El ARN es un componente esencial de los mecanismos genéticos moleculares de la célula. El contenido de ácidos ribonucleicos es un pequeño porcentaje de su peso seco, y alrededor del 3-5% de esta cantidad recae en el ARN mensajero (ARNm), que está directamente involucrado en la síntesis de proteínas, contribuyendo a la implementación del genoma.
La molécula de ARNm codifica la secuencia de aminoácidos de la proteína leída del gen. Por lo tanto, el ácido ribonucleico de la matriz también se denomina informativo (ARNm).
Características generales
Como todos los ácidos ribonucleicos, el ARN mensajero es una cadena de ribonucleótidos (adenina, guanina, citosina y uracilo) conectados entre sí por enlaces fosfodiéster. La mayoría de las veces, el ARNm solo tiene una estructura primaria, pero en algunos casos tiene una estructura secundaria.
Hay decenas de miles de especies de ARNm en una célula, cada una de las cuales está representada por 10-15 moléculas correspondientes a un sitio específico en el ADN. El ARNm contiene información sobre la estructura de uno o másbacterias) proteínas. La secuencia de aminoácidos se presenta como tripletes de la región codificante de la molécula de ARNm.
Función biológica
La función principal del ARN mensajero es implementar información genética transfiriéndola desde el ADN al sitio de síntesis de proteínas. En este caso, el ARNm realiza dos tareas:
- reescribe la información sobre la estructura primaria de la proteína del genoma, que se lleva a cabo en el proceso de transcripción;
- interactúa con el aparato de síntesis de proteínas (ribosomas) como matriz semántica que determina la secuencia de aminoácidos.
En realidad, la transcripción es la síntesis de ARN, en la que el ADN actúa como molde. Sin embargo, solo en el caso del ARN mensajero este proceso tiene el valor de reescribir la información sobre la proteína del gen.
El ARNm es el principal mediador a través del cual se lleva a cabo el camino del genotipo al fenotipo (ADN-ARN-proteína).
La vida útil del ARNm en una célula
El ARN mensajero vive en la célula por un tiempo muy corto. El período de existencia de una molécula se caracteriza por dos parámetros:
- La vida media funcional está determinada por la capacidad del ARNm para servir como molde y se mide por la reducción en la cantidad de proteína sintetizada por molécula. En procariotas, esta cifra es de aproximadamente 2 minutos. Durante este período, la cantidad de proteína sintetizada se reduce a la mitad.
- La vida media química está determinada por la reducción de las moléculas de ARN mensajero capaces de hibridar(compuesto complementario) con ADN, que caracteriza la integridad de la estructura primaria.
La vida media química suele ser más larga que la vida media funcional, ya que una ligera degradación inicial de la molécula (por ejemplo, una sola ruptura en la cadena de ribonucleótidos) aún no evita la hibridación con el ADN, pero ya evita la proteína síntesis.
La vida media es un concepto estadístico, por lo que la existencia de una molécula de ARN en particular puede ser significativamente mayor o menor que este valor. Como resultado, algunos ARNm tienen tiempo para traducirse varias veces, mientras que otros se degradan antes de que se complete la síntesis de una molécula de proteína.
En términos de degradación, los ARNm eucarióticos son mucho más estables que los procarióticos (la vida media es de unas 6 horas). Por esta razón, son mucho más fáciles de aislar de la célula intacta.
estructura del ARNm
La secuencia de nucleótidos del ARN mensajero incluye regiones traducidas, en las que se codifica la estructura primaria de la proteína, y regiones no informativas, cuya composición difiere en procariotas y eucariotas.
La región codificante comienza con un codón de iniciación (AUG) y termina con uno de los codones de terminación (UAG, UGA, UAA). Dependiendo del tipo de célula (nuclear o procariótica), el ARN mensajero puede contener una o más regiones de traducción. En el primer caso, se llama monocistrónico, y en el segundo, policistrónico. Este último es característico solo de bacterias y arqueas.
Características de la estructura y funcionamiento del ARNm en procariotas
Procesos de transcripción en procariotasy las traducciones tienen lugar simultáneamente, por lo que el ARN mensajero solo tiene una estructura primaria. Al igual que en los eucariotas, está representado por una secuencia lineal de ribonucleótidos, que contiene regiones informativas y no codificantes.
La mayoría de los ARNm de bacterias y arqueas son policistrónicos (contienen varias regiones codificantes), lo que se debe a la peculiaridad de la organización del genoma procariótico, que tiene una estructura de operón. Esto significa que la información sobre varias proteínas se codifica en un transcriptón de ADN, que posteriormente se transfiere al ARN. Una pequeña parte del ARN mensajero es monocistrónico.
Las regiones no traducidas del ARNm bacteriano están representadas por:
- secuencia líder (ubicada en el extremo 5`);
- secuencia del tráiler (o final) (ubicada en el extremo 3`);
- regiones intercistrónicas no traducidas (espaciadores): ubicadas entre las regiones codificantes del ARN policistrónico.
La longitud de las secuencias intercistrónicas puede ser de 1-2 a 30 nucleótidos.
ARNm eucariótico
El ARNm eucariótico siempre es monocistrónico y contiene un conjunto más complejo de regiones no codificantes que incluyen:
- cap;
- 5`-área no traducida (5`NTR);
- 3`-área no traducida (3`NTR);
- cola de poliadenilo.
La estructura generalizada del ARN mensajero en eucariotas se puede representar comoesquemas con la siguiente secuencia de elementos: cap, 5`-UTR, AUG, región traducida, codón de parada, 3`UTR, poli-A-cola.
En eucariotas, los procesos de transcripción y traducción están separados tanto en el tiempo como en el espacio. El ARN mensajero adquiere una caperuza y una cola de poliadenilo durante la maduración, lo que se denomina procesamiento, y luego es transportado desde el núcleo hasta el citoplasma, donde se concentran los ribosomas. El procesamiento también elimina los intrones que se transfieren al ARN del genoma eucariótico.
Dónde se sintetizan los ácidos ribonucleicos
Todos los tipos de ARN son sintetizados por enzimas especiales (ARN polimerasas) basadas en el ADN. En consecuencia, la localización de este proceso en las células procariotas y eucariotas es diferente.
En los eucariotas, la transcripción se realiza en el interior del núcleo, en el que se concentra el ADN en forma de cromatina. Al mismo tiempo, primero se sintetiza el pre-ARNm, que sufre una serie de modificaciones y solo después se transporta al citoplasma.
En procariotas, el lugar donde se sintetizan los ácidos ribonucleicos es la región del citoplasma que bordea el nucleoide. Las enzimas sintetizadoras de ARN interactúan con bucles desspiralizados de cromatina bacteriana.
Mecanismo de transcripción
La síntesis del ARN mensajero se basa en el principio de complementariedad de los ácidos nucleicos y se lleva a cabo mediante ARN polimerasas que catalizan el cierre del enlace fosfodiéster entre los ribonucleósidos trifosfatos.
En procariotas, el ARNm es sintetizado por la misma enzima que otras especiesribonucleótidos, y en eucariotas por la ARN polimerasa II.
La transcripción incluye 3 etapas: iniciación, elongación y terminación. En la primera etapa, la polimerasa se une al promotor, un sitio especializado que precede a la secuencia codificante. En la etapa de elongación, la enzima construye la cadena de ARN agregando nucleótidos a la cadena que interactúan de manera complementaria con la cadena de ADN molde.
