Bioquímica - Biología molecular

biomoléculas : El ácido ribonucleico (ARN o RNA) es un ácido nucleico formado por una cadena de ribonucleótidos. Está presente tanto en lascélulas procariotas como en las eucariotas, y es el único material genético de ciertos virus (virus ARN). El ARN celular es lineal y de hebra sencilla, pero en el genoma de algunos virus es de doble hebra.- ...................................:http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Especial:Libro&bookcmd=download&collection_id=a9787b19bf458ab723b8098899971bbb5ce0b6e0&writer=rdf2latex&return_to=%C3%81cido+ribonucleico

ARN o ácidos ribonucleico o RNA

A.- ESTRUCTURA
Está formado por la unión de muchos ribonucleótidos, los cuales se unen entre ellos mediante enlaces fosfodiester en sentido 5´-3´( igual que en el ADN ).
Están formados por una sola cadena, a excepción del ARN bicatenario de los reovirus.
ESTRUCTURA PRIMARIA DEL ARN
Al igual que el ADN, se refiere a la secuencia de las bases nitrogenadas que constituyen sus nucleótidos.

ESTRUCTURA SECUNDARIA DEL ARN
Alguna vez, en una misma cadena, existen regiones con secuencias complementarias capaces de aparearse.

ESTRUCTURA TERCIARIA DE ARN
Es un plegamiento, complicado, sobre al estructura secundaria.

B.- CLASIFICACIÓN DE LOS ARN.
Para clasificarlos se adopta la masa molecular media de sus cadenas, cuyo valor se deduce de la velocidad de sedimentación. La masa molecular y por tanto sus dimensiones se miden en svedberg (S). Según esto tenemos:
ARN MENSAJERO (ARN_m)
Sus características son la siguientes:
- Cadenas de largo tamaño con estructura primaria.
- Se le llama mensajero porque transporta la información necesaria para la síntesis proteica.
- Cada ARN_m tiene información para sintetizar una proteina determinada.
- Su vida media es corta.
a) En procariontes el extremo 5´posee un grupo trifosfato
b) En eucariontes en el extremo 5´posee un grupo metil-guanosina unido al trifosfato, y el el extremo 3´posee una cola de poli-A

En los eucariontes se puede distinguir también:
- Exones, secuencias de bases que codifican proteinas
- Intrones, secuencias sin información.
Un ARN_m  de este tipo ha de madurar (eliminación de intrones) antes de hacerse funcional. Antes de madurar, el ARN_m  recibe el nombre de ARN heterogeneonuclear (ARN_hn ).
ARN RIBOSÓMICO (ARN_r)
Sus principales características son:
- Cada ARN_r  presenta cadena de diferente tamaño, con estructura secundaria y terciaria.
- Forma parte de las subunidades ribosómicas cuando se une con muchas proteinas.
- Están vinculados con la síntesis de proteinas.

ARN NUCLEOLAR (ARN_n)
Sus características principales son:
- Se sintetiza en el nucleolo.
- Posee una masa molecular de 45 S, que actua como recursor de parte del ARN_r, concretamente de los ARN_r 28 S (de la subunidad mayor), los ARN_r 5,8 S (de la subunidad mayor) y los ARN_r 18 S (de la subunidad menor)
ARN_u
Sus principales características son:
- Son moléculas de pequeño tamaño
- Se les denomina de esta manera por poseer mucho uracilo en su composición
- Se asocia a proteinas del núcleo y forma ribonucleoproteinas pequeño nucleares (RNP_pn) que intervienen en:
                a) Corte y empalme de ARN
                b) Maduración en los ARN_m  de los eucariontes
                c) Obtención de ARN_r a partir de ARN_n  45 S.

ARN TRANSFERENTE (ARN_t)
Sus principales características son.
- Son moléculas de pequeño tamaño
- Poseen en algunas zonas estructura secundaria, lo que va hacer que en las zonas donde no hay bases complementarias adquieran un aspecto de bucles, como una hoja de trebol.
- Los plegamientos se llegan a hacer tan complejos que adquieren una estructura terciaria
- Su misión es unir aminoácidos y transportarlos hasta el ARN_m  para sintetizar proteinas.

El lugar exacto para colocarse en el ARN_m  lo hace gracias a tres bases, a cuyo conjunto se llaman anticodón (las complementarias en el ARN_m   se llaman codón).

C.- SINTESIS Y LOCALIZACIÓN DE LOS ARN
En la célula eucarionte los ARN se sintetizan gracias a tres tipos de enzimas:
- ARN polimerasa I, localizada en el nucleolo y se encarga de la sinteis de los ARN_r 18 S, 5,8 S y 28 S.
- ARN polimerasa II, localizada en el nucleoplasma y se encarga de la síntesis de los ARN_hn, es decir de los precursores de los ARN_m

- ARN polimerasa III, localizada en el nucleoplasma y se encarga de sintetizar los ARN_r 5 S y los ARN_m.

Los primeros investigadores tenían buenas razones para pensar que la información no fluye directamente del ADN a las proteínas. El ADN se aloja en el núcleo (de una célula eucariótica), cuando es sabido que las proteínas se fabrican en el citoplasma. Se necesita el ácido ribonucléico (ARN), como intermediario.

Los primeros experimentos sugerían la presencia de un intermediario del ADN; al administrar precursores radiactivos marcados del ARN a las células, aparece ARN radiactivo en el núcleo antes que en ningún otro sitio, indicando que es ahí donde se sintetiza el ARN. En un experimento de pulso y caza se da un breve «pulso» de precursores radiactivos, los cuales se incorporan a moléculas de ARN. Luego, se transfieren las células a un medio con precursores de ARN no radiactivos. Esta fase de «caza» sirve para cortar la incorporación de radiactividad al ARN, pues conforme éste se va degradando, la célula cuenta ahora sólo con precursores no marcados para sintetizar nuevas moléculas de ARN. El procedimiento del pulso y caza permite seguir la pista a una población de moléculas de ARN, sintetizadas todas a la vez, a lo largo del tiempo. En muestras tomadas después de la caza, el ARN radiactivo se encuentra en el citoplasma. Es decir lo que se sigue es la pista de los precursores marcados que ofrecen la imagen de la estructura por la radiactividad de la molécula, y en definitiva el punto nos indica el lugar de interés y la caza nos ofrece la ubicación final del producto sintetizado. El ARN se sintetiza en el núcleo y luego se traslada al citoplasma. Buen candidato, pues, para actuar como intermediario en el flujo de información del ADN a la proteína.

En 1957, Volkin y Astrachan hicieron una observación de interés. Comprobaron que uno de los cambios moleculares más dramáticos que ocurre al infectar E. coli con el fago T2 es una rápida explosión de síntesis de ARN. Además, este ARN inducido por el fago tiene una tasa de recambio muy rápida. Las bacterias infectadas se someten primero a un pulso de uracilo radioactivo. El ARN recuperado poco después del pulso está marcado, pero el que se recupera algo más tarde, después de la caza, no lo está, indicando que la vida media del ARN es muy corta. Finalmente, cuando se compara la composición de nucleótidos del ADN de E. coli y de T2 con la composición de nucleótidos del ARN inducido por el fago, esta última resulta ser muy parecida a la del ADN del fago. La conclusión provisional de los dos experimentos que acabamos de describir es que el ARN se fabrica a partir de ADN y se utiliza luego, de alguna manera, para sintetizar proteínas. Así pues, podernos establecer ahora un esquema de las tres etapas del flujo de información (ver figura): replicación (síntesis de ADN), transcripción (copia de una porción del ADN en forma de ARN), y traducción (síntesis de un polipéptido dirigida por la secuencia de nucleótidos del ARN).

Figura 36: Los tres procesos del flujo de información: replicación, transcripción y traducción. Tomado de Griffiths, A. (Ed.) Introducción al análisis genético.

Propiedades del ARN

Aunque el ARN (como el ADN) es una larga macromolécula de ácido nucleico, tiene propiedades muy diferentes. En primer lugar, el ARN es casi siempre de cadena sencilla, no una hélice doble. En segundo lugar, el ARN contiene en sus nucleótidos el azúcar ribosa (de ahí su nombre), en lugar de desoxirribosa. En tercer lugar, el ARN contiene la base pirimidínica uracilo (abreviada como U) en lugar de timina. No obstante, el uracilo forma puentes de hidrógeno con la adenina, exactamente como la timina.

Nadie sabe con seguridad por qué el ARN contiene uracilo en vez de timina, o ribosa en lugar de desoxirribosa. La característica más destacable del ARN es su naturaleza de cadena sencilla pero, por lo demás, su estructura es muy similar a la del ADN.

¿Podemos determinar si el ARN se fabrica a partir de una o de ambas cadenas del ADN? Parece lógico que sólo se utilice una cadena, ya que la transcripción a partir de ambas cadenas produciría dos moléculas de ARN complementarias a partir del mismo segmento de ADN, y estas dos moléculas darían lugar presumiblemente a dos tipos distintos de proteínas (con secuencias de aminoácidos diferentes). De hecho, muchas pruebas químicas confirman que la transcripción tiene lugar sólo sobre una de las dos cadenas del ADN (aunque no necesariamente la misma a lo largo de todo el cromosoma).

El experimento de hibridación puede aplicarse a la exploración de este problema. Si las dos cadenas del ADN tienen una relación purinas:pirimidinas claramente distintas, pueden purificarse por separado, aprovechando su diferente densidad en cloruro de cesio (CsCI). Podernos aislar el ARN fabricado de un segmento del ADN e hibridarlo por separado con cada una de las cadenas, para ver si es complementario sólo de una de ellas. Marmur y sus colaboradores consiguieron purificar las dos cadenas del ADN del fago SP8 de Bacilo subtilis. Desnaturalizaron el ADN, lo enfriaron rápidamente para impedir la reasociación de las dos cadenas, y las separaron en CsCI. Comprobaron luego que el ARN de SP8 hibrida sólo con una de las dos cadenas, demostrando así que la transcripción es asimétrica, esto es, ocurre sólo sobre una de las cadenas del ADN.

Aunque el ARN se transcribe a partir de una sola de las cadenas del ADN de cada gen, no se transcribe necesariamente la misma cadena a lo largo de todo el cromosoma, o a lo largo de las diferentes fases del ciclo de vida. El ARN producido en las diferentes fases del ciclo de vida de un fago hibrida con distintas partes del cromosoma, poniendo así de manifiesto que en cada fase se activan genes diferentes (ver figura).

Figura 37: a) Transcripción asimétrica de las cadenas de ADN; b) dirección de la transcripción de los dos transcritos de las dos cadenas opuestas. Tomado de Griffiths, A. (Ed.) Introducción al análisis genético.

En el fago l, cada una de las dos cadenas de ADN se transcribe parcialmente en períodos distintos. Sin embargo, en el fago T7 se transcribe la misma cadena tanto para los genes tempranos como para los genes tardíos. La cadena de ADN que actúa como molde se denomina cadena con sentido. Su cadena complementaria se denomina cadena anti-sentido. Advierta que el ARNm contiene la misma secuencia de nucleótidos que la cadena anti-sentido.