Estructura y características del ARN
Una horquilla de un pre-ARNm. Se destacan las nucleobases (verde) y el esqueleto de ribosa-fosfato (azul).
Estructura
- El ácido ribonucleico (ARN) es una macromolécula de biopolímero como ADN. Consiste en pequeñas subunidades llamadas nucleótidos compuestas de:
– Nucleobases de purina [Adenine− (A), Guanine− (G)]
– Nucleobases de pirimidina [Citosina- (C), Uracilo (U)]
– Azúcares pentosa D-ribosa [C5H10O5]
– Grupos fosfato [PO43-]
- La nucleobase está unida a la D-ribosa por un enlace N-glucosídico
- La ribosa se une al grupo fosfato a través de enlaces éster
- La unión del esqueleto entre los nucleótidos de ARN (es decir, los enlaces entre el grupo fosfato y un azúcar ribosa adyacente) se produce a través de enlaces fosfodiéster. Un grupo fosfato está unido a la posición 3′-carbono de una ribosa y en la posición 5′-carbono de la siguiente
Caracteristicas
- El ARN no se auto-replica para multiplicarse; en cambio está codificado por genes de ADN
- El ARN se sintetiza para que la traducción del ADN sea posible
- La función ADN-ARN es altamente interdependiente, es decir, si hay un problema con el ADN, habrá un problema con las funciones del ARN y viceversa (sin ARN = no puede producirse traducción del ADN, por lo tanto, el ADN es inútil sin sus genes de ARN)
ARN: diferencias de ADN
El ARN y el ADN tienen una estructura muy similar, pero difieren en 5 puntos principales:
- Los nucleótidos de ADN incluyen adenina, guanina, timina o citosina, mientras que los nucleótidos de ARN, en lugar de timina, involucran uracilo
- El ADN siempre está en una disposición conformacional de doble hélice con las 2 cadenas siempre en orientación antiparalela, mientras que el ARN generalmente existe como una sola cadena, pero también tiene la capacidad de formar una estructura de doble cadena
- El ADN tiene un azúcar pentosa 2′-desoxi-D-ribosa mientras que el ARN tiene una D-ribosa
- El ADN tiene porciones iguales de nucleobases de adenina-timina y guanina-citosina, ya que existe como una molécula bicatenaria (es decir, dado que las adeninas se unen a timinas y guaninas a citosinas, indica que el número de adeninas y guaninas presentes, igual al número de timinas y citosinas respectivamente) donde el ARN no existe, ya que generalmente existe en una forma monocatenaria
- El ARN es relativamente inestable en comparación con la molécula de ADN, ya que contiene un grupo hidroxilo 2′-OH que actúa como nucleófilo, mejorando la división del enlace fosfodiéster entre nucleótidos y fosfatos adyacentes.
Tipos de ARN
Los genes de ARN del ADN codifican 3 tipos principales de ARN:
- ARN ribosómico
- ARN mensajero
- transferencia de ARN
ARN ribosómico [ARNr]
El ARN ribosómico (ARNr) es el componente de ARN de un ribosoma
Los QRibosomas son orgánulos no membranosos que participan en la traducción del ARNm en un producto proteico. La estructura ribosómica está compuesta por 2 subunidades. Una subunidad pequeña y una grande, cada una de las cuales consiste principalmente en ARNr de varios tamaños y una pequeña cantidad de proteínas. El ARNr constituye aproximadamente el 80% de todo el ARN presente en una célula eucariota. La subunidad grande consiste en rRNA de tamaños 5S, 5.8S y 28S, mientras que la subunidad pequeña consiste en rRNA de tamaño 18S. (donde S es la unidad para el tamaño de rRNA). Estos rRNA se sintetizan mediante la transcripción de los genes de rRNA. Sin embargo, los genes de rRNA codifican para todos los rRNA excepto el 5S rRNA, que es sintetizado por los genes de tRNA junto con todos los tRNA nucleares. La ARN polimerasa tipo I es responsable de la transcripción de los genes de ARNr mediante la unión al elemento central − CE, que se superpone al sitio de inicio de la transcripción − TSS, junto con los factores de transcripción que inducen el llamado complejo de iniciación de la transcripción designado como TIC. La velocidad de la transcripción se controla mediante una secuencia de control ascendente – UCS ubicada a 100 pares de bases aguas arriba del TSS. El proceso de transcripción comienza y los genes se transcriben en pre-rRNA en el siguiente orden según el gen: -18S – 5.8S – 28S-. La transcripción llega a su fin cuando el complejo de transcripción alcanza un área rica en adeninas que se encuentra a unos 600 pares de bases aguas abajo del gen, lo que indica su finalización. El pre-rRNA formado incluye todos los rRNA en una cadena sencilla, de modo que la escisión tiene que realizarse para que se separen los rRNA de diferente tamaño. Esta tarea es llevada a cabo por RNases que escinden el rRNA dando lugar a los rRNA de tamaño diferencial.
ARN mensajero [ARNm]
La estructura de un ARNm eucariota maduro. Un ARNm completamente procesado incluye una tapa de 5 ‘, 5’ UTR, región de codificación, 3 ‘UTR y cola de poli (A).
Los genes de ARNm son los genes que codifican solo para proteínas, pero esta codificación tiene un ARN intermedio. El ADN se transcribe primero en ARNm y luego se traduce en un producto proteico. Entonces, los genes de ARNm son los genes que codifican el ARNm para sintetizar proteínas. El ARNm constituye solo el 5% del ARN total. La ARN polimerasa II es la enzima responsable de la transcripción de los genes correspondientes en ARNm. La polimerasa se une a la caja TATA que actúa más o menos como un promotor, ubicado a unos 25 pares de bases aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción – TSS, junto con los factores de transcripción que dan lugar al complejo de iniciación de la transcripción – TIC. Para que este complejo sea funcional, debe producirse una secuencia adecuada de eventos de unión del TF y la polimerasa en el promotor como: TFII-D, TFII-A, TFII-B, RNA pol II, TFII-F, TFII-H TFII-E TFII-J. Tan pronto como se forma el TIC, la transcripción comienza a dar lugar a pre-mRNA que incluye tanto exones como intrones. La transcripción finaliza sin el reconocimiento de un área rica en adenina, sino más bien mediante el desmontaje automático del Complejo de transcripción. Luego, el ARNm previo se somete a un procesamiento que implica el empalme (eliminación de intrones y la fusión de los exones adyacentes) y la adición de 7-metilguanosina en el extremo 5 ‘del ARNm para que el ARNm no pueda ser escindido por exonucleasas. También sirve como un sitio de reconocimiento del ARNm antes de la traducción de la subunidad ribosómica pequeña.
Transferir ARN [ARNt]
Estructura secundaria de trébol de tRNA
Phe
de levadura
El ARN de transferencia está codificado por genes que también codifican para el ARNr de tamaño 5S. La ARN polimerasa III es responsable de la transcripción de estos genes al unirse al promotor, situado a unos 100 pares de bases aguas abajo del sitio de inicio de la transcripción -TSS, junto con los factores de transcripción que dan origen al complejo de iniciación de la transcripción. Tan pronto como se forma este complejo, el proceso de transcripción puede comenzar y cuando el complejo de transcripción se enfrenta a una región rica en adenina, la transcripción llega a su fin, ya que esta área es una indicación para el fin del gen. El ARNt constituye el 15% del ARN total y está directamente involucrado en la traducción del ARNm. Más específicamente, el ARNt se une a un aminoácido específico y lo lleva a lo largo del sitio de traducción para que se una al péptido recién sintetizado.
- El tRNA se une a su aminoácido específico reconocido por su cadena R lateral en presencia de la enzima aminoacil tRNA sintetasa. La sintetasa une el brazo aceptor 5′-CCA-OH-3 ‘con el grupo -COOH del aminoácido.
- Cuando la pequeña subunidad ribosómica se enfrenta a un codón AUG en el ARNm, indica el comienzo de la formación de péptidos. Tan pronto como se reconoce el codón AUG, el primer ARNt se une a la pequeña subunidad ribosómica y al ARNm a través de su brazo anticodón, dando lugar al Complejo de Iniciación de Traducción designado como tRNAimet. Finalmente, la gran subunidad ribosómica se une al complejo, lo que indica el inicio del proceso de traducción. La traducción siempre comienza con el aminoácido metionina en el péptido recién sintetizado.
- Después de la translocación del complejo de traducción, el tRNAimet ingresa al sitio de peptidilo del complejo, dejando el sitio de Aminoacilo vacante para que ingrese el siguiente tRNA, uniendo los dos aminoácidos adyacentes para que se pueda formar un enlace peptídico en presencia de la enzima peptidil transferasa. Tan pronto como se forma el enlace peptídico, el ARNt se libera de su aminoácido en presencia de la desacilasa de ARNt.
La interacción de tRNA y mRNA en la síntesis de proteínas
Otros tipos de ARN
ARN interferente pequeño – estructura siRNA
- ARN interferente pequeño [siRNA] : conocido como ARN interferente corto, una clase de moléculas de ARN bicatenario involucradas en la vía de interferencia de ARN (ARNi). Allí, interfiere con la expresión de genes específicos que controlan la estabilidad del ARNm. De esta manera, el ARNm se desintegra (cuando es necesario), evitando su sobreexpresión con la consiguiente sobreproducción de proteínas.
- ARN nuclear pequeño [snRNA] : son moléculas de ARN transcritas por la ARN polimerasa II junto con el ARNm o por la ARN polimerasa III junto con todos los ARNt nucleares y el ARN 5S. Están implicados principalmente en el procesamiento de ARNm, como el empalme mediante la eliminación de intrones del ARNm previo y también en el mantenimiento de los telómeros. Siempre se asocian con proteínas que dan lugar a complejos que se denominan pequeñas ribonucleoproteínas nucleares – snRNP directamente asociadas con el proceso de empalme.
- ARN nuclear heterogéneo [hnRNA] : hnRNA es una cadena inmadura de mRNA. Los términos hnRNA y pre-mRNA son casi idénticos y, por lo tanto, se usan indistintamente.
