Qué es el ARN

El ácido ribonucleico ( ARN ) es una molécula biológica presente en prácticamente todos los seres vivos, y también en ciertos virus.

qué es el arn

El ARN es una molécula químicamente muy cerca del ADN y también generalmente se sintetiza en las células a partir de un molde de ADN que se trata de una copia.

Las células vivas utilizan especialmente ARN como un portador intermedio de genes para sintetizar las proteínas que necesitan. El ARN puede realizar muchas otras funciones y en particular intervenir en reacciones químicas de metabolismo celular .

Químicamente, el ARN es un polímero lineal consiste en una cadena de nucleótidos . Cada nucleótido contiene un grupo fosfato , un azúcar (la ribosa ) y una base nucleica o base nitrogenada. Los nucleótidos están unidos entre sí por enlaces fosfodiéster.

Hay cuatro bases de nucleótidos en el ARN: la adenina , la guanina , unacitosina y uracilo .

El ARN tiene muchas similitudes con el ADN, pero con algunas diferencias importantes: un punto de vista estructural, el ARN contiene residuos de ribosa que el ADN contiene la desoxirribosa , que hace que el ARN químicamente menos estable, mientras que la timina ADN se sustituye por uracilo que tiene las mismas propiedades de búsqueda de base con adenina.

Funcionalmente, el ARN está generalmente en las células como cadena sencilla, es decir, de cadena simple, mientras que el ADN está presente en la forma de dos cadenas complementarias que forman una doble hélice.

Por último, las moléculas de ARN presentes en las células son más cortas que el ADN del genoma , el tamaño que van desde decenas a miles de nucleótidos, en contra de unos pocos millones de unos pocos millones de nucleótidos a ácido desoxirribonucleico (ADN).

En la célula, el ARN se produce por la transcripción a partir del ADN situada en el núcleo. Por consiguiente, el ARN es una copia de una región de una cadena del ADN.

Las enzimas que copian el ADN → ARN se denominan ARN polimerasas .

El ARN así producido puede tener tres tipos de funciones: pueden ser portadores de la información genética de uno o más genes que codifican las proteínas (denominado ARN mensajero ), que pueden adoptar una estructura secundaria y terciaria estable realizar funciones de catalizador (por ejemplo, el ARN ribosomal ), pueden finalmente servir como una guía o plantilla para funciones catalíticas realizadas por factores proteicos (que es por ejemplo el caso de microRNAs ).

La estructura del ARN

Ribonucleótido

Estructura química

El ARN es un ácido nucleico , es decir, una molécula que consiste en una cadena de nucleótidos . Cada nucleótido del ARN consiste en una pentosa , la ribosa , los átomos de carbono están numerados 1 ‘a 5’, de una base de nitrógeno, o nucleobase , y un grupo fosfato.

La base nucleico está conectado por un átomo de nitrógenoa carbono uno de la ribosa. Los nucleótidos están unidos entre sí por grupos fosfato, a través de enlaces fosfodiéster en los carbonos 3 ‘y 5’.

El ARN tiene cuatro bases de nucleótidos diferentes: la adenina (A una clasificación), el uracilo (U nominal), la citosina (denotado C) y guanina (G nominal). La timina ADN se sustituye por uraciloen el ARN.

La diferencia entre las dos bases es la sustitución de un grupo metilo en la posición 5 de timina por un átomo de hidrógeno en uracilo. Esta modificación estructural no cambia las propiedades de emparejamiento con adenina.

ARN1

Estereoquímica

Estructuralmente, la presencia de un átomo de oxígeno en la posición de la ribosa la 2 ‘influye en la conformación de la ciclofuranosa ribosa.

Este heterociclo de cinco de carbono no es plana, que conduce a dos confórmeros azúcar principal, llamada C2 ‘y C3’ endo-endo. En el ARN, que comprende un átomo de oxígeno en la posición 2 ‘, la posición C3’ endo-se prefiere 5 , que modifica profundamente la estructura de dobles hélices que tienen cadenas de ARN.

Estos ARN de doble hélice forman un tipo A, diferente de la que se observa como una mayoría en el ADN clásico, que es un tipo de hélice B, que es desoxirribosa C2 conformación “endo”

ARN de doble hélice

El tipo de hélice adoptada por el ARN de doble hélice se forma cuando hay un bastante diferentes propiedades geométricas de los de tipo de hélice B. En primer lugar el número de pares de bases por vuelta helicoidal es 11 en lugar de 10 para el ADN en forma de B. Los pares de bases del plano ya no es perpendicular al eje de la hélice, sino que forman un ángulo de aproximadamente 75 ° con el mismo.

Esto resulta en un desplazamiento del eje de la hélice ya no pasa a través del centro de apareamiento de bases, pero dentro del surco mayor.

Esto induce un aumento en el diámetro de la hélice cada vez mayor de aproximadamente 20 Å a ADN en forma B a aproximadamente 26 Å para el RNA forma A .

Por último, la geometría de las dos ranuras está profundamente afectadas: el surco menor se vuelve muy accesible, mientras que el surco mayor es profunda, estrecha y pellizcado. Esto tiene un impacto en cómo el ARN de doble cadena puede interactuar con las proteínas, debido a la estrechez del surco mayor es una barrera para la accesibilidad de los ligandos de proteínas

Estructura in vivo

La mayoría de los ARN naturales están presentes como de cadena simple (single-hebra) en la célula, a diferencia de ADN que está en la forma de una doble cadena emparejado .

Las hebras de ARN se pliegan sobre sí mismos en su mayoría, la formación de una estructura intramolecular que puede ser muy estable y compacto.

La base de esta estructura son los emparejamientos de formación interna entre las bases complementarias ( A con T , G con C y, a veces G con T ).

La descripción de emparejamientos internos entre bases de ARN es llamada la estructura secundaria . Esta estructura secundaria puede ser complementado por las interacciones remotas que entonces definir una estructura de tres dimensiones o estructura terciaria .

La formación de la estructura del ARN se da muy a menudo condiciones dependiente fisicoquímicas de los alrededores y, en particular, a la presencia, en solución , de catión divalente , tal como ion de magnesioMg 2+ . Estos cationes interactúan con los grupos fosfato de la columna vertebral y estabilizan la estructura, en particular mediante el blindaje la repulsión electrostática entre las cargas negativas de estos fosfatos

La estructura terciaria del ARN es la base de la riqueza de sus funciones y, en particular, su capacidad para catalizar las reacciones químicas ( ribozimas ).

Estructura secundaria

La estructura secundaria de un ARN es la descripción de todos los emparejamientos internos dentro de una molécula de una sola cadena.

Este conjunto de emparejamientos induce una topología especial, compuesto por regiones helicoidales (barras) y regiones no apareadas (bucles). Por extensión, la estructura secundaria también incluye la descripción de esta topología.

La formación de estructuras secundarias en un solo sondeo de resultados de ARN hablan de la existencia de regiones que contienen secuencias palindrómicas que pueden emparejar para formar localmente una estructura de doble hélice.

Por ejemplo, si el RNA contiene ambas secuencias siguientes: –GUGCCACG —— CGUGGCAC–, forman una secuencia palindrómica, los nucleótidos del segundo segmento que es complementario a los de la primera después de invertir su sentido de la lectura;ambos segmentos pueden par de antiparalelo para formar una región doble hélice localmente.

La región entre los dos segmentos de formar un “bucle” que conecta las dos hebras apareadas, este emparejamiento formando un “tallo”. La estructura se denomina entonces “horquilla” o tallo-bucle .

arn1

En el ARN de mayor longitud, puede haber estructuras más complicadas que resultan de la asociación o regiones más adicionales palindrómica . Dependiendo de la forma en que están “anidada” estas diferentes regiones se obtuvieron elementos topológica variada, con las varillas o regiones emparejadas, y varios tipos de bucles:

• los bucles terminales , situadas en el extremo de una varilla;

• los bucles internos que conectan dos varillas;

• los múltiples lazos que conectan tres o más tallos y forman la estructura de puntos de conexión;

• las hernia (Inglés bulge ) o bucles secundarios que se encuentran en una de las dos hebras de una hélice. La continuidad del tornillo por lo general no se ve afectada y bases se apilan de forma coaxial en cada lado de la hernia.

No siempre es una estructura estable para una única secuencia de datos y sucede que algunos ARN puede adoptar varias conformaciones alternativas en función de la unión de un ligando ( proteína ,molécula pequeña …) o las condiciones físico-químicas ( fuerza iónica , pH ).

En general, se puede tomar el entrenamiento o la fusión de la estructura secundaria de un ARN a través de medidasespectroscópicas . Así, por ejemplo, la absorción en el ultravioleta de bases de ARN es mayor en el estado desplegado para el stado plegado (fenómeno de hipercromicidad )

Estructura terciaria

Emparejamientos no canónicos

Más allá de los bucles de topología y hélices compuestas de pares de bases estándar, el ARN puede adoptar una estructura tridimensional compacto, o estructura terciaria , tal como una proteína .

Dentro de esta estructura, hélices canónica se complementan con los emparejamientos no canónicos es decir emparejamientos clásicos separados, Tipo de Watson – Crick ( A = T y G ≡ C ) y tambaleante ( bamboleo , G = U ).

Una amplia variedad de tales coincidencias en las estructuras tridimensionales de ARN se observó resuelto por cristalografía de rayos X o resonancia magnética nuclear .

Nos encontramos, por ejemplo, parejas de Hoogsteen  y maridajes “en cortante” ( cortados ). Hay también Interacciones de base – ribosa, especialmente con el hidroxilo 2 ‘, que puede formar enlaces de hidrógeno . Una nomenclatura sistemática de estas interacciones fue propuesto por Eric Westhof y sus colegas.

Más de 150 tipos de emparejamientos se han observado y se han agrupado en doce familias numerosas. Estos emparejamientos no canónicos siempre implican enlaces de hidrógeno entre las bases, que son coplanares , como en los pares de Watson-Crick.

Interacciones de largo alcance

Los emparejamientos canónicas o no canónicos pueden ocurrir entre las regiones distantes de la estructura secundaria, a menudo situados en los bucles, lo que puede estabilizar un plegado compacto de la estructura.

Estas interacciones no canónicos de área amplia incluyen:

• los pseudoknots , estructuras formadas por la interacción de un bucle con una región situada fuera de la barra que delimita ;

• la triplex hebra , que se producen cuando se inserta una región de cadena sencilla en el surco mayor de una región helicoidal;

• las interacciones tetraloop transceptor : interacciones entre hiperestables bucles de cuatro nucleótidos (tétraboucles) y estructuras dobles o cuasi-duplex

Similitudes y diferencias entre el ADN y el ARN

Las principales diferencias entre las dos moléculas que son:

ARN para el azúcar de la ribosa en el que el ADN desoxirribosa ;

 La base uracilo llena en el ARN asegurado por la función de la timina en el ADN;

El ARN es por lo general la forma de una sola cadena (monocatenario), salvo en algunos virus , como el reovirus donde existe la forma de

ARN de doble cadena , mientras que el ADN es de doble cadena (cadena) con una estructura de doble hélice ;

ARN es corto: unas pocas docenas a varios miles de nucleótidos de ARN celular (ARNm o ARN estructurada), en contra de unos pocos millones a unos pocos millones de dólares (tres mil millones en elhombre ) en el ADN que constituye el genoma de la célula .

Las tres primeras diferencias dan ARN mucho menor estabilidad que el ADN:

• Grupo ribosa tiene un hidroxilo en la posición 2 ‘, que está ausente en la desoxirribosa de ADN . La función de 2′-OH tiene múltiples efectos sobre la estructura del ARN. En primer lugar químicamente, esta función alcohol hace sensibles a la hidrólisis alcalina de ARN.

La presencia de ambos oxígenos en cis en el 2 ‘y 3’ hace posible la ciclación del fosfato sobre la 2 ‘y 3′, que se produce muy rápidamente cuando la base viene arrebatar de protones de 2′-OH de la. Este nucleótido ciclación produce una escisión de la cadena de ribosa-fosfato y libera 5’-OH extremos y 2 ‘, 3’ fosfato cíclico.

• Uracilo es menos caro de producir energía para los organismos que viven timina, ya que requiere una etapa de síntesis en qué metilación por la timidilato sintasa . La presencia de timina en el ADN permite a la célula para detectar lesiones espontáneas del citosina que es sensible a la oxidación . La desaminación de citosina espontánea en presencia de oxígeno convierte este último en uracilo.

La presencia de desoxiuridina en ADN es anormal, ya que el desoxirribonucleótido complementaria a la desoxiadenosina es la timidina . Con esta distinción entre timina y uracilo con un grupo metilo, el sistema de reparación por escisión de base puede detectar y corregir el defecto.

En el ARN, la desaminación de citosina produce uracilo y no se repara. El ARN que tiene una vida útil mucho más corta que la de la DNA (aproximadamente un minuto), es degradado y reciclado;

• Si una hebra de ARN de una sola hebra está dañado, el daño no se repara y el daño es irreversible; Sin embargo, si una de las dos hebras de ADN está dañado, la célula puede utilizar la información transportada por la cadena complementaria intacta para reparar la lesión .

Desde un punto de vista evolutivo, algunos elementos sugieren que el ARN sería antes de ADN como portador de la información genética, lo que explicaría sus funciones más amplias y su generalización. El ADN habría aparecido más tarde y sería suplantado ARN como el papel de almacenamiento a largo plazo, debido a su mayor estabilidad

adn y arn

La síntesis de ARN a partir del ADN

La síntesis de una molécula de ARN a partir del ADN se llama transcripción . Es un proceso complejo que implica una familia de enzimas de ARN polimerasas y proteínas asociadas.

Las diferentes etapas de esta síntesis son la iniciación, elongación y terminación. El proceso de la síntesis de ARN es significativamente diferente en los organismos procariotas y en células eucariotas

Finalmente, después de la transcripción real, el RNA puede someterse a una serie de modificaciones post-traduccionales como parte de un proceso de maduración en el que su secuencia y su estructura química se pueden modificar (véase más adelante).

Introducción

El inicio de la transcripción de RNA por una ARN polimerasa se lleva a cabo a una secuencia específica de ADN llamada promotor . Este promotor comprende uno o más elementos de secuencias conservadas  en que se unen las proteínas generalmente específicas, factores de transcripción .

Justo aguas arriba del sitio de iniciación de la transcripción, el miembro proximal es generalmente rica en nucleótidos T y A , y es por esta razón llamada caja TATA 27 en eucariotas o caja Pribnow en bacterias 28 . Los factores de transcripción favorecen el reclutamiento de la ARN polimerasa al promotor y la apertura de la doble hélice de ADN.

Esto forma lo que se llama una burbuja de transcripción con el ADN abierto, una hebra (la matriz) se hibrida con el ARN se sintetiza.

Alargamiento

El “tronco” del árbol está formado por el ADN y las “ramas” son diferentes moléculas de ARN durante la síntesis. Estos son más cortas hacia el inicio de la transcripción y ya hacia la región de extremo.

Una vez que la ARN polimerasa unida al promotor y la burbuja de transcripción formada, se sintetiza la primera estática sin salir de la secuencia de nucleótidos del promotor. Los factores de transcripción se destacan y la ARN polimerasa es processive

A continuación, transcrito de ARN en la dirección 5 ‘a 3’ , utilizando una de las dos hebras del ADN como una plantilla y ribonucleótidos trifosfatos ( ATP , GTP , CTP y UTP ) como precursores.

In vivo , de Escherichia coli , la tasa de alargamiento de la RNA polimerasa es de aproximadamente 50 a 90 nucleótidos por segundo.

Terminación

La terminación de la transcripción de las ganancias de ARN de acuerdo con mecanismos completamente diferentes en bacterias y en eucariotas .

En las bacterias, el principal mecanismo de terminación implica una estructura de ARN específico, el terminador compuesto de un tallo-bucle estable, seguido de una serie de residuos de uridina (U). Cuando el ARN polimerasa sintetiza esta secuencia, el plegado del tallo del ARN provoca una ruptura de la polimerasa

ARN, que es ADN matriz no apareado por una serie de emparejamientos bajos, se separa, sin la intervención de otros factores proteicos. La terminación también puede hacerse a través de la intervención de un factor de proteína específica, el factor Rho

En eucariotas, la terminación de la transcripción por la ARN polimerasa II se acopla a la poliadenilación . Dos complejos de proteínas, CPSF (en) y CSTF (en)reconocer las señales de poliadenilación (5′-AAUAAA-3 ‘) y la escisión del ARN. Se escinden ARN inducir la separación de la ADN polimerasa y reclutar el poli-A de la polimerasa que añade el poli (A)

La maduración

ARN maduración incluye un conjunto de modificaciones post-transcripcional observados principalmente en eucariotas y jugar un papel importante en el futuro de ARN madurado. Los principales cambios son la adición de una tapa 5 ‘, la poliadenilación 3’, el corte y empalme , la introducción de modificaciones químicas en la base o ribosa y finalmente la edición .

Cap

El casquillo o 5′-cap en Inglés, es un nucleótido cambio que se añade al extremo 5 ‘ del ARN mensajero en las células de los eucariotas . Se compone de unresiduo de guanosina metilada unida por un 5’-5 ‘trifosfato de unión a la primera de nucleótidos transcritos por la ARN polimerasa

Esta modificación se introduce en el núcleo de la célula, por la acción sucesiva de varias enzimas: polinucleótido 5′-fosfatasa , RNA guanililtransferasa , metiltransferasa .

La tapa sirve para varios propósitos: aumenta la estabilidad del ARN mediante la protección de la degradación por la exonucleasa 5′-3 ‘y también permite el reclutamiento de factores de iniciación de traducción de la necesaria para la fijación del ribosoma al ARN mensajeros celulares.

La tapa es por lo tanto esencial para la traducción de la mayoría de los ARNm.

Poliadenilación

La poliadenilación es la adición de una extensión al extremo 3 ‘del ARN compuesto exclusivamente de ribonucleótidos tipo de adenosina (A).

Por esta razón, la extensión se denomina poli (A) de la cola .Aunque compuesto por nucleótidos estándar, se añade este poli (A) de la cola post-transcripcionalmente por una enzima específica llamada polimerasa (A) poli 36 y no está codificado en el ADN del genoma .

El poli (A) de la cola se encuentra principalmente en los extremos de los ARN mensajeros . En eucariotas, el ARNm de poliadenilación es necesario para su traducción por los ribosomas y participa en su estabilización.

El poli (A) de la cola es, en particular, reconocido por PABP ( poli (A) la proteína de unión , “proteína de unión poli (A)”).

En las bacterias y en algunos mitocondrias , la poliadenilación del ARN es por el contrario una señal de degradación.

Empalme

El empalme es una modificación post-transcripcional que implica la eliminación de intrones y la sutura de los exones en el ARNm y, en algunos RNA estructurado como tRNAs 2.

Presente en organismos eucariotas, los intrones son segmentos de ARN que están codificadas en el genoma y se transcribe en el ARN precursor, pero que se separan del producto final.

En la mayoría de los casos, este proceso implica una maquinaria específica complejo llamado el spliceosome 38 . Splicing se produce en el núcleo de las células eucariotas, antes de la exportación de ARN madurado hasta el citoplasma.

Los nucleótidos modificados

Después de su transcripción por la ARN polimerasa, algunos ARN se someten a cambios químicos bajo la acción de enzimas específicos. Las modificaciones se someten a ARN primario son los ARN de transferencia y ARN ribosomal .

Se puede considerar también que la metilación implicada en la síntesis del casquillo son modificaciones de nucleótidos específicas. En el caso general, los cambios pueden afectar a la base de o en la ribosa . se encuentran los principales cambios:

• en ribosa: O- metilación de la posición 2 ‘OH;

• sobre la base :

• isomerización de uridines que da pseudouridines

• metilaciones o en átomos de carbono ( ribotimidina ) o en átomos de nitrógeno ( 7-metilguanosina …),

• una reducción que transforma uridines en dihydrouridines ,

• de thiolations,

• cambios más complejos ( prenilación , treonil-carbamoilación …).

En el ARN de transferencia, la introducción de nucleótidos modificados contribuye a aumentar la estabilidad de las moléculas .

Edición

La edición de ARN es una modificación de la secuencia de ácido ribonucleico, con posterioridad a la transcripción por la ARN polimerasa.

Después de que el proceso de edición, la secuencia de ARN es por lo tanto diferente de la de ADN. Los cambios realizados pueden ser la modificación de una base, la sustitución de una base o la adición de una o más bases. Estas modificaciones se llevan a cabo por las enzimas que actúan sobre RNA tales como la citidina deaminasa , que transformar químicamente los residuos de citidina en uridina .

arn mensajero

Función en la célula

En las células, el ARN debe de cumplir cuatro funciones distintas y complementarias:

• Soporte temporal de la información genética , es el ARN mensajero que llena este papel, que es utilizado por la célula para transmitir la información correspondiente a un gen dado fuera del núcleo, a continuación, para sintetizar las proteínas de de dicha información;

• Catalizador enzimático : tales como proteínas , RNA puede plegarse en tres dimensiones para formar estructuras complejas. Estas estructuras permiten a algunos ARNs actúan como enzimas , se llamaribozima . El ribosoma , la ribonucleasa P y algunos intrones son ribozimas .

Hay evidencia indirecta que indica que la maquinaria de empalme de los ARN mensajeros (el spliceosome ) es también una ribozima 41 , aunque aún no se ha realizado la demostración formal;

• Guía de enzimas : algunos ARN se utilizan como cofactores de proteínas para permitir su orientación a secuencias específicas. Entre estos, se pueden citar los pequeños ARN nucleolar (snoARN), que guían las enzimas modificadoras de la ARN ribosomal , ARN telomérico, que es un cofactor de la telomerasa , la enzima que hace que los extremos de los cromosomas , o el ARN de interferencia ;

• Reguladores de la expresión génica : algunos ARN no codificantes juegan un papel en la supresión de la expresión de ciertos genes o grupos de genes. Este es el caso, por ejemplo, ARN antisentido , que coincide con un ARN diana y la traducción de bloques por el ribosoma.

Una clase particular de ARN, los ARN de transferencia, está situado en la interfaz de varias de estas funciones en la orientación de los aminoácidos durante la traducción .

Por último, los genomas de ciertos virus es exclusivamente consta de ARN y ADN no. Este es particularmente el caso de los virus de la influenza , SIDA , hepatitis C , Polio o el virus Ebola . Dependiendo del caso, la replicación de estos virus puede pasar a través de un intermedio de ADN ( retrovirus ), pero también puede ser ARN directamente en ARN.

El ARN es una molécula versátil, lo que llevó Walter Gilbert , co-inventor de la secuenciación del ADN , propondrá en 1986 una hipótesis de que el ARN sería la más antigua de todas las macromoléculas biológicas.

Esta teoría, llamada la hipótesis del mundo de ARN ( “hipótesis del mundo ARN”), supera un huevo o la gallina que se produce cuando se trata de saber qué proteínas ( catalizadores ) y ADN (información genética) se produjo por primera vez. En este modelo, el ARN, capaz de combinar tanto los dos tipos de funciones, es el precursor universal.

ARN mensajero

La información genética contenida en el ADN no se utiliza directamente por la célula para sintetizar la proteína . Se utiliza para que las copias transitorias de la información genética que son ARN mensajero o ARNm .

Cada ARN mensajero lleva uno o a veces varios cistrones , es decir, las instrucciones para formar una sola proteína. Se corresponde a una copia de un único gen en el genoma (conocido como un ARNm monocistrónico) o, a veces unos pocos ( mRNA policistrónico ) 43 .

El ARN mensajero contiene no la copia de sólo una de las dos hebras de ADN, la codificación, y no la secuencia complementaria. En comparación con la secuencia del gen de la contenida en el ADN del genoma, la de los ARNm correspondientes pueden contener cambios, en particular debido a la empalme (véase más arriba) que elimina las regiones no codificantes .

ARN mensajero sintetizado en el núcleo de la célula se exporta al citoplasma para su traducción en proteína 2 . A diferencia del ADN, que es una molécula perenne presente en toda la vida de la célula, el ARN mensajero tiene una vida útil limitada, desde varios minutos a varias horas, después de lo cual se descomponen y reciclados.

El ARN mensajero incluye tres regiones distintas: un 5 ‘no traducida dijo 5’-UTR o aguas arriba de cistrones esa puerta; una región codificante correspondiente a este o estos cistrones; y finalmente un 3 ‘no traducida llamado 3’-UTR

ARN mensajeros se traducen en proteínas por los ribosomas . El 5 ‘no traducida generalmente contiene señales de traducción que permiten el reclutamiento ribosoma al cistrón.

El proceso de traducción implica también el ARN de transferencia que aportar a los ribosomas los aminoácidos necesarios para la biosíntesis de proteínas .

Dentro del ribosoma por su anticodón , tRNA compañero sucesivamente a los tripletes de bases o los codones de la secuencia de ARNm. Cuando el emparejamiento codón-anticodón es correcta, el ribosoma añade el ácido amino portado por el tRNA a la síntesis de la proteína actual.

La correspondencia entre los codones y aminoácidos constituyen el código genético.

La función del ARN mensajero es múltiple. Permiten un lado para preservar el molde de ADN original, que no se utiliza directamente para la traducción, la célula de trabajo sólo en la copia de lo que el mRNA.

La presencia de los ARN mensajeros ofrece sobre todo la celda de un mecanismo crítico de la regulación del ciclo de producción de proteínas del genoma.

Las necesidades de células en una proteína particular puede variar dependiendo del medio ambiente, el tipo de célula, estado de desarrollo. La síntesis de proteínas debe ser activado o se detiene sobre la base de condiciones celulares.

La regulación de la transcripción del ADN en ARNm satisface esta necesidad y es controlado por factores de transcripción que actúan específicos en los promotores de los genes diana.

Cuando la cantidad de una proteína dada es suficiente, la transcripción del mRNA se inhibe, se degrada gradualmente y la producción de proteínas cesa. Por tanto, es importante que la molécula de ARNm es un transitorio, para lograr esta regulación esencial.

ARN de transferencia

El ARN de transferencia , o tRNA, son ARN corto, largo de alrededor de 70 a 100 ribonucleótidos , que participan en el direccionamiento del aminoácido al ribosomadurante la traducción.

ARN de transferencia tienen una estructura en trébol característica, compuesta por cuatro barras emparejadas. Una de estas barras es terminada por un bucle que contiene el anticodón , el triplete de nucleótidos que s ‘ coincide con el codón durante la traducción de mRNA por el ribosoma.

En el otro extremo, el tRNA lleva elaminoácido correspondiente unido por un enlace éster a su extremo 3’-OH. Esta esterificación es catalizada por enzimas específicas, aminoacil-tRNA sintetasas . En tres dimensiones, la estructura de trébol está plegado en “L”, con el anticodón en un extremo y el aminoácido esterificado al otro extremo.

Todas las células vivas contienen un conjunto diferente de ARNt que lleva la aminoácidos y capaz de leer los diferentes codones diferentes.
ARN de transferencia se refieren a veces como “adaptadores” entre la secuencia del gen y la secuencia de la proteína . Se trata de Francis Crick , quien propuso la existencia de estos adaptadores, incluso antes de su descubrimiento en 1958 .

ARN’s catalíticos o ribozimas

El descubrimiento de ARN con capacidad catalizador se hizo en la década de 1980, especialmente por el equipo de Thomas Cech , quien trabajó en los intrones del gen del ARN ribosomal del protozoo ciliado Tetrahymena 50 , y el Sidney Altman , que estudió la ribonucleasa P , la enzima de maduración de ARNt.

Cech y Altman fueron galardonados con el Premio Nobel de Química en 1989 por este descubrimiento. En ambos casos, el ARN por sí sola es capaz de catalizar una reacción de escisión (corte) o transesterificación específica en ausencia de proteína .

Estos ARN catalítico fueron llamados ribozimas , porque son enzimas constan de ácido ribonucleico. En el caso de que el intrón de Tetrahymena , este es un auto-corte y empalme, el intrón siendo su propio sustrato , mientras que la ribonucleasa P es una enzima que actúa en trans , en varios sustratos.

Estructura de la cabeza de martillo ribozima presente en el genoma de unviroide planta de aguacate infectante.

Dado que estos descubrimientos iniciales, otros ribozimas naturales han sido identificados:

• ARNs viroides o virus satélites (virusoïdes) que son capaces de escindir sí mismos

• Hoy en día hay argumentos muy fuertes, basados en la resolución de su estructura en 3D, para afirmar que el ribosoma , el complejo de ribonucleoproteína responsable de la traducción de ARNm en proteínas , es en sí misma una ribozima  .

Los dossitios activos de los ribosomas, el centro de decodificación en la subunidad pequeña y el centro de peptidiltransferasa que forman los enlaces peptídicos son, de hecho exclusivamente de segmentos de ARN ribosómico;

• La spliceosome , que cataliza la empalme de mRNA citoplásmico de eucariotas , es probablemente también una ribozima

• Algunos riboswitches , que son regiones reguladoras estructurados realizados por los ARN mensajeros tienen una actividad catalítica de la escisión en presencia de un ligando

• Allí ribozimas finalmente sintéticos que fueron aislados por métodos de evolución in vitro , como técnica SELEX. Una amplia variedad de reacciones químicas y establecer una gran variedad de ligandos sintéticos de ARN catalítico fue capaz de aislar capa

ces de catalizar, lo que fue interpretado como un argumento a favor de la hipótesis del mundo de ARN . Tal ARN sintético a veces son llamados aptámeros , como son “adaptados” para realizar una determinada tarea

En general, en todos estos ribozimas es su replegamiento efector específico que les permite el reconocimiento de su sustrato y la catálisis, como en el caso de las enzimas de proteínas.

Guía de ARN

Los ARN son ARN guía que se asocian con las enzimas de proteínas y sirven para guiar su acción sobre el ADN o ARN de secuencia complementaria . guía de ARN hibrida con el sustrato de ácido nucleico y puede orientar la actividad de la enzima. Se ha identificado varios tipos:

El pequeño ARN nucleolar , o snoARN : en el nucleolo de células eucariotas que dirigen la acción de enzimas modificadoras de ARN ribosomal, en particular 2′-O-metilación por snoARN C / D y por pseudouridylations snoARN el H / ACA . Este mecanismo permite a la célula modificar específicamente múltiples posiciones rRNA, con una sola enzima utilizando diferentes snoARN como guías. El snoARN están codificados por secuencias de intrón

 Los microARNs también están involucrados en RNA guía el proceso de la interferencia de ARN : asociado con un complejo de proteínas denominado RISC ( RNA complejo de silenciamiento inducido ), estos pequeños RNAs de causar un deterioro del ARNm diana a la que se aparean, es una represión de su traducción al

• TERC ( telomerasa componente ARN ), la subunidad de ARN de telomerasa : este ARN estructurado está asociada con la transcriptasa inversa que sintetiza los telómeros , los extremos de los cromosomas .

Contiene una secuencia que sirve como un sustrato para la telomerasa para sintetizar la secuencia de ADN telomérico complementaria 59 . Por lo tanto guías de la actividad de la enzima, pero que sirve como una matriz en vez de formar un par con el sustrato;

La lincARN presente en los mamíferos grandes son los ARN no codificantes intergénicas pero se transcriben a ARNm por la ARN polimerasa II. Su longitud permite que adopten una estructura compleja tridimensional.

Estas estructuras permiten su interacción con diferentes cofactores transcripcionales tales como hnRNP-K o PRC2 (principalmente inhibidores de la transcripción). Estos complejos son entonces guiados a través de lincARN en las secuencias reguladoras de los genes para inhibir su expresión.

La unión de ADN con lincARN implica apareamiento de bases de ARN con las bases de ADN correspondientes después de desincronizar de la doble hélice de ADN, o la formación de triple hélice de ADN-ADN-ARN .

ARN regulador

Algunos de ARN actúan como reguladores directos de la expresión génica. Este es particularmente el caso de ARN no codificante que tiene regiones complementarias de ARNm celular y por lo tanto puede coincidir con él para formar localmente un ARN bicatenario.

Estos ARN antisentido puede ser del mismo locus genético de su ARN diana por transcripción de la hebra complementaria, se llama ARN cis -régulateurs. También se pueden obtener mediante la transcripción de otra región del genoma que son entonces RNA trans -régulateurs.

El emparejamiento de regulador de RNA con su ARNm diana puede afectar significativamente la capacidad de este último para ser traducido por los ribosomas o en su estabilidad, lo que resulta en una regulación de la traducción del gen transportado por el ARN mensajero.

En las bacterias, hay tantas ARN antisentido ejemplos cis – otrans -régulateurs bloquea el sitio de inicio de la traducción 61 . Por ejemplo, el gen que codifica la porina OmpF está regulada por RNA antisentido llamado MicF.

En eucariotas , existen también grandes ARN reguladores, que están involucrados en el proceso de regulación epigenética . El ejemplo más conocido es el de ARN Xisten los mamíferos. Este inactivo no un gen, pero un cromosoma entero. Xist cubre uno de los dos cromosomas X de cada célula en el sexo femenino se desactiva .

Uno de los dos cromosomas del par es XX y activo, lo que permite el mismo nivel de expresión de los genes transportados en el cromosoma X en los hombres, que tienen sólo una. La inactivación de X es un proceso aleatorio, que puede conducir a la expresión de diversos fenotipos de células diferentes, en la misma hembra. Este es por ejemplo el caso para el color del pelaje en los gatos.

Biotecnológica y usos terapéuticos

El ARN se utiliza hoy en día en un número de aplicaciones en biología molecular, en particular mediante el proceso de la interferencia de ARN , que implica la introducción en las células eucariotas de fragmentos cortos de RNA de doble cadena llamados ” siRNA “.

Veinte pares de bases de longitud, estos pequeños RNAs de interferencia (siRNAs) son utilizados por la maquinaria celular que puede degradar específicamente ARNm.

Sólo mRNA que contiene una secuencia correspondiente a la de siRNAs se degrada, de este modo disminuir selectivamente la expresión de una proteína dada. Este enfoque tecnológico es mucho más simple y más rápido que el establecimiento de líneas de ratón inactivados ( knock-out ) y se llama una caída .

Los intentos de utilizar esta técnica para se prevén fines terapéuticos, por ejemplo, por la orientación genes virales para luchar contra infecciones, o oncogenes en los casos de cáncer  . Sin embargo, requieren estabilizar pequeños ARN de interferencia (siRNA) para evitar su degradación por ribonucleasas y orientar su acción a las células pertinentes.

Historia

Los ácidos nucleicos fueron descubiertos en 1868 por Friedrich Miescher 65 . Miescher llama la nueva sustancia “nuclein”, ya que se encuentra en el núcleo de las células. La presencia de ácidos nucleicos en el citoplasma de la levadura fue identificado en 1939  y se estableció su ribonucleico naturaleza, a diferencia de los cromosomas, que contenían ADN con desoxirribosa.

Hacia 1940 , el biólogo belga Jean Brachet estudió moléculas hasta ahora mal caracterizado, que todavía se llama en el momento del “ácido thymonucleic y zymonucléiques” (ADN y ARN, respectivamente).Descubre que thymonucleic ácido es un componente de los cromosomas y se sintetiza cuando las células se dividen después de la fertilización .

Se destaca la existencia de ácidos zymonucléiques (ARN) en todos los tipos de células en el núcleo , el nucleolo y el citoplasma de todas las células (como se pensaba en el momento que estas moléculas eran características de células vegetales y eucariota inferior, tal como la levadura ).

Por último, muestra que estos ácidos son especialmente abundantes en las células (especialmente en el retículo endoplasmático rugoso ) que son muy activos en cuanto a la síntesis de proteínas .

Los fundamentos de la biología molecular se establecieron. Estábamos en 1940. En la posguerra Brachet está unido por el biólogo molecular belga Raymond Jeener que participan activamente en la investigación sobre el papel del ARN en la biosíntesis de proteínas .

A finales de 1950, Severo Ochoa logró sintetizar in vitro moléculas de ARN mediante una enzima específica, polinucleótido fosforilasa, que permitió el estudio de las propiedades físicas de ARN y química.

El papel del ARN como intermediario “mensajero” entre la información genética contenida en el ADN y las proteínas fue propuesta en 1960 por Jacques Monod y François Jacob después de una discusión con Sydney Brenner y Francis Crick. La demostración de la existencia de ARN mensajero fue hecha por François Gros .

Entonces, el desciframiento del código genético hecho por Marshall Nirenberg en la primera mitad de la década de 1960 se utiliza para la secuencia de nucleótidos del ARN conocido sintética en la que estudió las propiedades de codificación.

Los ribosomas se observaron por primera vez por el biólogo belga Albert Claude a principios de 1940. Mediante técnicas de fraccionamiento subcelular y microscopía electrónica , que sacó a la luz “pequeñas partículas” de la naturaleza ribonucleoproteína presentes en todos los tipos de las células vivas. Bautizó a los microsomas “, más tarde renombrado ribosomas.

La estructura secundaria del ARNt fue establecida por Robert Holley , que fue capaz de purificar y analizar la secuencia de ARNt específico de alanina en 1964 47 .

Este fue un avance importante en la comprensión del desciframiento del mensaje genético realizado por los ARN mensajeros. La estructura tridimensional de un tRNA se resolvió en 1974 independientemente por equipos de Aaron Klug y Alexander Rich, que muestra por primera vez la estructura compleja de ARN.

La existencia de ARN propiedades catalíticas se ha establecido de forma independiente por Sidney Altman y Tom Cech en 1982, en la ribonucleasa P  por un lado y por el otro intrones mano autoépissables  .

La resolución de la estructura de las distintas subunidades del ribosoma en el año 2000 por los equipos de Tom Steitz ,Ada Yonath y Venki Ramakrishnan  , y la de todo el ribosoma por el equipo de Harry Noller en 2001 formó una progreso esencial en la comprensión del mecanismo central de la biología que es la traducción del ARNm en proteína. Además, permitió mostrar, entre otras cosas, que el ribosoma era también una ribozima.

Durante la década de 1970, Timothy Leary en su libro The Politics of Ecstasy , vistos en el ARN la promesa de un futuro cambio de la conciencia (posiblemente a través de nuevos fármacos, y / o ejercicios espirituales), la cual sería un componente de la ampliación de la capacidad de aprendizaje de uno que participar en este tipo de experimentos  .

Mundo de ARN

El mundo del ARN es una hipótesis según la cual el ARN sería el precursor de todas las macromoléculas biológicas y en particular de ADN y proteínas que tendrían en un ambiente abiótico (caracterizado por una química prebiótica en parte hipotético), el aparición de las primeras células vivas, es decir la formación de un compartimiento y que comprende la información y los subsistemas metabólicas.

Como parte del estudio de los orígenes de la vida , esta hipótesis proporciona una explicación de la aparición de diferentes funciones biológicas a través de la creación de algunos bloques biomoleculares a partir de intermedios plausibles moléculas prebióticas y basados en el carbono .

Se ha demostrado que los precursores plausibles ribonucleótidos, aminoácidos y grasas pueden ser obtenidos por reductiva cianuro de hidrógeno aprobación y ciertos derivados de los mismos.

Cada uno de los subsistemas celulares conocidos se podría explicar por la química del carbono, con la reacción catalizada por la luz ultravioleta a priori muy presente antes de la aparición de la capa de ozono , a partir del sulfuro de hidrógeno como un agente reductor 77 . Photoreducing el ciclo podría ser en sí mismo acelerado por cobre [Cu (I) Cu (II)]

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *