Ácido Ribonucleico (ARN): Estructura, Tipos y Función en la Célula

Ácido ribonucleico (ARN o RNA)

El ácido ribonucleico (ARN o RNA) es un ácido nucleico formado por una cadena de ribonucleótidos. Está presente tanto en las células procariotas como en las eucariotas, y es el único material genético de ciertos virus (virus ARN). El ARN celular es lineal y de cadena sencilla, pero en el genoma de algunos virus es de doble cadena.

En los organismos celulares desempeña diversas funciones. Es la molécula que dirige las etapas intermedias de la síntesis proteica; el ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta información vital durante la síntesis de proteínas (producción de las proteínas que necesita la célula para sus actividades y su desarrollo). Varios tipos de ARN regulan la expresión génica, mientras que otros tienen actividad catalítica. El ARN es, pues, mucho más versátil que el ADN.

El ARN difiere del ADN en que la pentosa de los nucleótidos constituyentes es ribosa en lugar de desoxirribosa, y en que en lugar de las 4 bases A, G, C, T aparecen A, G, C, U (es decir, uracilo en lugar de timina). Las cadenas de ARN son más cortas que las de ADN; aunque esta característica se debe a consideraciones de carácter biológico, ya que no existe limitación química para formar cadenas de ARN tan largas como de ADN, al ser el enlace fosfodiéster químicamente idéntico.

El ARN está constituido casi siempre por una única cadena (monocatenario), aunque en ciertas situaciones, como en los ARNt y ARNr, puede formar estructuras plegadas complejas. Mientras que el ADN contiene la información, el ARN expresa dicha información, pasando de una secuencia lineal de nucleótidos a una secuencia lineal de aminoácidos en la proteína.

Estructura química

Como el ADN, el ARN está formado por una cadena de monómeros repetitivos llamados nucleótidos. Los nucleótidos se unen uno tras otro mediante enlaces fosfodiéster, cargados negativamente.

Cada nucleótido está formado por:

• Una molécula de monosacárido de 5 carbonos (pentosa) llamada ribosa (desoxirribosa en el ADN).
• Un grupo fosfato.
• Uno de 4 posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina, guanina, uracilo (timina en el ADN) y citosina.

Los carbonos de la ribosa se numeran de 1' a 5' en sentido horario. La base nitrogenada se une al carbono 1'; el grupo fosfato se une al carbono 5' y al carbono 3' de la ribosa del siguiente nucleótido. El fosfato tiene una carga negativa a pH fisiológico, lo que confiere al ARN carácter polianiónico.

Las bases púricas (adenina y guanina) pueden formar puentes de hidrógeno con las pirimidínicas (uracilo y citosina) según el esquema C≡G y A=U. Además, son posibles otras interacciones, como el apilamiento de bases o tetrabucles con apareamientos G=A.

Muchos ARN contienen, además de los nucleótidos habituales, nucleótidos modificados, que se originan por transformación de los nucleótidos típicos; son característicos de los ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico (ARNr). También se encuentran nucleótidos metilados en el ARN mensajero eucariótico.

Estructura secundaria

A diferencia del ADN, las moléculas de ARN son de cadena simple y no suelen formar dobles hélices extensas. No obstante, sí se pliegan como resultado de la presencia de regiones cortas con apareamiento intramolecular de bases, es decir, parejas de bases formadas por secuencias complementarias más o menos distantes dentro de la misma hebra.

Los ARNt poseen aproximadamente un 60% de bases apareadas en 4 brazos con estructura de doble hélice. Una importante característica estructural del ARN que lo distingue del ADN es la presencia de un grupo hidroxilo en posición 2' de la ribosa, que causa que las dobles hélices de ARN adopten una conformación A en vez de la conformación B, la más común en el ADN.

Una segunda consecuencia de la presencia de dicho hidroxilo es que los enlaces fosfodiéster del ARN de las regiones en que no se forma doble hélice son más susceptibles a la hidrólisis química que los del ADN: los enlaces fosfodiéster del ARN se hidrolizan rápidamente en disolución alcalina, mientras que los del ADN son estables. Por ello, la vida media de las moléculas de ARN es mucho más corta que la del ADN: de unos minutos en algunos ARN bacterianos o de unos días en los ARNt humanos.

Estructura terciaria

La estructura terciaria del ARN es el resultado del apilamiento de bases y de los enlaces de hidrógeno entre diferentes partes de la molécula. Los ARNt son un buen ejemplo: en disolución, están plegados en forma de «L» compacta, estabilizada por apareamientos de Watson y Crick convencionales (A=U, C≡G) y por interacciones de bases entre 2 o más nucleótidos, como tripletes de bases. Las bases pueden donar átomos de hidrógeno para unirse al esqueleto fosfodiéster; el oxígeno del carbono 2' de la ribosa es también un importante dador y aceptor de hidrógenos.

Tipos de ARN

El ARN mensajero (ARNm) es el tipo de ARN que lleva la información del ADN a los ribosomas, lugar de la síntesis de proteínas. La secuencia de nucleótidos del ARNm determina la secuencia de aminoácidos de la proteína. Por ello, el ARNm se denomina también ARN codificante.

No obstante, muchos ARN no codifican proteínas y reciben el nombre de ARN no codificantes. Se originan a partir de genes propios (genes de ARN) o son los intrones liberados durante el proceso de splicing. Son ARN no codificantes el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico (ARNr), elementos fundamentales en el proceso de traducción, y diversos tipos de ARN reguladores. Ciertos ARN no codificantes, denominados ribozimas, son capaces de catalizar reacciones químicas, como cortar y unir otras moléculas de ARN, o formar enlaces peptídicos entre aminoácidos en el ribosoma durante la síntesis de proteínas.

ARN implicados en la síntesis de proteínas

ARN mensajero

El ARN mensajero (ARNm o mRNA) lleva la información sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína desde el ADN, lugar en que está inscrita, hasta el ribosoma, lugar en que se sintetizan las proteínas de la célula. Es, por tanto, una molécula intermediaria entre el ADN y la proteína, y el apelativo de «mensajero» es del todo descriptivo. En eucariotas, el ARNm se sintetiza en el nucleoplasma del núcleo celular y de allí accede al citosol, donde se hallan los ribosomas, a través de los poros de la envoltura nuclear.

ARN de transferencia

Los ARN de transferencia (ARNt o tRNA) son cortos polímeros de unos 80 nucleótidos que transfieren un aminoácido específico al polipéptido en crecimiento; se unen a lugares específicos del ribosoma durante la traducción. Tienen un sitio específico para la fijación del aminoácido (extremo 3') y un anticodón formado por un triplete de nucleótidos que se une al codón complementario del ARNm mediante puentes de hidrógeno.

ARN ribosómico

El ARN ribosómico (ARNr o rRNA) se ha combinado con proteínas para formar los ribosomas, donde representa las dos terceras partes de los mismos. En procariotas, la subunidad mayor del ribosoma contiene 2 moléculas de ARNr y la menor, 1. En los eucariotas, la subunidad mayor contiene 3 moléculas de ARNr y la menor, 1. En ambos casos, sobre el armazón constituido por los ARNr se asocian proteínas específicas.

El ARNr es muy abundante y representa el 80% del ARN hallado en el citoplasma de las células eucariotas. Los ARNr son el componente catalítico de los ribosomas; se encargan de crear los enlaces peptídicos entre los aminoácidos del polipéptido en formación durante la síntesis de proteínas, actuando, pues, como ribozimas.