7.7: Descubrir ARN: estructura y algunas funciones
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El ADN no es el único ácido nucleico que se encuentra en las células. Una segunda clase de ácido nucleico se conoce como ácido ribonucleico (ARN.) El ARN difiere del ADN en que el ARN contiene
- la ribosa de azúcar (con un grupo hidroxilo en el 2' C) en lugar de desoxirribosa;
- contiene la pirimidina uracilo en lugar de la pirimidina timina que se encuentra en el ADN; y
- El ARN es típicamente monocatenario en lugar de bicatenario.
Sin embargo, las moléculas de ARN pueden asociarse con una molécula de ssDNA con la secuencia de nucleótidos complementaria. En lugar del emparejamiento A-T en el ADN encontramos A emparejamiento con U en su lugar. Este cambio no hace ninguna diferencia significativa cuando la cadena de ARN interactúa con el ADN, ya que el número de interacciones de enlaces de hidrógeno es el mismo. Cuando se aísla ARN de las células, se encontró que una población se reasociaba con secuencias únicas dentro del ADN. Como veremos más adelante, esta clase de ARN, incluye moléculas, conocidas como mensajeras o ARNm, que transportan información desde el ADN hasta la maquinaria molecular que media en la síntesis de proteínas. Además de los ARNm hay otros tipos de ARN en las células. Estos incluyen ARN estructurales, catalíticos y reguladores. Como ya habrás sospechado, las mismas consideraciones de enlace hidrofóbico/hidrófilo/H que fueron relevantes para la estructura del ADN se aplican al ARN, pero debido a que el ARN es generalmente monocatenario, las estructuras que se encuentran en el ARN son algo diferentes. Una molécula de ARN monocatenario puede plegarse sobre sí misma para crear regiones bicatenarias. Al igual que en el ADN, estas hebras plegadas son antiparalelas entre sí. Esto da como resultado “tallos” bicatenarios que terminan en “bucles” monocatenarios. Las regiones dentro de un tallo que no se emparejan bases sobresaldrán. El resultado final es que las moléculas de ARN pueden adoptar estructuras tridimensionales complejas en solución. Dichos ARN a menudo forman complejos con otras moléculas, particularmente proteínas, para llevar a cabo funciones específicas. Por ejemplo, el ribosoma, la máquina macromolecular que media en la síntesis de polipéptidos, es un complejo de ARN estructurales y catalíticos (conocidos como ribosómicos o ARNr) y proteínas. Los ARN de transferencia (ARNt) son un componente integral del sistema de síntesis de proteínas. Los ARN, en combinación con proteínas, también desempeñan una serie de funciones reguladoras que incluyen el reconocimiento y regulación de la síntesis y los comportamientos posteriores de los ARNm, sujetos típicamente considerados con mayor detalle en cursos de biología molecular.
La capacidad del ARN tanto para codificar información en su secuencia base como para mediar catálisis a través de su estructura tridimensional ha llevado a la hipótesis del “mundo del ARN”. Propone que al principio de la evolución de la vida diversos protoorganismos se basaron en ARN, o más probablemente moléculas similares a ARN más simples, en lugar de ADN y proteínas, para almacenar información genética y catalizar al menos un subconjunto de reacciones. Algunos virus modernos utilizan ARN monocatenarios o bicatenarios como material genético. Según la hipótesis del mundo del ARN, fue solo más tarde en la historia de la vida que los organismos desarrollaron los sistemas basados en ADN más especializados para el almacenamiento de información genética y las proteínas para la catálisis y otras funciones estructurales. Si bien esta idea es convincente, no hay razón para creer que los polipéptidos simples y otras moléculas tampoco estuvieron presentes y desempeñando un papel crítico en las primeras etapas de los orígenes de la vida. Al mismo tiempo, hay muchos problemas sin resolver asociados con una visión del mundo del ARN simplista, siendo los más importantes la complejidad del ARN mismo, su síntesis abiogénica (es decir, sin vida) y la supervivencia de los trifosfatos de nucleótidos en solución. Sin embargo, es evidente que los ARN catalíticos y reguladores juegan un papel clave en las células modernas y a lo largo de su evolución. La actividad catalítica del ribosoma ubicuo, que participa en la síntesis de proteínas en todos los organismos conocidos, se basa en una ribozima, un catalizador basado en ARN.