ARN- un polímero cuyos monómeros son ribonucleótidos. A diferencia del ADN, el ARN no está formado por dos, sino por una cadena de polinucleótidos (excepción: algunos virus que contienen ARN tienen ARN de doble cadena). Los nucleótidos de ARN son capaces de formar enlaces de hidrógeno entre sí. Las cadenas de ARN son mucho más cortas que las cadenas de ADN.
Monómero de ARN - nucleótido (ribonucleótido)- consta de residuos de tres sustancias: 1) una base nitrogenada, 2) un monosacárido de cinco carbonos (pentosa) y 3) ácido fosfórico. Las bases nitrogenadas del ARN también pertenecen a las clases de pirimidinas y purinas.
Bases de pirimidina de ARN - uracilo, citosina, bases de purina - adenina y guanina. El monosacárido de nucleótido de ARN está representado por la ribosa.
Asignar tres tipos de ARN: 1) informativo(matriz) ARN - ARNm (ARNm), 2) transporte ARN - ARNt, 3) ribosomal ARN - ARNr.
Todos los tipos de ARN son polinucleótidos no ramificados, tienen una conformación espacial específica y participan en los procesos de síntesis de proteínas. La información sobre la estructura de todos los tipos de ARN se almacena en el ADN. El proceso de síntesis de ARN en una plantilla de ADN se llama transcripción.
ARN de transferencia suelen contener 76 (de 75 a 95) nucleótidos; peso molecular: 25 000 a 30 000. El ARNt representa aproximadamente el 10% del contenido total de ARN en la célula. funciones de ARNt: 1) transporte de aminoácidos al sitio de síntesis de proteínas, a los ribosomas, 2) mediador de la traducción. En la célula se encuentran alrededor de 40 tipos de ARNt, cada uno de ellos tiene una secuencia de nucleótidos característica solo para ella. Sin embargo, todos los ARNt tienen varias regiones complementarias intramoleculares, debido a que los ARNt adquieren una conformación que se asemeja a la forma de una hoja de trébol. Cualquier ARNt tiene un bucle para el contacto con el ribosoma (1), un bucle anticodón (2), un bucle para el contacto con la enzima (3), un tallo aceptor (4) y un anticodón (5). El aminoácido se une al extremo 3' del tallo aceptor. anticodón- tres nucleótidos que "reconocen" el codón de ARNm. Debe enfatizarse que un tRNA particular puede transportar un aminoácido estrictamente definido correspondiente a su anticodón. La especificidad de la conexión de aminoácidos y tRNA se logra gracias a las propiedades de la enzima aminoacil-tRNA sintetasa.
ARN ribosomal contienen de 3000 a 5000 nucleótidos; peso molecular - 1 000 000–1 500 000. El rRNA representa el 80–85 % del contenido total de RNA en la célula. En complejo con las proteínas ribosómicas, el ARNr forma ribosomas, orgánulos que llevan a cabo la síntesis de proteínas. En las células eucariotas, la síntesis de ARNr se produce en el nucléolo. funciones de ARNr: 1) un componente estructural necesario de los ribosomas y, por lo tanto, asegurando el funcionamiento de los ribosomas; 2) asegurar la interacción del ribosoma y el tRNA; 3) unión inicial del ribosoma y el codón iniciador del ARNm y determinación del marco de lectura, 4) formación del centro activo del ribosoma.
Las moléculas encargadas de leer y transferir información, así como de convertir esta información en una secuencia de aminoácidos en la estructura de una molécula de proteína, son los ácidos ribonucleicos (ARN). Las moléculas de ácido ribonucleico tienen una cadena de polinucleótidos. existe tres tipos principales de ARN: informacional (ARNm), o de matriz (ARNm), ribosomal (ARNr) y de transporte (ARNt). Difieren en tamaño molecular y función. Todos los tipos de ARN se sintetizan en el ADN con la participación de enzimas: ARN polimerasas. Información, o matriz, el ARN es el 2-3% de todo el ARN celular, ribosomal - 80-85%, transporte - alrededor del 15%.
ARN mensajero(ARNm): lee la información hereditaria de una sección de ADN (gen) y la transfiere en forma de una secuencia copiada de bases nitrogenadas a los ribosomas, donde se sintetiza una determinada proteína. Cada molécula de ARNm corresponde en orden de nucleótidos y tamaño al gen en el ADN a partir del cual se transcribió. Cada triplete (tres nucleótidos) en un ARNm se llama codón. Depende del codón qué aminoácido aparecerá en un lugar determinado durante la síntesis de proteínas. El ARN mensajero puede tener un peso molecular relativo de 250 a 1000 kD (zalton).
Existe una amplia variedad de ARNm, tanto en términos de composición como de tamaño de la molécula. Esto se debe al hecho de que hay una gran cantidad de proteínas diferentes en la célula, y la estructura de cada proteína está determinada por su gen, del cual el ARNm lee la información.
ARN de transferencia. (tRNA) tiene un peso molecular relativamente bajo del orden de 24-29 kD.
El papel de los ARNt es que transportan aminoácidos a los ribosomas y participan en el proceso de síntesis de proteínas. Cada aminoácido se une a un ARNt específico. Algunos aminoácidos tienen más de un ARNt. La estructura secundaria de todos los ARNt se presenta en forma de hoja de trébol con un tallo bicatenario y tres bucles monocatenarios (Fig. 20). Al final de una de las cadenas hay un sitio aceptor: el triplete CCA, a la adenina a la que se une un aminoácido específico. El aminoácido se une al tRNA por la acción de la enzima aminoacil-tRNA sintetasa, que “reconoce” tanto el aminoácido como el tRNA al mismo tiempo. En la cabeza del bucle medio de tRNA hay un anticodón, un triplete que consta de tres nucleótidos. Un anticodón es complementario a un codón de ARNm específico. Con la ayuda del anticodón, el ARNt "reconoce" el codón correspondiente en el ARNm, es decir, determina el lugar en el que debe colocarse el aminoácido dado en la molécula de proteína sintetizada.
Se supone que los bucles de ARNt que no están implicados en la unión y el desempeño de la función de decodificación del aminoácido se utilizan para unir el ARNt al ribosoma ya la aminoacil-tRNA sintetasa específica.
ARN ribosomal(ARNr) se acumula en el núcleo y los nucléolos. Las proteínas ribosómicas se transportan a los nucléolos desde el citoplasma, y allí se produce la formación espontánea de subpartículas ribosómicas mediante la combinación de proteínas con el ARNr correspondiente. Las subpartículas del ribosoma se transportan juntas o por separado a través de los poros de la membrana nuclear hacia el citoplasma.
Los ribosomas son orgánulos de 20-30 nm de tamaño. El ribosoma contiene 64% de ARNr y 36% de proteína. Están construidos a partir de dos subunidades de diferentes tamaños y formas. Cuando el ribosoma no sintetiza proteína, se disocia en 2 subunidades. El ARN ribosómico sirve como marco para los ribosomas y facilita la unión inicial del ARNm al ribosoma durante la biosíntesis de proteínas. Las subunidades se designan en eucariotas como 60S (grande) y 40S (pequeña). Los ribosomas enteros precipitan a 80S. En los procariotas, los ribosomas se componen de subunidades pequeñas (30S) y grandes (50S). En el citoplasma, los ribosomas suelen estar dispuestos en grupos, formando polisomas.
Las funciones del ARN difieren según el tipo de ácido ribonucleico.
1) ARN mensajero (i-ARN).
2) ARN ribosomal (r-ARN).
3) ARN de transferencia (t-ARN).
4) ARN menor (pequeño). Estas son moléculas de ARN, la mayoría de las veces con un peso molecular pequeño, ubicadas en varias partes de la célula (membrana, citoplasma, orgánulos, núcleo, etc.). Su papel no se entiende completamente. Se ha demostrado que pueden ayudar a la maduración del ARN ribosomal, participar en la transferencia de proteínas a través de la membrana celular, promover la reduplicación de moléculas de ADN, etc.
5) Ribozimas. Tipo de ARN recientemente identificado que participa activamente en los procesos enzimáticos de la célula como enzima (catalizador).
6) ARN viral. Cualquier virus puede contener solo un tipo de ácido nucleico: ADN o ARN. En consecuencia, los virus que tienen una molécula de ARN en su composición se denominan que contienen ARN. Cuando un virus de este tipo ingresa a una célula, puede ocurrir el proceso de transcripción inversa (la formación de nuevo ADN basado en ARN), y el ADN del virus recién formado se integra en el genoma celular y asegura la existencia y reproducción del patógeno. La segunda variante del escenario es la formación de ARN complementario en la matriz del ARN viral entrante. En este caso, la formación de nuevas proteínas virales, la actividad vital y la reproducción del virus se produce sin la participación del ácido desoxirribonucleico, solo sobre la base de la información genética registrada en el ARN viral. ácidos ribonucleicos. ARN, estructura, estructuras, tipos, papel. Codigo genetico. Mecanismos de transferencia de información genética. Replicación. Transcripción
ARN ribosomal.
El ARNr representa el 90% de todo el ARN celular y se caracteriza por su estabilidad metabólica. En procariotas, se distinguen tres tipos diferentes de ARNr con coeficientes de sedimentación de 23S, 16S y 5S; los eucariotas tienen cuatro tipos: -28S, 18S, 5S y 5.8S.
Los ARN de este tipo se localizan en los ribosomas y participan en interacciones específicas con las proteínas ribosómicas.
Los ARN ribosómicos tienen la forma de una estructura secundaria en forma de secciones de doble cadena conectadas por una cadena simple curva. Las proteínas del ribosoma se asocian predominantemente con regiones monocatenarias de la molécula.
El ARNr se caracteriza por la presencia de bases modificadas, sin embargo, en una cantidad mucho menor que en el ARNt. En el ARNr, hay principalmente nucleótidos metilados, con grupos metilo unidos a la base o al grupo 2/-OH- de la ribosa.
ARN de transporte.
Las moléculas de ARNt son una sola cadena que consta de 70-90 nucleótidos, con un peso molecular de 23000-28000 y una constante de sedimentación de 4S. En el ARN celular, el ARN de transferencia es del 10 al 20%. Las moléculas de ARNt tienen la capacidad de unirse covalentemente a un aminoácido específico y conectarse a través de un sistema de enlaces de hidrógeno con uno de los tripletes de nucleótidos de la molécula de ARNm. Por lo tanto, los ARNt implementan una correspondencia de codificación entre un aminoácido y el codón de ARNm correspondiente. Para realizar la función de adaptador, los ARNt deben tener una estructura secundaria y terciaria bien definida.
Cada molécula de ARNt tiene una estructura secundaria constante, tiene la forma de una hoja de trébol bidimensional y consta de secciones helicoidales formadas por nucleótidos de la misma cadena y bucles monocatenarios ubicados entre ellos. El número de regiones helicoidales llega a la mitad de la molécula.Las secuencias no apareadas forman elementos estructurales característicos (ramas) que tienen ramas típicas:
A) un tallo aceptor, en el extremo 3/-OH del cual, en la mayoría de los casos, hay un triplete CCA. El aminoácido correspondiente se une al grupo carboxilo de la adenosina terminal con la ayuda de una enzima específica;
B) pseudouridina o T C-loop, consta de siete nucleótidos con la secuencia obligatoria 5/-T TsG-3/, que contiene pseudouridina; se supone que el bucle T se usa para unir el ARNt al ribosoma;
C) bucle adicional: diferente en tamaño y composición en diferentes ARNt;
D) el bucle anticodón consta de siete nucleótidos y contiene un grupo de tres bases (anticodón), que es complementario a un triplete (codón) en la molécula de ARNm;
E) bucle de dihidrouridilo (bucle D), que consta de 8 a 12 nucleótidos y contiene de uno a cuatro residuos de dihidrouridilo; se cree que el bucle D se usa para unir el tRNA a una enzima específica (aminoacil-tRNA sintetasa).
El pliegue terciario de las moléculas de ARNt es muy compacto y tiene forma de L. La esquina de una estructura similar está formada por un residuo de dihidrouridina y un bucle T C, una rodilla larga forma un vástago aceptor y un bucle T C, y una corta forma un bucle D y un bucle anticodón.
Los cationes polivalentes (Mg 2+ , poliaminas), así como los enlaces de hidrógeno entre las bases y el esqueleto fosfodiéster, están involucrados en la estabilización de la estructura terciaria del ARNt.
El plegamiento espacial complejo de la molécula de tRNA se debe a múltiples interacciones altamente específicas tanto con proteínas como con otros ácidos nucleicos (rRNA).
El ARN de transferencia se diferencia de otros tipos de ARN por un alto contenido de bases menores: un promedio de 10 a 12 bases por molécula; sin embargo, su número total de ARNt aumenta a medida que los organismos avanzan en la escala evolutiva. Varias bases metiladas de purina (adenina, guanina) y pirimidina (5-metilcitosina y ribosiltimina), bases que contienen azufre (6-tiouracilo), pero la más común (6-tiouracilo), pero el componente menor más común es la pseudouridina se encontraron en el ARNt. El papel de los nucleótidos inusuales en las moléculas de ARNt aún no está claro; sin embargo, se cree que cuanto menor es el nivel de mitilización del ARNt, menos activo y específico es.
La localización de los nucleótidos modificados es estrictamente fija. La presencia de bases minoritarias en la composición del tRNA determina la resistencia de las moléculas a la acción de las nucleasas y, además, intervienen en el mantenimiento de una determinada estructura, ya que dichas bases no son capaces de aparearse normalmente e impiden la formación de una doble hélice. Por lo tanto, la presencia de bases modificadas en la composición del tRNA determina no solo su estructura, sino también muchas funciones especiales de la molécula de tRNA.
La mayoría de las células eucariotas contienen una variedad de ARNt. Para cada aminoácido, existe al menos un ARNt específico. Los ARNt que se unen al mismo aminoácido se denominan isoaceptores. Cada tipo de célula en el cuerpo tiene una proporción diferente de ARNt isoaceptores.
Matriz (información)
El ARN mensajero contiene la información genética sobre la secuencia de aminoácidos de las enzimas básicas y otras proteínas, es decir, sirve como molde para la biosíntesis de cadenas polipeptídicas. La proporción de ARNm en la célula representa el 5% de la cantidad total de ARN. A diferencia del ARNr y el ARNt, el ARNm tiene un tamaño heterogéneo, su peso molecular oscila entre 25 10 3 y 1 10 6 ; El ARNm se caracteriza por una amplia gama de constantes de sedimentación (6-25S). La presencia de una cadena de ARNm de longitud variable en una célula refleja la diversidad de los pesos moleculares de las proteínas que proporcionan para la síntesis.
Según su composición de nucleótidos, el ARNm corresponde al ADN de la misma célula, es decir, es complementario a una de las cadenas de ADN. La secuencia de nucleótidos (estructura primaria) del ARNm contiene información no solo sobre la estructura de la proteína, sino también sobre la estructura secundaria de las propias moléculas de ARNm. La estructura secundaria del ARNm está formada por secuencias complementarias, cuyo contenido en ARN de distinto origen es similar y oscila entre el 40 y el 50%. Se puede formar un número significativo de regiones emparejadas en las zonas 3/ y 5/ del ARNm.
El análisis de los extremos 5/ de las regiones de ARNr 18s mostró que contienen secuencias complementarias.
La estructura terciaria del ARNm se forma principalmente debido a los enlaces de hidrógeno, la interacción hidrofóbica, la limitación estérica y geométrica y las fuerzas eléctricas.
El ARN mensajero es una forma de vida corta metabólicamente activa y relativamente inestable. Por lo tanto, el ARNm de los microorganismos se caracteriza por una rápida renovación y su vida útil es de varios minutos. Al mismo tiempo, para los organismos cuyas células contienen verdaderos núcleos unidos a la membrana, la vida útil del ARNm puede alcanzar muchas horas e incluso varios días.
La estabilidad del ARNm puede determinarse mediante diversas modificaciones de su molécula. Por lo tanto, se encontró que la secuencia de ARNm 5/-terminal de virus y eucariotas está metilada o "bloqueada". El primer nucleótido en la estructura 5/-terminal de la tapa es 7-metilguanina, que está unida al siguiente nucleótido por un enlace 5/-5/-pirofosfato. El segundo nucleótido está metilado en el residuo C-2/-ribosa, mientras que el tercer nucleótido puede no tener un grupo metilo.
Otra capacidad del ARNm es que en los extremos 3/- de muchas moléculas de ARNm de células eucariotas hay secuencias relativamente largas de nucleótidos de adenilo, que se unen a las moléculas de ARNm con la ayuda de enzimas especiales una vez completada la síntesis. La reacción tiene lugar en el núcleo celular y el citoplasma.
En los extremos 3/- y 5/- del ARNm, las secuencias modificadas representan aproximadamente el 25% de la longitud total de la molécula. Se cree que las secuencias 5/-caps y 3/-poli-A son necesarias para estabilizar el ARNm, que lo protege de la acción de las nucleasas, o para regular el proceso de traducción.
interferencia de ARN
Se han encontrado varios tipos de ARN en células vivas que pueden reducir el grado de expresión génica cuando son complementarios al ARNm o al propio gen. Los micro-ARN (de 21 a 22 nucleótidos de longitud) se encuentran en los eucariotas y actúan a través del mecanismo de interferencia del ARN. En este caso, el complejo de microARN y enzimas puede conducir a la metilación de nucleótidos en el ADN del promotor del gen, lo que sirve como señal para reducir la actividad del gen. Cuando se usa un tipo diferente de regulación de ARNm, se degrada el miARN complementario. Sin embargo, hay miRNAs que aumentan en lugar de disminuir la expresión génica. Los pequeños ARN de interferencia (siARN, 20-25 nucleótidos) a menudo se forman como resultado de la escisión de los ARN virales, pero también existen miARN celulares endógenos. Los ARN de interferencia pequeños también actúan a través de la interferencia de ARN en mecanismos similares a los de los miARN. En animales que interactúan con Piwi (piRNA, 29-30 nucleótidos) se han encontrado los llamados RNA, que actúan en las células germinales contra la transposición y juegan un papel en la formación de gametos. Además, los piRNA pueden heredarse epigenéticamente a través de la línea materna, transmitiendo a la descendencia su capacidad para inhibir la expresión de transposones.
Los ARN antisentido están ampliamente distribuidos en las bacterias, muchos de ellos reprimen la expresión génica, pero algunos la regulan al alza. Los ARN antisentido actúan uniéndose al ARNm, lo que conduce a la formación de moléculas de ARN de doble cadena, que son degradadas por las enzimas Se han encontrado moléculas de ARN similares a ARNm de alto peso molecular en eucariotas. Estas moléculas también regulan la expresión de genes.
Además del papel de las moléculas individuales en la regulación génica, se pueden formar elementos reguladores en las regiones no traducidas 5' y 3' del ARNm. Estos elementos pueden actuar por sí solos para evitar el inicio de la traducción, o pueden unirse a proteínas como la ferritina o moléculas pequeñas como la biotina.
Muchos ARN participan en la modificación de otros ARN. Los intrones son extraídos del pre-ARNm por los espliceosomas que, además de las proteínas, contienen varios ARN nucleares pequeños (ARNsn). Además, los intrones pueden catalizar su propia escisión. El ARN sintetizado como resultado de la transcripción también puede modificarse químicamente. En eucariotas, las modificaciones químicas de los nucleótidos de ARN, como su metilación, son realizadas por pequeños ARN nucleares (ARNsn, 60-300 nucleótidos). Este tipo de ARN se localiza en el nucléolo y cuerpos de Cajal. Después de la asociación de los snRNA con las enzimas, los snRNA se unen al RNA diana mediante el emparejamiento de bases entre dos moléculas, y las enzimas modifican los nucleótidos del RNA diana. Los ARN ribosómicos y de transferencia contienen muchas de estas modificaciones, cuya posición específica a menudo se conserva en el curso de la evolución. Los snRNA y los propios snRNA también pueden modificarse. Los ARN guía llevan a cabo el proceso de edición del ARN en el cinetoplasto, una sección especial de las mitocondrias de los protistas cinetoplástidos (por ejemplo, los tripanosomas).
Genomas formados por ARN
Al igual que el ADN, el ARN puede almacenar información sobre procesos biológicos. El ARN se puede utilizar como genoma de virus y partículas similares a virus. Los genomas de ARN se pueden dividir en aquellos que no tienen una etapa de ADN intermedia y los que se copian en una copia de ADN y se vuelven a convertir en ARN para la reproducción (retrovirus).
Muchos virus, como el virus de la influenza, en todas las etapas contienen un genoma que consta completamente de ARN. El ARN está contenido dentro de una cubierta de proteína normal y es replicado por las polimerasas de ARN dependientes de ARN codificadas dentro de él. Los genomas virales que consisten en ARN se dividen en:
“ARN de cadena negativa”, que sirve solo como genoma, y su molécula complementaria se utiliza como ARNm;
virus de doble cadena.
Los viroides son otro grupo de patógenos que contienen un genoma de ARN y ninguna proteína. Son replicados por ARN polimerasas en el organismo huésped.
Retrovirus y retrotransposones
Otros virus tienen un genoma de ARN durante solo una de las fases del ciclo de vida. Los viriones de los llamados retrovirus contienen moléculas de ARN que, cuando entran en las células huésped, sirven como molde para la síntesis de una copia de ADN. A su vez, el genoma de ARN lee de la plantilla de ADN. Además de los virus de transcripción inversa, también se utiliza una clase de elementos móviles del genoma, los retrotransposones.
Varios tipos de ADN y ARN - ácidos nucleicos - es uno de los objetos de estudio de la biología molecular. Una de las áreas más prometedoras y de rápido desarrollo en esta ciencia en los últimos años ha sido el estudio del ARN.
Brevemente sobre la estructura del ARN.
Así, el ARN, ácido ribonucleico, es un biopolímero cuya molécula es una cadena formada por cuatro tipos de nucleótidos. Cada nucleótido, a su vez, consta de una base nitrogenada (adenina A, guanina G, uracilo U o citosina C) en combinación con un azúcar ribosa y un residuo de ácido fosfórico. Los residuos de fosfato, que se conectan con las ribosas de los nucleótidos vecinos, "cosen" los bloques constituyentes del ARN en una macromolécula, un polinucleótido. Así es como se forma la estructura primaria del ARN.
La estructura secundaria, la formación de una doble cadena, se forma en algunas partes de la molécula de acuerdo con el principio de complementariedad de las bases nitrogenadas: la adenina se empareja con el uracilo a través de un doble y la guanina con la citosina, un triple enlace de hidrógeno.
En la forma de trabajo, la molécula de ARN también forma una estructura terciaria, una estructura espacial especial, conformación.
síntesis de ARN
Todos los tipos de ARN se sintetizan utilizando la enzima ARN polimerasa. Puede ser dependiente de ADN y ARN, es decir, puede catalizar la síntesis en moldes tanto de ADN como de ARN.
La síntesis se basa en la complementariedad de las bases y el antiparalelismo de la dirección de lectura del código genético y procede en varias etapas.
Primero, la ARN polimerasa se reconoce y se une a una secuencia de nucleótidos especial en el ADN: el promotor, después de lo cual la doble hélice del ADN se desenrolla en un área pequeña y comienza el ensamblaje de la molécula de ARN sobre una de las cadenas, llamada plantilla (la otra cadena de ADN se llama codificación; es su copia la que se sintetiza ARN). La asimetría del promotor determina cuál de las cadenas de ADN servirá como molde y, por lo tanto, permite que la ARN polimerasa inicie la síntesis en la dirección correcta.
El siguiente paso se llama elongación. El complejo de transcripción, que incluye la ARN polimerasa y una región no torcida con un híbrido ADN-ARN, comienza a moverse. A medida que avanza este movimiento, la hebra de ARN en crecimiento se separa gradualmente y la doble hélice de ADN se desenrolla frente al complejo y se vuelve a ensamblar detrás de él.
La etapa final de la síntesis ocurre cuando la ARN polimerasa alcanza una región específica de la matriz llamada terminador. La terminación (fin) del proceso se puede lograr de varias maneras.
Los principales tipos de ARN y sus funciones en la célula.
Ellos son los siguientes:
- Matriz o informacional (ARNm). A través de él, se lleva a cabo la transcripción, la transferencia de información genética del ADN.
- Ribosomal (rRNA), que proporciona el proceso de traducción - síntesis de proteínas en la plantilla de mRNA.
- Transporte (ARNt). Produce reconocimiento y transporte de aminoácidos al ribosoma, donde se produce la síntesis de proteínas, y también participa en la traducción.
- Los ARN pequeños son una clase extensa de moléculas pequeñas que realizan diversas funciones durante los procesos de transcripción, maduración del ARN y traducción.
- Los genomas de ARN son secuencias de codificación que contienen la información genética de algunos virus y viroides.
En la década de 1980 se descubrió la actividad catalítica del ARN. Las moléculas con esta propiedad se denominan ribozimas. Todavía no se conocen tantas ribozimas naturales, su capacidad catalítica es menor que la de las proteínas, pero en la célula cumplen funciones sumamente importantes. Actualmente, se está trabajando con éxito en la síntesis de ribozimas, que, entre otras cosas, han aplicado significado.
Detengámonos con más detalle en los diferentes tipos de moléculas de ARN.
Matriz (información) ARN
Esta molécula se sintetiza sobre la sección no retorcida del ADN, copiando así el gen que codifica una proteína en particular.
El ARN de las células eucariotas, antes de convertirse, a su vez, en una matriz para la síntesis de proteínas, debe madurar, es decir, pasar por un complejo de diversas modificaciones: el procesamiento.
En primer lugar, incluso en la etapa de transcripción, la molécula sufre un caping: una estructura especial de uno o más nucleótidos modificados, el capuchón, se une a su extremo. Desempeña un papel importante en muchos procesos posteriores y mejora la estabilidad del ARNm. La denominada cola poli(A), una secuencia de nucleótidos de adenina, se une al otro extremo del transcrito primario.
Luego se empalma el pre-ARNm. Esta es la eliminación de las regiones no codificantes de la molécula: los intrones, que abundan en el ADN eucariótico. A continuación, se produce el procedimiento de edición del mRNA, en el que se modifica químicamente su composición, así como la metilación, tras lo cual el mRNA maduro abandona el núcleo celular.
ARN ribosomal
La base del ribosoma, un complejo que proporciona la síntesis de proteínas, está formada por dos ARNr largos que forman subpartículas del ribosoma. Se sintetizan juntos como un solo pre-ARNr, que luego se separa durante el procesamiento. La subunidad grande también incluye ARNr de bajo peso molecular sintetizado a partir de un gen separado. Los ARN ribosómicos tienen una estructura terciaria densamente empaquetada que sirve como andamio para las proteínas que están presentes en el ribosoma y realizan funciones auxiliares.
En la fase de no funcionamiento, las subunidades de ribosomas se separan; al inicio del proceso de traducción, el ARNr de la subunidad pequeña se combina con el ARN mensajero, después de lo cual los elementos del ribosoma se combinan por completo. Cuando el ARN de la subunidad pequeña interactúa con el ARNm, este último, por así decirlo, se estira a través del ribosoma (lo que equivale al movimiento del ribosoma a lo largo del ARNm). El ARN ribosomal de la subunidad grande es una ribozima, es decir, tiene propiedades enzimáticas. Cataliza la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos durante la síntesis de proteínas.
Cabe señalar que la mayor parte de todo el ARN en la célula es ribosómico: 70-80%. El ADN tiene una gran cantidad de genes que codifican el ARNr, lo que asegura su transcripción muy intensa.
ARN de transferencia
Esta molécula es reconocida por un determinado aminoácido con la ayuda de una enzima especial y, al conectarse con ella, transporta el aminoácido al ribosoma, donde sirve como intermediario en el proceso de traducción: síntesis de proteínas. La transferencia se realiza por difusión en el citoplasma de la célula.
Las moléculas de ARNt recién sintetizadas, al igual que otros tipos de ARN, se procesan. El ARNt maduro en su forma activa tiene una conformación que se asemeja a una hoja de trébol. En el "pecíolo" de la hoja, el sitio aceptor, hay una secuencia CCA con un grupo hidroxilo que se une al aminoácido. En el extremo opuesto de la "hoja" hay un bucle de anticodón que se conecta a un codón complementario en el ARNm. El bucle D sirve para unir el ARN de transferencia a la enzima cuando interactúa con el aminoácido, y el bucle T, para unirse a la subunidad grande del ribosoma.
ARN pequeño
Estos tipos de ARN juegan un papel importante en los procesos celulares y ahora se están estudiando activamente.
Por ejemplo, los ARN nucleares pequeños en las células eucariotas están involucrados en el empalme del ARNm y posiblemente tengan propiedades catalíticas junto con las proteínas del empalmeosoma. Los ARN nucleolares pequeños están involucrados en el procesamiento del ARN ribosomal y de transferencia.
Los microARN y los microARN de interferencia pequeños son los elementos más importantes del sistema de regulación de la expresión génica, que es necesario para que la célula controle su propia estructura y actividad vital. Este sistema es una parte importante de la respuesta antiviral inmune de la célula.
También hay una clase de ARN pequeños que funcionan en forma compleja con las proteínas Piwi. Estos complejos juegan un papel muy importante en el desarrollo de las células de la línea germinal, en la espermatogénesis y en la supresión de los elementos genéticos transponibles.
genoma de ARN
La molécula de ARN puede ser utilizada como genoma por la mayoría de los virus. Los genomas virales son diferentes: monocatenarios y bicatenarios, circulares o lineales. Además, los genomas de ARN de los virus a menudo están segmentados y generalmente son más cortos que los genomas que contienen ADN.
Existe una familia de virus cuya información genética, codificada en ARN, tras la infección de la célula por transcripción inversa, se reescribe en el ADN, que luego se introduce en el genoma de la célula víctima. Estos son los llamados retrovirus. Estos incluyen, en particular, el virus de la inmunodeficiencia humana.
Importancia de la investigación del ARN en la ciencia moderna
Si antes prevalecía la opinión sobre el papel secundario del ARN, ahora está claro que es un elemento necesario y más importante de la actividad de la vida intracelular. Muchos procesos de suma importancia no pueden prescindir de la participación activa del ARN. Los mecanismos de tales procesos permanecieron desconocidos durante mucho tiempo, pero gracias al estudio de varios tipos de ARN y sus funciones, muchos detalles se aclaran gradualmente.
Es posible que el ARN jugara un papel decisivo en el surgimiento y desarrollo de la vida en los albores de la historia de la Tierra. Los resultados de estudios recientes hablan a favor de esta hipótesis, lo que demuestra la extraordinaria antigüedad de muchos mecanismos de funcionamiento celular con la participación de ciertos tipos de ARN. Por ejemplo, los ribointerruptores descubiertos recientemente como parte del ARNm (un sistema de regulación libre de proteínas de la actividad génica en la etapa de transcripción), según muchos investigadores, son ecos de una era en la que la vida primitiva se construía sobre la base del ARN, sin la participación del ADN y las proteínas. Los microARN también se consideran un componente muy antiguo del sistema regulador. Las características estructurales del ARNr catalíticamente activo indican su evolución gradual al agregar nuevos fragmentos al antiguo protorribosoma.
Un estudio exhaustivo de qué tipos de ARN y cómo están involucrados en ciertos procesos también es extremadamente importante para los campos teóricos y aplicados de la medicina.
Las moléculas de ARN son polímeros, cuyos monómeros son ribonucleótidos formados por los residuos de tres sustancias: azúcar de cinco carbonos - ribosa; una de las bases nitrogenadas -de las purinas- adenina o guanina, de pirimidina - uracilo o citosina; residuos de ácido fosfórico.
La molécula de ARN es un polinucleótido no ramificado que tiene una estructura terciaria. La conexión de nucleótidos en una cadena se lleva a cabo como resultado de una reacción de condensación entre el residuo de ácido fosfórico de un nucleótido y el carbono 3 "de la ribosa del segundo nucleótido.
A diferencia del ADN, el ARN está formado no por dos, sino por uno cadena de polinucleótidos. Sin embargo, sus nucleótidos (adenilo, uridilo, guanilo y citidilo) también son capaces de formar enlaces de hidrógeno entre sí, pero estos son compuestos intra, en lugar de intercatenarios, de nucleótidos complementarios. Se forman dos enlaces de hidrógeno entre los nucleótidos A y U, y tres enlaces de hidrógeno entre los nucleótidos G y C. Las cadenas de ARN son mucho más cortas que las cadenas de ADN.
La información sobre la estructura de la molécula de ARN está incrustada en las moléculas de ADN. La secuencia de nucleótidos en el ARN es complementaria a la hebra codogénica de ADN, pero el nucleótido de adenilo del ADN es complementario al nucleótido de uridilo del ARN. Si el contenido de ADN en una célula es relativamente constante, entonces el contenido de ARN fluctúa mucho. La mayor cantidad de ARN en las células se observa durante la síntesis de proteínas.
Hay tres clases principales de ácidos nucleicos: ARN mensajero - ARNm (ARNm), ARN de transferencia - ARNt, ARN ribosomal - ARNr.
Información ARN. La clase más diversa en términos de tamaño y estabilidad. Todos ellos son portadores de información genética desde el núcleo hasta el citoplasma. Los ARN mensajeros sirven como molde para la síntesis de una molécula de proteína, tk. determinar la secuencia de aminoácidos de la estructura primaria de la molécula de proteína. La proporción de ARNm representa hasta el 5% del contenido total de ARN en la célula.
ARN de transporte. Las moléculas de ARN de transferencia suelen contener entre 75 y 86 nucleótidos. El peso molecular de las moléculas de ARNt es de 25 000. Las moléculas de ARNt desempeñan el papel de intermediarios en la biosíntesis de proteínas: entregan aminoácidos al sitio de síntesis de proteínas, a los ribosomas. La célula contiene más de 30 tipos de tRNA. Cada tipo de ARNt tiene su propia secuencia de nucleótidos única. Sin embargo, todas las moléculas tienen varias regiones complementarias intramoleculares, debido a la presencia de las cuales todos los ARNt tienen una estructura terciaria que se asemeja a la forma de una hoja de trébol.
ARN ribosomal. La proporción de ARN ribosómico (ARNr) representa el 80-85% del contenido total de ARN en la célula. El ARN ribosomal consta de 3-5 mil nucleótidos. En complejo con las proteínas ribosómicas, el ARNr forma ribosomas, orgánulos en los que se produce la síntesis de proteínas. La principal importancia del ARNr es que proporciona la unión inicial del ARNm y el ribosoma y forma el centro activo del ribosoma, en el que se forman enlaces peptídicos entre aminoácidos durante la síntesis de la cadena polipeptídica.
