Biología y Salud

Tratado multidisciplinar sobre la actividad cerebral, los procesos mentales superiores y nuestro comportamiento

La expresión de parte o de toda la información genética primaria o fenotipo de una célula eucariótica, que en concreto se encuentra localizada dentro del núcleo celular y codificada en el ADN, adopta la forma de polipéptidos, que se sintetizan en el citoplasma. Dado que el ADN genómico no es un contenido citoplasmático normal, las células necesitan mecanismos para llevar a cabo la transferencia de la información necesaria desde el núcleo a la maquinaria citoplásmatica sintetizadora de proteínas.

La información genética transcrita en el ADN puede ser duplicada en más ADN, durante la replicación, o bien traducida a proteínas. Vamos a explorar el proceso por el cual la información genética se transforma en proteína. Sólo parte de esta historia ha sido desvelada mediante estudios puramente genéticos; desde luego, los mutantes han sido útiles, pero sólo como herramientas que facilitaron los estudios bioquímicos.

Uno de los primeros indicios sobre cómo dirige el ADN la síntesis de proteínas se obtuvo del trabajo con bacteriófagos, cuando se demostró que la expresión de los genes conduce a la síntesis de moléculas de ARN a partir de un molde de ADN, un proceso conocido como transcripción. El ARN se fabrica sólo a partir de una de las cadenas de la hélice de ADN de doble cadena. La transcripción está catalizada por una enzima, la polimerasa de ARN, y sigue reglas similares a las de la replicación. El ARN presenta similitudes con el ADN, aunque en el ARN el azúcar presente es la ribosa y el uracilo reemplaza a la timina. La extracción del ARN de una célula produce varios tipos moleculares básicos: ARN ribosómico, transferente y mensajero, más una cantidad limitada de otras moléculas de ARN pequeñas. Las moléculas de ARN ribosómico (ARNr), de tres tamaños distintos, se unen a un conjunto de proteínas específicas en los ribosomas, las máquinas encargadas de la síntesis de las proteínas. La síntesis de un polipéptido a partir de una molécula de ARN mensajero, mediada por los ribosomas, se denomina traducción. El ARN transferente (ARNt) comprende un grupo de moléculas de ARN, más bien pequeñas, cada una con especificidad de unión a un aminoácido concreto; se encargan de acarrear los aminoácidos a los ribosomas, donde se incorporan al polipéptido en formación.

Las moléculas de ARN mensajero (ARNm), fabricadas sobre el ADN molde, contienen la información que será traducida a proteínas. La secuencia de bases del ARNm determina la secuencia de aminoácidos.

Transcripción

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).

Los tres procesos del flujo de información: replicación, transcripción y traducción
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).

a) Transcripción asimétrica de las cadenas de ADN; b) dirección de la transcripción de los dos transcritos de las dos cadenas opuestas
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.

Traducción

El poder de separación de la técnica del gradiente de sacarosa permite identificar varias macromoléculas y agregados macromoleculares de un sistema típico de síntesis de proteínas. Los componentes principales son ARN transferente (ARNt), ARN ribosomal (ARNr) y ARN mensajero (ARNm). El ARN transferente es una clase de moléculas de ARN de tamaño pequeño (4S), todas del mismo tipo y función. De hecho, se ha determinado la secuencia de nucleótidos completa de gran número de moléculas de ARNt de distintos organismos.

Los ribosomas, sitios donde tiene lugar la síntesis de proteína, son orgánulos celulares hechos de agregaciones complejas de proteínas ribosómicas y varias moléculas de ARN (ARNr). En los ribosomas de E. coli, por ejemplo, al menos tres moléculas distintas de ARN pueden distinguirse, por su tamaño: 23S, 16S y 5S. No sabemos con exactitud cómo se ensamblan las moléculas de ARNr con los componentes proteínicos del ribosoma, o cómo funciona cada componente. Al microscopio electrónico, el ribosoma tiene una apariencia globular. Tras tratamiento químico, se divide en dos entidades globulares una mayor que otra (60S y 40S).

Tanto las moléculas de ARNr como las de ARNt forman híbridos ADN-ARN in vitro, indicando que son transcritas a partir del ADN.

La figura siguiente muestra la diferencia entre una clave de codones solapados y otra de codones no solapados. En el ejemplo, aparece una clave de tres letras o tripletes. En la clave no solapada, los sucesivos aminoácidos están determinados por palabras sucesivas del mensaje (codones), como se muestra en la parte inferior de la figura. En la clave solapada, los sucesivos aminoácidos están determinados en el ARNm por codones que comparten algunas bases consecutivas; por ejemplo, las dos últimas bases de un codón serían también las dos primeras del codón siguiente. En la parte superior de la figura aparecen codones solapados. Así pues, en una clave no solapada, la secuencia AUUGCUCAG daría lugar a tres primeros aminoácidos cifrados por los tres tripletes AUU, GCU y CAG, respectivamente. Sin embargo, en una clave solapada, los tres primeros aminoácidos estarían cifrados por los tripletes AUU, UUG y UGC, si, como aparece en la figura, el solapamiento es de dos bases.

Diferencia ente una clave solapada y otra no solapada
Figura 38: Diferencia ente una clave solapada y otra no solapada. Tomado de Griffiths, A. (Ed). Introducción al análisis genético.

Hacia 1961, ya parecía claro que la clave genética no era solapada. El análisis de proteínas alteradas por mutación, en particular de mutantes del virus del mosaico del tabaco obtenidos con ácido nitroso, demostraba que cambia un aminoácido a la vez en una determinada región de la proteína. Esto es lo que predice la clave no solapada. Una clave solapada implicaría que el cambio de una sola base pudiera alterar hasta tres aminoácidos adyacentes de la proteína.

Hay que señalar que si la existencia de una clave solapada fue desechada por el análisis de proteínas individuales, nada excluía el uso de fases de lecturas alternativas para determinar los aminoácidos de dos proteínas distintas. En nuestro ejemplo, una proteína estaría cifrada en la serie de codones que se lee como AUU, GCU, CAG, CUU, etc. Una segunda proteína estaría cifrada por codones desplazados una base y que serían, por tanto, UUG, CUC, AGC, UUG, etc. Esto es un ejemplo de almacenamiento de la información que cifra dos proteínas distintas en dos fases de lectura diferentes, manteniéndose el uso de una clave que se lee sin solapamiento de bases para traducir cada proteína concreta.

Las macromoléculas encargadas de mediar en la transferencia de información son conocidas como ácidos ribonucleicos (ARN), que se trata de polímeros lineales de ribonucleósido 5´-monofosfatos. La transcripción se refiere al proceso mediante el cual se fabrican copias de ARN de secuencias seleccionadas de ADN (ver tabla).

Características de los ARN celulares
Tabla 4: Características de los ARN celulares. Tomado de Devlin, T.M (Ed). Bioquímica.

La función principal del ADN dentro de la célula es su intervención en la síntesis proteica, distinguiéndose los ARN mensajeros que actúan como moldes, los ARN de transferencia que tienen el papel de portadores de aminoácidos y el ARN ribosómico que funciona en los ribosomas durante la formación del enlace peptídico.

Es indispensable la implicación del ARN como intermediario en la traducción, principalmente por dos hechos: por un lado porque las purinas y pirimidinas del ADN no poseen afinidad específica hacia los aminoácidos, y por otro lado porque no pueden acceder a la síntesis proteica citoplasmática en eucariotas.

Los ARN mensajeros (ARNm) son las moléculas de ARN citoplasmático que contienen la información para dirigir la síntesis de un polipéptido específico. Su tamaño depende del tamaño de la proteína que codifica. Los ARN de transferencia (ARNt) engloban a un conjunto de moléculas que transfieren los aminoácidos específicos desde los pools de aminoácidos solubles a los ribosomas, y que tienen la propiedad de asegurar el ordenamiento de éstos aminoácidos en la secuencia adecuada antes de la formación del enlace peptídico. Todas las moléculas de ARNt tienen relativamente el mismo tamaño y forma. El lugar de ensamblaje, o fábrica, de la síntesis de péptidos implica a los ribosomas, que contienen al menos tres moléculas diferentes de ARN denominadas ARN ribosómicos (ARNr) y de 70 a 80 proteínas ribosómicas.

La síntesis proteica requiere una estrecha relación entre los diferentes ARN celulares para que tenga lugar en el momento adecuado en la vida de una célula, para ello han de coordinarse con la respuesta celular a los ambientes intra- y extracelular.

Todo el ARN celular se sintetiza sobre un molde de ADN y refleja una porción de la secuencia de bases del ADN. El ARN que participa en la síntesis proteica ejerce su función en el citoplasma, fuera del núcleo, mientras que una parte del ARN permanece en el núcleo dónde tiene un papel estructural y regulador.

El ARN también puede ser portador de información genética en la secuencia de bases sirviendo de genoma en varios virus, en concreto, el ARN genómico se encuentra en los virus tumorales ARN y en otros pequeños virus ARN tales como los poliovirus y los retrovirus.

Estructura del ARN

El ARN, es muy similar químicamente al ADN así como uno de los componentes más estables. Existen algunos ARN, como es el caso del ARN mensajero, que se sintetizan, emplean, y degradan, mientras que otros, como el ARN ribosómico, no presentan un recambio rápido.

Se trata de un polímero lineal no ramificado en el que las unidades monoméricas son los ribonucleósidos 5´-monofosfatos. A excepción de una base, el uracilo que reemplaza a la timina, el ARN presenta las mismas bases que el ADN, en concreto, las purinas del ARN son adenina y guanina; las pirimidinas son citosina y uracilo además de otras bases en concentraciones bajas (ver figura).

Algunos nucleósidos modificados presentes en el ARN
Figura 39: Algunos nucleósidos modificados presentes en el ARN. Tomado de Devlin, T.M (Ed). Bioquímica.

Tipos de ARN

ARN de transferencia

Los ARNt constituyen aproximadamente el 15% del ARN celular total. Aunque se sintetizan en el núcleo, los ARNt son elaborados rápidamente y utilizados en el citoplasma. Entre las funciones del ARNt, destaca el transporte de aminoácidos a los polirribosomas (complejo ribosomas · ARNm), así como la traducción del código genético del ARNm. Los tres nucleótidos de la región del bucle de anticodón de ARNt se unen a tripletes complementarios de nucleótidos del ARNm. Según esto, los ARNt van a tener dos centros activos primarios: el -CCAOH, extremo 3´-hidroxilo, al que se van a unir covalentemente aminoácidos específicos, y el triplete anticodón. Éstos centros van a ser los responsables de la conversión de la información codificada en la secuencia de un ácido nucleico (ADN o ARNm) en secuencia de proteínas durante la traducción.

En una célula cualquiera, existen alrededor de 56 variedades diferentes de ARNt, teniendo cada uno de los ARNt tripletes anticodón diferentes. A menudo, hay más de un ARNt para un aminoácido determinado, pudiéndose definir éstos ARNt como ARNt isoaceptores. Por ejemplo, un ARNt que es portador de tirosina, figuraría como ARNtTyr.

ARN ribosómico

Los ARNr constituyen el 80% del ARN celular total y tienen la propiedad de que son metabólicamente estables. Ésta estabilidad, indispensable para el funcionamiento repetido del ribosoma, está incrementada por su estrecha relación con las proteínas ribosómicas. Existen proteínas que se unen directamente a los ARNr durante la fase de transcripción.

Los ribosomas citoplasmáticos eucarióticos están constituidos por cuatro moléculas de ARN y de 70 a 80 proteínas, que se encuentran divididos entre las dos subunidades ribosómicas:

  • Subunidad pequeña. Partícula 40S. Contiene un ARNr 18S y el 55% de las proteínas.
  • Subunidad grande. Partícula 60S. Contiene los restantes ARNr: el 28S ARNr, el 5,8S ARNr y el ARNr más pequeño, 5S, así como las restantes proteínas.

ARN mensajero

Los ARNm se caracterizan por ser los portadores directos de la información genética desde el núcleo a los ribosomas citoplasmáticos.

En el caso de los ARNm eucarióticos, cada ARNm contiene información sólo para una cadena polipeptídica, de ahí que se hayan designado monocistrónicos, mientras que en los procariotas, el ARNm puede existir en forma de moléculas policistrónicas.

El fenotipo y la funcionalidad de una célula van a depender directamente del contenido citoplasmático de ARNm. En concreto, en las células que muestran una síntesis proteica muy activa, como es el caso de las células pancreáticas, el cociente ADN/ARN que se presenta es muy bajo debido a la presencia de grandes cantidades de ARNm y ARNr. Sin embargo, en las células que presentan tasas bajas de síntesis proteica, tales como las células musculares, el cociente de ADN/ARN sería mucho más elevado, ya que no necesitan grandes de ARNm y ribosomas.

En el citoplasma, los ARNm van a tener una duración relativamente corta, determinada, en parte, por las necesidades concretas de la célula. Se ha observado que algunos ARNm son sintetizados y almacenados en un estado inactivo o latente en el citoplasma, preparados para dar una respuesta rápida en la síntesis proteica.

Los ARNm eucarióticos tienen la particularidad de que poseen rasgos estructurales únicos que no están presentes ni en el ARNr ni en el ARNt; éstos rasgos van a ser muy importantes para el adecuado funcionamiento del ARNm.

Estructura general de un ARNm eucariótico
Figura 40: Estructura general de un ARNm eucariótico. Tomado de Devlin, T.M (Ed). Bioquímica.

Debido a que la información dentro del ARNm se encuentra en la secuencia lineal de los nucleótidos, se hace necesario la completa integridad de dicha secuencia, de tal modo que cualquier pérdida o cambio de nucleótidos podría producir una alteración en la proteína que se está traduciendo. Estructuralmente, comenzando a partir del extremo 5´, existe una base metilada invertida unida mediante enlaces 5´-fosfato-5´-fosfato en lugar de los enlaces 3´, 5´fosfodiéster internucleotídicos habituales entre ribosomas adyacentes. Ésta estructura, que se ha denominado casquete, es una guanosina 5´-trifosfato metilada en el nitrógeno número 7. El casquete está unido al primer nucleótido transcrito, normalmente una purina, metilado en el 2´-OH de la ribosa. A continuación, el casquete tiene una secuencia que no se traduce que se conoce como conductora en el lado 5´ de la región codificante. Seguidamente a la secuencia conductora, se encuentra la secuencia o codón de iniciación, generalmente AUG, y a continuación el mensaje que se ha de traducir o región codificante de la molécula. Al final de la secuencia codificante, se encuentra una secuencia de finalización que señala el fin del péptido naciente y la liberación del ribosoma. Le sigue una segunda secuencia no traducida o remolque que termina con una serie de ácidos adenílicos, denominada cola de poli (A) que constituye el extremo 3´del ARNm.

Comentarios   

-12 # RE: 3.2.2. ARN: ácido ribonucléicoGuest 05-02-2010 16:22
muy buena su pagina :D :lol: :-x genial
:-* ;-)
Responder | Reportar al moderador
0 # difinicion de arn,adnyribosom asGuest 14-05-2010 23:03
porfa espesifiquesen bn q no se sabe q quiere decir esto ok bay
Responder | Reportar al moderador
-7 # holacandy 22-06-2010 17:12
me parece bien peor seria genial que organicen mejor la informcion aTYRABES DE ESQUEMAS o msubtitulos bueno tantas maneras para que se beamas ordenado ;-) :-) grasias bye
Responder | Reportar al moderador
-7 # comentariolaurita 31-08-2010 01:01
me parece muy buena esta pag me sirvio mejor dicho saque toda la tarea de aca gracias esta muy buena la info... ;) =)♥♥♥....
Responder | Reportar al moderador
-10 # chido!!!!!!!¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿¿!!!!!!!!!!!!!!!! 13-10-2010 01:39
me ayudo a sacar 10 en mi examen de biologìa ! :lol: :roll: :-| :D :-) ;-) 8)
Responder | Reportar al moderador
-9 # CARACTERISTICAS DEL ARNLUNA 17-11-2010 17:03
EL ARN ES UN TEMA MUY LINDO Y XFA ESTUDIENLO BAY BESOS
Responder | Reportar al moderador
-1 # RE: 3.2.2. ARN: ácido ribonucléicoliceth 09-02-2011 21:47
debrian sacar + informacion como son los componentes tambien las bases q la conforman :-| :sigh: :cry: :-x
Responder | Reportar al moderador
-3 # acido ribonucleicoacido ribonucleico 25-04-2012 18:48
:sad: :sad: acidos ribonucleicos eso es lo que falta okiz deben de poner todo completo pz si no como okiz........... .. ;-) para poder sacar toa la informacion :-| :-) :-* :cry: :o
Responder | Reportar al moderador
-2 # mi opinionblanca estela gomez sanches 10-10-2012 06:06
podrian poner masss profundizacion sobre el arn como funcion para que sirve en que se relaciona con los seres vivos, etc
:roll:
Responder | Reportar al moderador
-5 # tu sanjatu macho 19-11-2012 21:52
no sabes una mierda de biologia
yo se todo
soy
!!!DIOS¡¡¡¡
jajajaja
ya te bas a ir con tu tatara abuela
wuajajaja wuajajaja.com
Responder | Reportar al moderador
# RE: tu sanjaGuest 20-02-2013 02:04
El comentario fue eliminado por el administrador
0 # 3.2.2. ARN: ácido ribonucléicoGuest 21-10-2014 17:40
Nice blog here! Also your web site loads up fast! What host are you using?
Can I get your affiliate link to your host? I wish my website
loaded up as quickly as yours lol
Responder | Reportar al moderador
0 # 3.2.2. ARN: ácido ribonucléicoGuest 31-10-2014 17:19
A person necessarily lenmd a hand too make seriously posts I
might state. Thiss is the first timne I frequented your web page and
so far? I surprised with the analysis yyou msde to
create this actual submit amazing. Excellent process!


Look into my hopmepage :: auto play
Responder | Reportar al moderador

Escribir un comentario

Su comentario puede tardar más de una hora en aparecer. Para reducir la carga a este sitio Web, los comentarios están almacenados en disco duro y tarda tiempo en regenerarse con contenido nuevo.


Código de seguridad
Refescar

Novedad

Modelo bidireccional y triestratificado

Autor: Profesor G. Gómez-Jarabo
Director de biopsicologia.net

Logo del ministerio de ciencia Este proyecto ha sido subvencionado parcialmente por el Ministerio de Ciencia y Tecnología, Programa de Fomento de la Investigación Técnica del Plan Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica.

¡Atención! Este sitio usa cookies y tecnologías similares.

Si no cambia la configuración de su navegador, usted acepta su uso. Saber más

Acepto