos individuales, a diferencia, por ejemplo, de co ₂ o h ₂ o) que consiste en un polímero o cadena de elementos químicos repetitivos. Los "enlaces" en esta cadena, o más formalmente los monómeros que forman el polímero, se denominan nucleótidos. un solo nucleótido consiste a su vez en tres regiones químicas diferentes, o grupos: un azúcar pentosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada. Las bases nitrogenadas pueden ser una de cuatro bases diferentes: adenina (a), citosina (c), guanina (g) y uracilo (u).

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 un anillo de seis miembros, mientras que las pirimidinas son considerablemente más pequeñas y tienen solo un anillo de seis carbonos. La adenina y la guanina son muy similares en su estructura, al igual que la citosina y el uracilo.

El azúcar pentosa en rna 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 forman la "columna vertebral" de rna.

Las bases nitrogenadas pueden considerarse como la parte más crítica de rna, porque son éstas, en grupos de tres en nucleótidos adyacentes, las que tienen la mayor importancia funcional. los grupos de tres bases adyacentes forman unidades llamadas códigos de tripletes o codones, que llevan señales especiales a la maquinaria que une las proteínas utilizando la información conectada al primer ADN y luego al ARN. Si no se interpreta este código tal como es, el orden de los nucleótidos sería irrelevante, como se describirá en breve.

cuando las personas con un poco de formación en biología escuchan el término "ADN", es probable que una de las primeras cosas que se nos ocurra sea la "doble hélice". la estructura distintiva de la molécula de ADN fue aclarada por watson, crick, franklin y otros en 1953, y entre los hallazgos del equipo fue que el ADN es de doble cadena y helicoidal, en su forma habitual. rna, en contraste, es casi siempre de una sola cadena.

Además, como lo indican los nombres de estas macromoléculas respectivas, 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 ADN son citosina y uracilo, en el ADN son citosina y timina. en los "peldaños" de la escalera de ADN de doble cadena, "adenina se une con y solo con timina, mientras que la citosina se une con y solo con guanina. (¿puede pensar en una razón arquitectónica por la que las bases de purina solo se unen a las bases de pirimidina a través del centro de dna? sugerencia: los "lados" de la escalera deben permanecer separados a una distancia fija) cuando el ADN se transcribe y una hebra complementaria de ARN es creado, el nucleótido generado a través de la adenina en el ADN es uracilo, no timina. esta distinción ayuda a la naturaleza a evitar la confusión del ADN y el ARN en entornos celulares en los que pueden surgir cosas indeseables debido al comportamiento no deseado de las enzimas que operan en las moléculas respectivas.

mientras que solo el ADN es de doble cadena, el ARN es mucho más experto en la formación de estructuras tridimensionales elaboradas. Esto ha permitido que se desarrollen tres formas esenciales de ARN en las células.

rna viene en tres tipos básicos, aunque también existen variedades adicionales muy oscuras.

messenger rna (mrna): las moléculas de mrna contienen la secuencia de codificación de las proteínas. las moléculas de mrna varían mucho en longitud, y los eucariotas (esencialmente, la mayoría de los seres vivos que no son bacterias) incluyen el rna más grande descubierto hasta ahora. muchas transcripciones superan las 100,000 bases (100 kilobases, o kb) de longitud.

transferencia rna (trna): trna es una molécula corta (aproximadamente 75 bases) que transporta aminoácidos y los mueve a la proteína en crecimiento durante la traducción. Se cree que los trnas tienen una disposición tridimensional común que parece una hoja de trébol en el análisis de rayos X. esto se produce mediante la unión de bases complementarias cuando una hebra de trna se pliega sobre sí misma, como la cinta que se pega a sí misma cuando accidentalmente se juntan los lados de una tira.

ARN ribosomal (rrna): las moléculas de rrna comprenden de 65 a 70 por ciento de la masa del orgánulo llamado ribosoma , la estructura que aloja directamente la traducción o la 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. (Para referencia, el peso molecular del carbono es 12; ningún elemento individual supera los 300.)

un ribosoma eucariota, llamado 40, contiene un rrna, así como unas 35 proteínas diferentes. El ribosoma de los años 60 contiene tres proteínas y unas 50 proteínas. Los ribosomas son, por lo tanto, una mezcla de ácidos nucleicos (rrna) y los productos de proteínas que otros ácidos nucleicos (mrna) llevan el código para crear.

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

la transcripción es el proceso de sintetizar el ARN a partir de una plantilla de ADN. Ya que el ADN es de doble cadena y el ARN es de una sola cadena, las cadenas de ADN deben separarse antes de que pueda ocurrir la transcripción.

algo de terminología es útil en este punto. un gen, del cual todos han oído hablar pero pocos expertos en biología pueden definir formalmente, es solo un tramo de ADN que contiene tanto una plantilla para la síntesis de ARN como secuencias de nucleótidos que permiten que la producción de ARN se regule y controle desde la región de la plantilla. 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 solo producto proteico. tan conveniente como sería (y con tanto sentido como lo hace en la superficie), la idea se ha demostrado incorrecta. algunos genes no codifican proteínas en absoluto, y en algunos animales, el "empalme alternativo" en el que el mismo gen puede activarse para producir proteínas diferentes en diferentes condiciones, parece ser común.

La transcripción de rna produce un producto que es complementario a la plantilla de dna. esto significa que es una imagen de tipo espejo, y que naturalmente se emparejaría con cualquier secuencia idéntica a la plantilla gracias a las reglas de emparejamiento de base-base específicas anotadas anteriormente. por ejemplo, la secuencia de ADN tactggt es complementaria de la secuencia rna augacca, ya que cada base en la primera secuencia puede emparejarse con la base correspondiente en la segunda secuencia (tenga en cuenta que u aparece en rna donde t aparecerá en dna).

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. La polimerasa de ARN (la enzima que ensambla el ARN nuevo) se une al complejo promotor-proteína del ADN, que es como el interruptor de encendido en un automóvil. 
3. el nuevo complejo ARN polimerasa / promotor-proteína separa las dos cadenas de ADN complementarias. 
4. La polimerasa de ARN comienza a sintetizar ARN, un nucleótido a la vez.

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

Los genes en ADN codifican moléculas proteicas. estos son los "soldados de a pie" de la celda, que llevan a cabo los deberes necesarios para sostener la vida. Puedes pensar en carne o músculo o en un batido saludable cuando piensas en una proteína, pero la mayoría de las proteínas vuelan bajo el radar de tu vida diaria. las enzimas son proteínas: moléculas que ayudan a descomponer los nutrientes, crear nuevos componentes celulares, ensamblar ácidos nucleicos (p. ej., ADN polimerasa) y hacer copias de ADN durante la división celular.

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

Los ribosomas se componen 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 ARN. Las subunidades contienen un poco de casi todo lo que ya se ha mencionado: proteínas, rrna y trna. las moléculas de trna son moléculas adaptadoras: un extremo puede leer el código de los tripletes en la mrna (por ejemplo, uag o cgc) a través del emparejamiento de bases complementario, y el otro extremo se une a un aminoácido específico. cada código de triplete es responsable de uno de los aproximadamente 20 aminoácidos que forman todas las proteínas; algunos aminoácidos están codificados por múltiples tripletes (lo que no es sorprendente, ya que son posibles 64 tripletes, cuatro bases elevadas a la tercera potencia porque cada triplete tiene tres bases, y solo se necesitan 20 aminoácidos). en el ribosoma, Los complejos de mrna y aminoacil-trna (piezas de trna que transportan un aminoácido) se mantienen muy juntos, lo que facilita el emparejamiento de bases. rrna 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 una enzima. Debido a que el ARN puede tanto almacenar información genética como catalizar reacciones, algunos científicos han sugerido un papel importante para el ARN en el origen de la vida, llamado "el mundo del ARN". esta hipótesis sostiene que, muy atrás en la historia de la Tierra, las moléculas de ARN desempeñaron todos los mismos roles que las proteínas y las moléculas de ácido nucleico que juegan hoy, lo cual sería imposible ahora pero podría haber sido posible en un mundo prebiótico. Si rna actuó como una estructura de almacenamiento de información y como la fuente de la actividad catalítica necesaria para las reacciones metabólicas básicas, puede haber precedido al ADN en sus formas más tempranas (aunque ahora está hecho por el ADN) y ha servido como plataforma para la Lanzamiento de "organismos" que son verdaderamente auto-replicantes.