ARN: definición, estructura, tipos y funciones

El ARN es un ácido ribonucleico que ayuda en la síntesis de proteínas en nuestro cuerpo. Este ácido nucleico es responsable de la producción de nuevas células en el cuerpo humano. Por lo general, se obtiene de la molécula de ADN. El ARN se parece al mismo que el ADN, la única diferencia es que tiene una sola hebra a diferencia del ADN que tiene dos hebras y consiste en una sola molécula de azúcar ribosa. De ahí el nombre de ácido ribonucleico. El ARN también se conoce como enzima, ya que ayuda en el proceso de reacciones químicas en el cuerpo.

Dogma central

Juntos, el ARN, abreviatura de ácido ribonucleico, y el ADN, abreviatura de ácido desoxirribonucleico, forman los ácidos nucleicos, una de las tres o cuatro clases de “macromoléculas” principales consideradas cruciales para la vida. Los otros son proteínas y lípidos. Muchos científicos también ubican a los carbohidratos en este grupo. Las macromoléculas son moléculas muy grandes, que a menudo consisten en subunidades que se repiten. El ARN y el ADN están formados por subunidades llamadas nucleótidos .  

Los dos ácidos nucleicos se unen para crear proteínas. El proceso de creación de proteínas utilizando la información genética de los ácidos nucleicos es tan importante para la vida que los biólogos lo llaman “el dogma central” de la biología molecular. El dogma, que describe el flujo de información genética en un organismo, según la Universidad Estatal de Oregón, dice que la información del ADN se escribe o «transcribe» como información del ARN, y la información del ARN se escribe o «traduce» en proteína.

ARN 

La capacidad del ARN y el ADN para almacenar y copiar información depende de las subunidades de nucleótidos repetitivas de las moléculas. Los nucleótidos están organizados en secuencias específicas, que pueden leerse como las letras de una palabra. Cada nucleótido tiene tres partes principales: una molécula de azúcar, un grupo fosfato y un compuesto cíclico llamado nucleobase o base. Los azúcares de diferentes unidades de nucleótidos se conectan a través de puentes de fosfato para crear el polímero repetitivo de una molécula de ARN o ADN, como un collar hecho de perl de azúcar unidas entre sí por hilos de fosfato.

Las nucleobases unidas a los azúcares constituyen la información de secuencia necesaria para construir proteínas, como lo describe el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano. El ARN y el ADN tienen cada uno un conjunto de cuatro bases: adenina, guanina, citosina y timina para el ADN, y el uracilo se reemplaza por la timina en el ARN. Las cuatro bases forman los alfabetos de las moléculas y, como tales, se denotan con letras: A para adenina, G para guanina, etc. Pero el ARN y el ADN pueden hacer más que simplemente codificar secuencias de «letras»; también pueden copiarlos. Esto funciona porque las bases de una string de ARN o ADN pueden adherirse a las bases de otra string, pero solo de una manera muy específica. Las bases se unen solo con socios «complementarios»: C a G y A a U en el ARN (o A a T en el caso del ADN). Entonces, el ADN sirve como plantilla para transcribir una molécula de ARN,

Un tipo de ARN llamado ARN mensajero (ARNm) utiliza esta función de copia para transportar datos genéticos del ADN a los ribosomas, los componentes de la célula que producen proteínas, según la Universidad de Massachusetts. Los ribosomas «leen» las secuencias de ARNm para determinar el orden en que las subunidades de proteína (aminoácidos) deben unirse a una molécula de proteína en crecimiento. Otras dos especies de ARN completan el proceso: el ARN de transferencia (ARNt) lleva los aminoácidos especificados por el ARNm a los ribosomas, mientras que el ARN ribosómico (ARNr), que constituye la mayor parte de un ribosoma, une los aminoácidos.

Historia del ARN

Los ácidos nucleicos fueron descubiertos en 1868 por Friedrich Miescher, quien llamó al material ‘nucleína’ ya que se encontraba en el núcleo. Más tarde se descubrió que las células procariotas, que no tienen núcleo, también contienen ácidos nucleicos. El papel del ARN en la síntesis de proteínas ya se sospechaba en 1939.

ARN como enzima

Los científicos consideran que las actividades del dogma central del ARN son fundamentales para la definición de la molécula. Pero las ideas sobre qué es el ARN y qué puede hacer se han expandido mucho desde la década de 1980, cuando los biólogos Sidney Altman y Thomas R. Cech descubrieron que el ARN puede funcionar como una proteína. (Los investigadores ganaron el Premio Nobel de Química de 1989 por su descubrimiento).

Las proteínas son componentes clave para la mayoría de las reacciones químicas en el cuerpo, sirviendo como enzimas, gracias en parte a la asombrosa variedad de formas o conformaciones que estas moléculas pueden lograr. (Las enzimas son proteínas que facilitan y catalizan las reacciones químicas). A diferencia del ADN, el ARN también puede cambiar de forma hasta cierto punto y, por lo tanto, puede servir como una enzima basada en ARN o ribozima. La mayor flexibilidad del ARN sobre el ADN proviene en parte del oxígeno adicional en el azúcar ribosa del ARN, lo que hace que la molécula sea menos estable, escribió el biólogo Merlin Crossley en The Conversation. El «desoxi» en el déficit de 1-oxígeno del ADN de referencia de desoxirribosa.

Según algunos investigadores, la actividad catalítica basada en el ARN más importante ocurre en el ribosoma, donde el ARNr, una ribozima, media la adición de aminoácidos a las proteínas en crecimiento. Otras ribozimas incluyen los ARN nucleares pequeños (snRNA), que empalman el ARNm en formas utilizables, y el ARN M1, una de las primeras ribozimas conocidas, que recorta de manera similar el ARNt bacteriano. 

Regulador de ARN 

La capacidad del ARN y el ADN para almacenar y copiar información depende de las subunidades de nucleótidos repetitivas de las moléculas. Los nucleótidos están organizados en secuencias específicas, que pueden leerse como las letras de una palabra.

Cada nucleótido tiene tres partes principales: una molécula de azúcar, un grupo fosfato y un compuesto cíclico llamado nucleobase o base. Los azúcares de diferentes unidades de nucleótidos se conectan a través de puentes de fosfato para crear el polímero repetitivo de una molécula de ARN o ADN, como un collar hecho de perl de azúcar unidas entre sí por hilos de fosfato.

Las nucleobases unidas a los azúcares constituyen la información de secuencia necesaria para construir proteínas, como lo describe el Instituto Nacional de Investigación del Genoma Humano. El ARN y el ADN tienen cada uno un conjunto de cuatro bases: adenina, guanina, citosina y timina para el ADN, y el uracilo se reemplaza por la timina en el ARN. Las cuatro bases forman las moléculas y, como tales, se denotan con letras: A para adenina, G para guanina, etc.

Pero el ARN y el ADN pueden hacer más que simplemente codificar secuencias de «letras»; también pueden copiarlos. Esto funciona porque las bases de una string de ARN o ADN pueden adherirse a las bases de otra string, pero solo de una manera muy específica. Las bases se unen solo con socios «complementarios»: C a G y A a U en el ARN (o A a T en el caso del ADN). Entonces, el ADN sirve como plantilla para transcribir una molécula de ARN, que refleja la secuencia de ADN, codificando un registro de la misma.

Un tipo de ARN llamado ARN mensajero (ARNm) utiliza esta función de copia para transportar datos genéticos del ADN a los ribosomas, los componentes de la célula que producen proteínas, según la Universidad de Massachusetts. Los ribosomas «leen» las secuencias de ARNm para determinar el orden en que las subunidades de proteína (aminoácidos) deben unirse a una molécula de proteína en crecimiento. Otras dos especies de ARN completan el proceso: el ARN de transferencia (ARNt) lleva los aminoácidos especificados por el ARNm a los ribosomas, mientras que el ARN ribosómico (ARNr), que constituye la mayor parte de un ribosoma, une los aminoácidos.

ARN como enzima 

Los científicos consideran que las actividades del dogma central del ARN son fundamentales para la definición de la molécula. Pero las ideas sobre qué es el ARN y qué puede hacer se han expandido mucho desde la década de 1980, cuando los biólogos Sidney Altman y Thomas R. Cech descubrieron que el ARN puede funcionar como una proteína. (Los investigadores ganaron el Premio Nobel de Química de 1989 por su descubrimiento).

Las proteínas son componentes clave para la mayoría de las reacciones químicas en el cuerpo, sirviendo como enzimas, en parte para la asombrosa variedad de formas o conformaciones que estas moléculas pueden lograr. (Las enzimas son proteínas que facilitan y catalizan las reacciones químicas). A diferencia del ADN, el ARN también puede cambiar de forma hasta cierto punto y, por lo tanto, puede servir como una enzima basada en ARN o ribozima. La mayor flexibilidad del ARN sobre el ADN proviene en parte del oxígeno adicional en el azúcar ribosa del ARN, lo que hace que la molécula sea menos estable, escribió el biólogo Merlin Crossley en The Conversation. El «desoxi» en el déficit de 1-oxígeno del ADN de referencia de desoxirribosa.

Según algunos investigadores, la actividad catalítica basada en el ARN más importante ocurre en el ribosoma, donde el ARNr, una ribozima, media la adición de aminoácidos a las proteínas en crecimiento. Otras ribozimas incluyen los ARN nucleares pequeños (snRNA), que empalman el ARNm en formas utilizables, y el ARN M1, una de las primeras ribozimas conocidas, que recorta de manera similar el ARNt bacteriano.

Estructura del ARN 

El ácido ribonucleico tiene todos los componentes iguales que los del ADN con solo 2 diferencias principales dentro de él. El ARN tiene las mismas bases nitrogenadas llamadas adenina, guanina y citosina que el ADN, excepto la timina, que se reemplaza por el uracilo. La adenina y el uracilo se consideran los principales componentes básicos del ARN y ambos forman pares de bases con la ayuda de 2 enlaces de hidrógeno.

El ARN se parece a una estructura de horquilla y, al igual que los nucleótidos del ADN, los nucleótidos se forman en este material ribonucleico (ARN). Los nucleósidos no son más que grupos fosfato que a veces también ayudan en la producción de nucleótidos en el ADN.

Funciones del ARN 

El ácido ribonucleico – ARN, que se compone principalmente de ácidos nucleicos, participa en una variedad de funciones dentro de la célula y se encuentra en todos los organismos vivos, incluidas las bacterias, los virus, las plantas y los animales. Estos ácidos nucleicos funcionan como moléculas estructurales en los orgánulos celulares y también participan en la catálisis de reacciones bioquímicas. Los diferentes tipos de ARN están involucrados en varios procesos celulares. Las funciones principales del ARN:

• Facilitar la traducción del ADN en proteínas.
• Funciona como una molécula adaptadora en la síntesis de proteínas.
• Sirve como mensajero entre el ADN y los ribosomas.
• Son los portadores de información genética en todas las células vivas.
• Promueve que los ribosomas elijan el aminoácido correcto que se requiere para construir nuevas proteínas en el cuerpo.

Tipos de ARN

Existen varios tipos de ARN, entre los cuales los más conocidos y estudiados en el cuerpo humano son 

ARNt – ARN de transferencia

El ARN de transferencia es responsable de elegir la proteína correcta o los aminoácidos requeridos por el cuerpo y, a su vez, ayudar a los ribosomas. Se encuentra en los extremos de cada aminoácido. Esto también se llama ARN soluble y forma un enlace entre el ARN mensajero y el aminoácido.

ARNr-ARN ribosomal

El rRNA es el componente del ribosoma y se encuentra dentro del citoplasma de una célula, donde se encuentran los ribosomas. En todas las células vivas, el ARN ribosomal juega un papel fundamental en la síntesis y traducción del ARNm en proteínas. El ARNr está compuesto principalmente por ARN celular y es el ARN más predominante dentro de las células de todos los seres vivos.

ARNm: ARN mensajero.

Este tipo de ARN funciona transfiriendo el material genético a los ribosomas y pasando las instrucciones sobre el tipo de proteínas requeridas por las células del cuerpo. Según las funciones, estos tipos de ARN se denominan ARN mensajero. Por lo tanto, el ARNm juega un papel vital en el proceso de transcripción o durante el proceso de síntesis de proteínas.

Genoma de ARN

Al igual que el ADN, el ARN puede transportar información genética. Los virus de ARN tienen genomas compuestos de ARN que codifica varias proteínas. Algunas de esas proteínas replican el genoma viral, mientras que otras proteínas protegen el genoma a medida que la partícula del virus se traslada a una nueva célula huésped. Los viroides son otro grupo de patógenos, pero consisten solo en ARN, no codifican ninguna proteína y son replicados por la polimerasa de una célula vegetal huésped.

ARN de doble string

El ARN de doble string (dsRNA) es un ARN con dos strings complementarias, similar al ADN que se encuentra en todas las células, pero con la sustitución de la timina por uracilo y la adición de un átomo de oxígeno. dsRNA forma el material genético de algunos virus (virus de ARN de doble string). El ARN de doble string, como el ARN viral o el siARN, puede desenstringr la interferencia del ARN en los eucariotas, así como la respuesta del interferón en los vertebrados. En eucariotas, el ARN de doble string (dsRNA) juega un papel en la activación del sistema inmunológico innato contra las infecciones virales.

Preguntas conceptuales 

Pregunta 1: Una molécula de ARN mellada se puede ligar por

Responder:

T4 ADN ligasa

Pregunta 2: La estructura terciaria del ARNt de levadura

Responder:

Implica amplias interacciones de apilamiento de bases, se asemeja a la estructura tridimensional de otros ARNt y se mantiene principalmente mediante emparejamiento de bases que no son de Watson-Crick

Pregunta 3: ¿Cuál de los siguientes ARN contiene característicamente purinas y pirimidinas inusuales?

Responder:

 ARNt

Pregunta 4: ¿El anticodón es una estructura?

Responder:

ARNt. El anticodón está presente en uno de los bucles del ARN t, que es necesario para el proceso de traducción.

Pregunta 5: Durante la síntesis de ARN, la secuencia molde de ADN 5’Tp Ap Gp Cp 3′ ¿Se transcribiría para producir cuál de los siguientes ARN?

Responder:

 5′-Gp Cp arriba Ap-3′

Pregunta 6: Dos características de la molécula de ARNt asociada con la conversión del codón triplete en un aminoácido son

Responder: 

En el bucle del anticodón y el extremo 3 ‘CCA, que son modificaciones postraduccionales.