14.4: La estructura de ARN
Visión general
La estructura básica del ARN consiste en un azúcar de cinco carbonos y una de las cuatro bases nitrogenadas. Aunque la mayoría del ARN es de una sola cadena, puede formar estructuras secundarias y terciarias complejas. Estas estructuras desempeñan un papel esencial en la regulación de la transcripción y la traducción.
Diferentes tipos de ARN tienen la misma estructura básica
Existen tres tipos principales de ácido ribonucleico (ARN): ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosomal (ARNr). Los tres tipos de ARN consisten en una cadena de nucleótidos de una sola cadena. Cada nucleótido se compone de la ribosa de azúcar de cinco carbonos. Las moléculas de carbono de la ribosa están numeradas del uno al cinco. El carbono número cinco lleva un grupo de fosfato y el carbono número uno una base nitrogenosa.
Hay cuatro bases nitrogenadas en el ARN: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y uracilo (U). Uracilo es la única base en el ARN que no está presente en el ADN, que utiliza timina (T) en su lugar. Durante la transcripción, el ARN se sintetiza a partir de una plantilla de ADN basada en la unión complementaria de las nuevas bases de ARN a las bases de ADN; A se une a T, G se une a C, C se une a G y U se une a A.
El ensamblaje de ARN es unidireccional
Al igual que el ADN, los nucleótidos adyacentes en el ARN se unen a través de enlaces fosfodiester. Estos enlaces se forman entre el grupo fosfato de un nucleótido y un grupo de hidroxilo (-OH) en la ribosa del nucleótido adyacente.
Esta estructura le da al ARN su direccionalidad, es decir, los dos extremos de la cadena de nucleótidos son diferentes. El carbono número cinco de ribosa lleva un grupo de fosfato sin consolidar que da lugar al nombre 5' extremo (leer cinco primos). El último ribosa en el otro extremo de la cadena de nucleótidos tiene un grupo de hidroxilo libre (–OH) en el carbono número 3; por lo tanto, este extremo de la molécula de ARN se llama extremo 3'. A medida que se añaden nucleótidos a la cadena durante la transcripción, el grupo de fosfato de 5' del nuevo nucleótido reacciona con el grupo hidroxilo de 3' de la cadena en crecimiento. Por lo tanto, el ARN siempre se monta en la dirección de 5' a 3'.
El ARN puede formar estructuras secundarias
Las estructuras secundarias se forman mediante el emparejamiento base complementario entre nucleótidos distantes en el mismo ARN de una sola cadena. Los bucles de horquilla están formados por el emparejamiento complementario de bases dentro de 5-10 nucleótidos entre sí. Los bucles de tallo se forman mediante el emparejamiento de bases separadas por 50 a cientos de nucleótidos. En los prokaryotes, estas estructuras secundarias funcionan como reguladores transcripcionales. Por ejemplo, un bucle de horquilla puede servir como una señal de terminación de tal manera que cuando las enzimas de transcripción encuentran esta estructura, se separan del ARNm y la transcripción se detiene. Los bucles de tallo u horquilla en los extremos de 3' o 5' también regulan la estabilidad del ARNm en los eucariotas al evitar la unión de ribonucleasas, enzimas que degradan el ARN.
Las estructuras secundarias pueden formar estructuras terciarias más complicadas llamadas pseudonudos. Los pseudonudos se forman cuando las bases de las regiones de bucle de las estructuras secundarias interactúan con bases complementarias fuera del bucle. Estas estructuras terciarias desempeñan un papel esencial en la estructura y función del ARN.
La estructura secundaria y terciaria del ARNt permite la síntesis de proteínas
Los ARN sirven como moléculas adaptadoras durante la traducción del ARNm en proteínas. En un extremo, los ARNt llevan un aminoácido. En el otro extremo, se unen a un codón de ARNm, una secuencia de tres nucleótidos que codifica un aminoácido específico. Las moléculas de ARNt son generalmente 70-80 nucleótidos de largo y se pliegan en una estructura de bucle de tallo que se asemeja a una hoja de trébol. Tres de los cuatro tallos tienen bucles que contienen 7-8 bases. El cuarto tallo está sin sellar e incluye los extremos libres de 5' y 3' de la hebra de ARN. El extremo 3' actúa como el sitio aceptor de aminoácidos.
La estructura tridimensional del ARN es en forma de L, con el sitio de unión de aminoácidos en un extremo y un anticodón en el otro extremo. Los anticodones son secuencias de tres nucleótidos que son complementarios al codón de ARNm. Esta forma peculiar del ARN permite que se una a los ribosomas, donde se produce la síntesis de proteínas.
