bioquímica y biología molecular

El conocimiento de la función genética del ADN, permitió entender cómo las células traducen el lenguaje de la secuencia de bases en el lenguaje de los polipéptidos. Los ácidos nucleicos no unen específicamente aminoácidos, por lo cual, en 1955, Crick propuso la hipótesis de la molécula adaptadora, para explicar este proceso. Está hipótesis dice que la traducción ocurre a través de un adaptador,  y postulaba que cada un de estos adaptadores cargaba un aminoácido y reconocía al codon correspondiente:

Polipéptido                    ^{aa 1                              aa 2                              aa 3}

Adaptadores

Acido nucleico

                           Codon 1  Codon 2    Codon 3

aa_n: aminoácido

Figura: representación del mecanismo en el que participa el adaptador

Crick sugirió que los adaptadores contenían ARN porque el reconocimiento tendería a ser por pares de bases complementarios. Más o menos al mismo tiempo, Paul Zamecnik yMahlon Hoagland describieron que en el curso de la síntesis de proteínas, aminoácidos marcados radiactivamente con ¹⁴C permanecían unidos durante un tiempo a una fracción de ARN de masa molecular pequeña. Investigaciones más profundas indicaron que este ARN, que fue llamado ARN soluble (sARN), es el tARN, y que equivale a la molécula adaptadora propuesta anteriormente por Crick.

          En 1965, después de 7 años de esfuerzo, Robert Holley reportó la primera secuencia de bases significativa de un ácido nucleico biológico. Esta secuencia fue el tARN para laalanina (^AlatARN)

Los obstáculos que Holley tuvo que enfrentar para esta determinación fueron los siguientes:

1.- Todos los organismos contienen muchas especies de tARN, al menos una para cada tipo de aminoácido (i.e.  20). Estas moléculas tienen propiedades casi idénticas y por tanto no son separados fácilmente. Algunas técnicas preparativas tuvieron que ser  desarrolladas para que Holley determinara la secuencia del ^AlatARN.

2.- Holley tuvo que inventar los métodos que fueron utilizados inicialmente para secuenciar el ARN.

3.- Diez de las 76 bases del ^AlatARN de levadura están modificadas, sus fórmulas estructurales tuvieron que ser elucidadas a pesar de que se encuentran en cantidades menores a un miligramo.

La longitud de los  tARN varía de especie a especie y en los eucariontes de organelo en organelo, y va desde 60 hasta 95 nucleótidos (18-28 kD), pero la mayoría tiene 76 nucleótidos.

     3´   A - OH

C

C

A    

      5´     p -   G      C

G    C

G    U

C     G

G    C

U     U

G    C

                             D            G             m¹G                            U

                         C                  A UGCG                AGGCC  U           A

G                A  GCGC                 UCCGG              G

     G     D                    m²G               C    T        C

                 A         D    y

       C  G      G G

 U    A

C     G

C     G

C     G

                                                             U                 y

 U              m¹I

   I                 C

            G

      Anticodon

Figura: secuencia de bases del ^AlatARN de levadura dibujado en su forma de trébol.

Las partes circulares (verde), representan no complementariedad entre las bases.  Los símbolos en color representan a los nucleótidos modificados.

Casi todos los tARNs, como reconoció Holley,  presentan una estructura de trébol. Empezando por el extremo 5´, los tARNs tienen las siguientes características comúnes:

1.-  grupo fosfato en extremo 5´.

2.- Un brazo de 7 pares de bases que incluye al nucleótido 5´ y pueden contener pares de bases diferentes a los de Watson-Crick como G-U. A esta región se le denomina como brazo aceptor o brazo del aminoácido, porque el aminoácido es llevado (cargado) en el OH libre del extremo 3´ de esta región.

3.- Un brazo de 3 a 4 pares de bases que termina en un giro que frecuentemente contiene la base modificada dihidrouracilo (D en la Figura), por lo cual se denomina brazo D.

4.- Un brazo de 5 pares de bases que termina en un giro que contiene el anticodon, el triplete de bases que es complementario con el codon en el mARN. A esta región se le denominabrazo del anticodon.

5.- Un brazo de 5 pares de bases que termina en un giro que casi siempre contiene la secuencia TyC (en donde y representa pseudouridina), esta región es denominada brazo TyC o simplemente  T.

6.- Todos los tARNs terminan en una secuencia CCA con el OH del extremo 3´ libre

7.- Hay 15 posiciones invariables (siempre tienen la misma base) y 8 posiciones semi-invariantes (contienen sólo una purina o pirimidina) que se presentan en los giros.

El sitio de mayor variabilidad en los tARNs se encuentra en el denominado brazo variable, que tiene de 3 a 21 nucleótidos y puede tener una región lineal de 7 o más pares de bases.