El ácido ribonucleico o ARN es una molécula constituida por una cadena simple de ribonucleótidos. Los elementos que conforman estos ribonucleótidos son ribosa, un fosfato y una de las cuatro bases nitrogenadas: guanina, adenina, citosina o uracilo.
El Ácido Ribonucleico o ARN está presente en las células procariotas, así como en las células eucariotas. Este ácido es un ácido nucleico formado por una cadena de ribonucleótidos y es el único material genético presente en algunos virus, conocidos como virus ARN. El ARN celular es lineal y de una sola cadena, no obstante, en el genoma de algunos virus este está presente en forma de doble hebra.
Si bien el ADN contiene toda la información genética, el ARN es el encargado de traducir esta información a las células para la síntesis de las proteínas.
Historia del Ácido Ribonucleico o ARN
Friedrich Miescher descubrió en el año 1867 los ácidos nucleicos nombrándolos como nucleína ya que estos había sido asilados a partir del núcleo celular. En posteriores estudios fue comprobado que estos ácidos no estaban presentes solamente en los núcleos celulares. Las células procariotas no constan de un núcleo celular, y en estas también están presentes los ácidos nucleicos. En el año 1959 el científico y médico español Severo Ochoa fue merecedor del premio nobel de medicina por descubrir cuál era el proceso de síntesis del ARN.
Fue Robert W. Holley quien logró incursionar en el mapeado de la secuencia de ARN al descubrir los 77 nucleótidos presentes en un ARN de transferencia de una levadura. Esto le valió el premio nobel de medicina en el año 1968. En el año 1976 se determinó la secuencia completa del ARN del virus bacteriófago MS2 por Walter Fiers y un equipo de colaboradores.
El descubrimiento de ARN encargado de regular la expresión génica ha permitido el desarrollo de medicamentos hechos a base de Ácido Ribonucleico, por ejemplo, los ARN pequeños de interferencia que pueden silenciar genes y así construir proteínas especificas contra enfermedades..
En el año 2016 fue publicada una hipótesis llamada «Hipótesis del mundo de ARN». Esta hipótesis plantea que las moléculas de ARN constituyeron las primeras formas de vida presentes en el planeta.
Composición Química del Ácido Ribonucleico o ARN
El ARN es similar al Acido Desoxirribonucleico o ADN, ya que este está formado por una cadena de monómeros en un patrón repetitivo conocidos como nucleótidos. El enlace entre cada nucleótido se realiza mediante enlaces fosfodiéster cargados negativamente.
En la composición de cada nucleótido podemos observar un monosacárido de cinco carbonos o llamada pirosa. Además, tenemos un fosfato y una base nitrogenada adenina, guanina, sitocina, o uracilo. El monosacárido sirve de puente entre los demás elementos. Los carbonos de la pirosa son enumerados del 1 al 5 para representar la unión de la cadena. Las bases nitrogenadas se unen al carbono 1 y el grupo fosfato se une al carbono 5 y al carbono 3 del siguiente nucleótido para así unirlos y formar la cadena.
Estructura de la Cadena de ARN
Para comprender la estructura del ARN esta se encuentra dividida en varios niveles: la estructura primaria, secundaria y terciaria. La estructura primaria se refiere a la secuencia lineal de la cadena de nucleótidos, y es la base de los siguientes niveles estructurales.
ESTRUCTURA SECUNDARIA
Esta estructura surge como consecuencia de la unión de pares de bases formados por secuencias complementarias distantes dentro de la misma hebra de ARN. El nivel describe las relaciones de unión de bases siguiendo cualquier patrón plano de contactos por el apareamiento de estas bases. Este es un concepto topológico para describir la hebra y no hace referencia a algún modelo de tipo bidimensional ya que la secuencia es lineal. Existen algunas clasificaciones para describir esta estructura, por ejemplo:
- Hélice: Describe las regiones apareadas.
- Bucle: Es una región incluida en una hélice donde las bases no están unidas entre sí.
- Horquilla: En esta región se forma una secuencia en forma hélice por la unión de bases complementarias cercanas.
- Bucle interno: En este tipo de estructura existen regiones a ambos lados de la hebra que no están apareadas. Esta estructura puede ser simétrica o asimétrica.
ESTRUCTURA TERCIARIA
Esta estructura surge como resultado de la interacción de los átomos de las moléculas de ARN en el espacio. Como ejemplo de estas interacciones tenemos el apilamiento de las bases y el apareamiento de bases como los apareamientos triples y los zíperes de ribosa.
Síntesis de la Molécula de ácido ribonucleico o ARN
Para sintetizar la molécula de ARN, el organismo emplea como molde una hebra de ADN catalizada por la enzima ARN polimerasa. Este proceso es conocido como transcripción, lo que implica que todas las moléculas de ARN celulares provienen de copias presentes en el ADN.
Para realizar la transcripción, la enzima reconoce una secuencia característica de nucleótidos en el ADN situada antes del segmento que va a transcribirse. Seguidamente, esta enzima recorre la hebra de ADN sintetizando una molécula complementaria de ARN, proceso conocido como elongación. El final del recorrido de la hebra de ADN y por ende el fin de la molécula de ARN sintetizada, está determinado por una secuencia característica presente en la hebra de ADN que funcionan como indicador del final de la síntesis.
Clasificación del ARN
El ARN es el encargado de transmitir los mensajes a las células para que se produzca la síntesis de las proteínas. No obstante, existen ARN que no se encargan de codificar las proteínas, estos son conocidos como ARN no codificantes. Los ARN son clasificados en tres grupos, los ARN sintetizadores de proteínas, ARN reguladores y ARN catalizadores.
ÁCIDO RIBONUCLEICO IMPLICADO EN LAS SÍNTESIS DE PROTEÍNAS
Dentro de este grupo encontramos los ARN que participan directamente en el proceso de síntesis de las proteínas. Por un lado, tenemos el ARN mensajero o ARNm, encargado de llevar la información sobre la secuencia de aminoácidos que tendrá la proteína desde el ADN hacia el ribosoma. Podemos considerar al ARNm como una molécula intermediaria y de comunicación y el apelativo mensajero lo describe totalmente.
Dentro de este mismo grupo tenemos el ARN de transferencia o ARNt. Este ARN cumple un papel súper importante en el proceso de síntesis, ya que es el encargado de transportar los aminoácidos a los ribosomas, los cuales serán luego ordenado a partir de las instrucciones contenidas en el ARN mensajero. Cada uno de los 20 aminoácidos que se van a incorporar a la proteína es transportado por un ARNt especifico existiendo más de una molécula de ARNt por cada uno de los aminoácidos.
El último de los ARN dentro de este grupo es el ácido ribonucleico ribosómico o ribosomal ARNr. Este ARN forma parte de los ribosomas, que es donde se sintetizan las proteínas, por lo que juega un papel fundamental en este proceso. El ARNr forma, de conjunto con proteínas específicas, todo el armazón de un ribosoma. El tipo de ARN que mas abunda en las células es el ARNr, y sus secuencias son ampliamente utilizadas para deducir relaciones evolutivas entre organismo.
ÁCIDO RIBONUCLEICO REGULADOR
Muchos tipos de ARN se encargan de regular el proceso mediante el cual todos los organismos transforman la información contenida en los ácidos nucleicos en las proteínas necesarias para su desarrollo, funcionamiento y reproducción con otros organismos. Estos ARN son conocidos como ARN reguladores y constituyen complementos de regiones específicas del ARN mensajero o de genes del ADN.
Los ARN de interferencia son ARN reguladores que se encargan de suprimir la expresión de genes específicos del ADN. Estos moléculas son pequeñas, de entre 20 y 25 nucleótidos, y están generadas por fragmentación de precursores más largos.
Por otro lado, y dentro de los ARN reguladores, tenemos los ARN antisentido. El concepto sentido, dentro del campo de bilogía molecular, hace referencia a la polaridad de las moléculas de ácido nucleico. Estos también se encargan de bloquear la codificación de un gen especifico y en la degradación enzimática de moléculas de ARN mensajero.
Continuando con los ARN reguladores, tenemos los Riboswitch. Estos ARN son partes del ARN mensajero al cual pueden unirse pequeñas moléculas que afectarán la actividad del gen. Es decir, estos ARN actúan como interruptores, y activarán algún tipo de regulación en la actividad del ARNm en dependencia de si aparezca o no la molécula señalizadora.
ÁCIDO RIBONUCLEICO CATALIZADOR
Una secuencia de ARN puede actuar como biocatalizador de algunos procesos. Algunos ARN se asocian con proteínas formando ribonucleoproteínas. Se ha comprobado que, dentro de estas proteínas, son los ARN los que realizan la actividad catalítica en las reacciones que ocurren en la célula.
Aplicaciones en la medicina del ARN
Los conocimientos adquiridos en el funcionamiento del ARN son de importancia vital para la medicina moderna. Gran parte de las vacunas que se desarrollan en la actualidad están basadas en estos conocimientos. Si somos capaces de conocer la estructura del ARN de algunos virus y la respuesta que estos tienen en el organismo, el objetivo es modificar este ARN para inactivar el virus pero que aun así se genere la respuesta inmunológica.
Un ejemplo son las vacunas de Pfizer/BioNTech y la de Moderna, contra el coronavirus que ha puesto en vilo a la humanidad desde 2020.El principio fundamental es recrear el proceso natural que ocurre en el organismo introduciendo un ARN mensajero que genere la creación de proteínas específicas que a su vez activen el sistema inmune contra el virus. De manera general, una vacuna es un proceso de simulación de infección que genera una respuesta del organismo contra esta infección.
