Funcțiile, structura și tipurile de ARN

ARN sau ARN (acidul ribonucleic) este un tip de acid nucleic prezent în organismele eucariote, procariote și viruși. Este un polimer de nucleotide care conține în structura sa patru tipuri de baze azotate: adenină, guanină, citozină și uracil.

ARN este în general găsit ca o singură bandă (cu excepția unor virusuri), liniar sau care formează o serie de structuri complexe. De fapt, ARN are un dinamism structural care nu este observat în helixul dublu ADN. Diferitele tipuri de ARN au funcții foarte variate.

ARN-urile ribozomale fac parte din ribozomi, structurile responsabile pentru sinteza proteinelor în celule. ARN-urile messenger acționează ca intermediari și transportă informațiile genetice către ribozom, ceea ce traduce mesajul dintr-o secvență de nucleotide la unul dintre aminoacizi.

RNA-urile de transfer sunt responsabile pentru activarea și transferarea diferitelor tipuri de aminoacizi -20 în total - la ribozomi. Există o moleculă de transfer de ARN pentru fiecare aminoacid care recunoaște secvența în ARN mesager.

În plus, există alte tipuri de ARN care nu sunt implicate direct în sinteza proteinelor și sunt implicate în reglarea genelor.

index

• 1 Structura
  • 1.1 Nucleotide
  • 1.2 lanț ARN
  • 1.3 Forțe care stabilizează ARN
• 2 Tipuri de ARN și funcții
  • 2.1 ARN-ul de mesager
  • 2.2 ARN ribozomal
  • 2.3 Transferul ARN
  • 2.4 MicroARN
  • 2,5 silențios ARN
• 3 Diferențe între ADN și ARN
• 4 Origine și evoluție
• 5 Referințe

structură

Unitățile fundamentale ale ARN sunt nucleotide. Fiecare nucleotidă este formată dintr-o bază azotată (adenină, guanină, citozină și uracil), o grupare pentoză și o grupare fosfat.

nucleotid

Bazele azotate sunt derivate din doi compuși fundamentali: pirimidinele și purinele.

Bazele derivate din purine sunt adenină și guanină, iar bazele derivate din pirimidine sunt citozină și uracil. Deși acestea sunt cele mai comune baze, acizii nucleici pot prezenta și alte tipuri de baze mai puțin frecvente.

În ceea ce privește pentoza, ele sunt unități de d-riboză. Prin urmare, nucleotidele care alcătuiesc ARN sunt numite "ribonucleotide".

Lanțul ARN

Nucleotidele sunt legate între ele prin legături chimice care implică gruparea fosfat. Pentru a le forma, gruparea fosfat la capătul 5 'al unei nucleotide este atașată la gruparea hidroxil (-OH) la capătul 3' al următoarei nucleotide, creând astfel o legătură de tip fosfodiester.

De-a lungul lanțului de acid nucleic, legăturile fosfodiesterol au aceeași orientare. Prin urmare, există o polaritate a firului, care face distincție între capătul 3 'și cel de 5'.

Prin convenție, structura acizilor nucleici este reprezentată cu capătul 5 'din stânga și capătul 3' din dreapta.

Produsul ARN al transcrierii ADN-ului este un lanț simplu care se întoarce spre dreapta, într-o conformație elicoidală prin stivuirea bazelor. Interacțiunea dintre purine este mult mai mare decât interacțiunea dintre două pirimidine, prin dimensiunea lor.

În ARN nu putem vorbi despre o structură secundară tradițională și de referință, precum dublul helix al ADN-ului. Structura tridimensională a fiecărei molecule de ARN este unică și complexă, comparabilă cu cea a proteinelor (logic, nu putem globaliza structura proteinelor).

Forțele care stabilizează ARN

Există interacțiuni slabe care contribuie la stabilizarea ARN-ului, în special la stivuirea bazelor, unde inelele sunt situate unul peste celălalt. Acest fenomen contribuie, de asemenea, la stabilitatea helixului ADN.

Dacă molecula ARN găsește o secvență complementară, ele pot fi cuplate și formează o structură cu lanț dublu care se rotește spre dreapta. Forma predominantă este tipul A; în ceea ce privește formele Z, acestea au fost evidențiate doar în laborator, în timp ce forma B nu a fost observată.

În general, există secvențe scurte (cum ar fi UUGG) care sunt localizate la sfârșitul ARN și au particularitatea formării bucle stabil. Această secvență participă la plierea structurii tridimensionale a ARN.

În plus, legăturile de hidrogen pot fi formate în alte locuri care nu sunt împerecherea tipică de bază (AU și CG). Una dintre aceste interacțiuni are loc între 2'-OH a ribozei și alte grupuri.

Diluarea diferitelor structuri găsite în ARN a servit pentru a demonstra funcțiile multiple ale acestui acid nucleic.

Tipuri de ARN și funcții

Există două tipuri de ARN: informațional și funcțional. Primul grup include ARN-urile care participă la sinteza proteinelor și funcționează ca intermediari de proces; ARN-urile informatice sunt ARN-urile mesager.

În schimb, ARN-urile aparținând celei de-a doua clase, cele funcționale, nu dau naștere unei noi molecule de proteină, iar ARN-ul în sine este produsul final. Acestea sunt ARN-urile de transfer și ARN-urile ribozomale.

La celulele mamifere, 80% din ARN este ARN ribozomal, 15% este ARN de transfer și doar o mică parte corespunde cu ARN mesager.Aceste trei tipuri funcționează în mod cooperativ pentru a realiza biosinteza proteinelor.

Există, de asemenea, ARN-uri mici, mici ARN-uri citoplasmatice și micro ARN-uri, printre altele. Apoi, fiecare din cele mai importante tipuri va fi descris în detaliu:

Messenger ARN

In eukariote ADN-ul este limitat în miez, în timp ce sinteza proteinelor are loc în citoplasmă celulei, unde ribozomi. Pentru această separare spațială trebuie să existe un mediator care transmite mesajul de la nucleu la citoplasmă și molecula este ARN mesager.

ARN-ul mesager, ARNm abreviat, este o moleculă intermediară care conține informațiile codificate în ADN-ul care specifică o secvență de aminoacizi care are ca rezultat o proteină funcțională.

ARN-ul mesager Termenul a fost propus în 1961 de către Jacob și Jacques Monod François pentru a descrie porțiunea ARN transmiterea mesajului din ADN-ul la ribozomi.

Procesul de sinteză a unui ARNm din catena ADN-ului este cunoscut ca transcripție și apare diferențiat între procariote și eucariote.

Expresia genetică este guvernată de mai mulți factori și depinde de nevoile fiecărei celule. Transcrierea este împărțită în trei etape: inițierea, alungirea și terminarea.

transcriere

Procesul replicării ADN, care apare în fiecare diviziune celulară, copiază întregul cromozom. Cu toate acestea, procesul de transcriere este mult mai selectiv, se ocupă doar de prelucrarea segmentelor specifice ale firului ADN și nu necesită un primer.

în Escherichia coli -cele mai bine studiate bacterii din științele biologice - transcripția începe cu deblocarea helixului dublu de ADN și se formează buclele de transcriere. Enzima ARN polimerazei este responsabilă pentru sinteza ARN și, pe măsură ce transcrierea continuă, lanțul ADN revine la forma sa originală.

Inițiere, alungire și terminare

Transcripția nu este inițiată în locații aleatorii în molecula ADN; există site-uri specializate pentru acest fenomen, numite promotori. în E. coli ARN polimeraza este cuplată cu câteva perechi de baze deasupra regiunii țintă.

Secvențele în care sunt cuplate factorii de transcripție sunt destul de conservați între speciile diferite. Una dintre cele mai cunoscute secvențe promotor este caseta TATA.

În alungire, enzima ARN polimerază adaugă noi nucleotide la capătul 3'-OH, urmând direcția 5 'la 3'. Gruparea hidroxil acționează ca un nucleofil, atacă fosfatul alfa al nucleotidului care urmează să fie adăugat. Această reacție eliberează un pirofosfat.

Doar o catenă de ADN este utilizat pentru a sintetiza ARN mesager, care este copiat în 3 „la 5“ (antiparalel noua forma catena de ARN). Nucleotida care trebuie adăugată trebuie să respecte asocierea de bază: U pereche cu A și G cu C.

ARN polimeraza oprește procesul atunci când găsește zone bogate în citozină și guanină. În cele din urmă, noua moleculă de ARN mesager este separată de complex.

Transcrierea în prokaryotes

În procariote, o moleculă de ARN mesager poate codifica mai mult de o proteină.

Atunci când un ARNm codifică exclusiv o proteină sau polipeptidă numită ARNm monocistronici, dar mai mult care codifică un produs proteic este ARNm policistronici (rețineți că, în acest context, termenul se referă la cistron gene).

Transcrierea în eucariote

În organisme eucariote, marea majoritate a mRNAs sunt monocistronici si utilaje transcriptie este mult mai complexă este linia de organisme. Acestea sunt caracterizate prin faptul că au trei polimeraze ARN, denumite I, II și III, fiecare cu funcții specifice.

I este responsabil pentru sintetizarea pre-ARNm, II sintetizează ARN-urile messenger și unele ARN-uri speciale. În cele din urmă, III este responsabil pentru transferul ARN-urilor, 5S ribozomale și a altor RNA mici.

Messenger ARN în eucariote

Mesagerul ARN suferă o serie de modificări specifice în eucariote. Primul implică adăugarea unui "capac" la capătul 5 '. Din punct de vedere chimic, capacul este un rest de 7-metilguanozină ancorat la capăt printr-o legătură a tipului 5 ', 5'-trifosfat.

Funcția acestei zone este de a proteja ARN de posibila degradare prin ribonucleaze (enzime care degradează ARN în componente mai mici).

În plus, se îndepărtează capătul 3 'și se adaugă 80 până la 250 de resturi de adenină. Această structură este cunoscută sub denumirea de poliA "coadă" și servește ca zonă de legare pentru mai multe proteine. Atunci când un procariot dobândește o coadă poliA, tinde să-i stimuleze degradarea.

Pe de altă parte, acest mesager este transcris cu intronii. Intronii sunt secvențe ADN care nu fac parte din genă, ci "întrerup" secvența. Intronii nu sunt traduși și, prin urmare, trebuie îndepărtați de la mesager.

Majoritatea genelor vertebrate au introni, cu excepția genelor care codifică histonele. În mod similar, numărul de introni dintr-o genă poate varia de la câteva până la zeci.

despicare de ARN

Splicing ARN sau procesul de îmbinare implică îndepărtarea intronilor în ARN-ul mesager.

Unele intronuri găsite în genele nucleare sau mitocondriale pot efectua procesul de despicare fără ajutorul enzimelor sau ATP. În schimb, procesul este realizat prin reacții de transesterificare. Acest mecanism a fost descoperit în protozonul ciliat Tetrahymena thermophila.

În schimb, există un alt grup de mesageri care nu sunt capabili să-și mediaze propria lor despicare, deci au nevoie de mașini suplimentare. Un număr foarte mare de gene nucleare aparține acestui grup.

Procesul de despicare este mediată de un complex de proteine ​​numit complex spiceosom sau splicing. Sistemul este compus din complexe ARN specializate numite ribonucleoproteine ​​nucleare mici (RNPs).

Există cinci tipuri de RNP: U1, U2, U4, U5 și U6, care se găsesc în nucleu și mediază procesul de despicare.

despicare poate produce mai mult de un tip de proteine ​​- acest lucru este cunoscut sub numele de despicare alternativ, deoarece exonii sunt aranjați diferențiat, creând soiuri de ARN mesager.

ARN ribozomal

ARN ribozomal, prescurtat ARNr, este în ribozomi și este implicată în biosinteza proteinelor. Prin urmare, este o componentă esențială a tuturor celulelor.

ARN-ul ribozomal este asociat cu moleculele de proteine ​​(aproximativ 100) pentru a da naștere presubiunilor ribozomale. Acestea sunt clasificate în funcție de coeficientul de sedimentare, notat cu litera S a unităților Svedberg.

Un ribozom este alcătuit din două părți: subunitatea principală și subunitatea minoră. Ambele subunități diferă între procariote și eucariote în ceea ce privește coeficientul de sedimentare.

Procariotele au o mare subunitatea 50S și 30S mici, în timp ce în eucariotele este mare 60S și 40S de subunități mici.

Genele care codifică ARN ribozomal sunt în nucleol, o zonă particulară a nucleului care nu este legată de o membrană. ARN-urile ribozomale sunt transcrise în această regiune prin ARN polimeraza I.

În celule care sintetizează cantități mari de proteine; nucleul este o structură proeminentă. Cu toate acestea, atunci când celula în cauză nu necesită un număr mare de produse proteice, nucleul este o structură aproape imperceptibilă.

Prelucrarea ARN-ului ribozomal

Subunitatea mare 60S ribozomală este asociată cu fragmentele 28S și 5.8S. În ceea ce privește subunitatea mică (40S), este asociat cu 18S.

In eucariotele superioare, pre-ARNr este codificat într-o unitate transcripționali 45S, care implica ARN polimeraza I. Această transcriere este procesată în 28S mature ribozomale ARN 18S și 5.8S.

Pe măsură ce sinteza continuă, pre-ARNm este asociat cu proteine ​​diferite și formează particule de ribonucleoproteină. Aceasta suferă o serie de modificări ulterioare includ metilarea 2'-OH grup de riboză și conversia resturilor de uridină la pseudouridine.

Regiunea în care vor avea loc aceste modificări este controlată de peste 150 de molecule mici de ARN nucleolar, care au capacitatea de a se atașa la pre-ARNm.

Contrar altor pre-ARNr 5S este transcris de ARN polimeraza III în nucleoplasmei și nu în interiorul nucleol. După ce a fost sintetizat, este dus la nucleolus să se asambleze cu 28S și 5.8S, formând unitățile ribozomale.

La sfârșitul procesului de asamblare, subunitățile sunt transferate în citoplasmă de porii nucleari.

poliribozomilor

Se poate întâmpla ca o moleculă de ARN mesager să dea origine mai multor proteine ​​în același timp, adunând mai mult de un ribozom. Pe măsură ce procesul de traducere progresează, sfârșitul mesagerului este liber și poate fi preluat de un alt ribozom, începând o nouă sinteză.

Prin urmare, este comun pentru ribozomi grupate (3 până la 10), într-o singură moleculă de ARN mesager, iar acest grup este numit polyribosome.

Transferați ARN

ARN-ul de transfer este responsabil pentru transferul aminoacizilor pe măsură ce procesul de sinteză a proteinelor progresează. Acestea sunt compuse din aproximativ 80 de nucleotide (comparativ cu ARN mesager, este o moleculă "mică").

Structura are pliuri și cruci care seamănă cu un trofeu cu trei brațe. Un inel adenilic este localizat la un capăt, unde gruparea hidroxil a ribozei mediază unirea cu aminoacidul care urmează să fie transportat.

ARN-urile de transfer diferite sunt combinate exclusiv cu unul din cele douăzeci de aminoacizi care formează proteinele; cu alte cuvinte, vehiculul transportă blocurile fundamentale de proteine. Complexul ARN de transfer împreună cu aminoacidul se numește aminoacil-tARN.

În plus, în procesul de traducere - care are loc datorită ribozomilor - fiecare ARN de transfer recunoaște un codon specific în ARN mesager. Când este recunoscut, aminoacidul corespunzător este eliberat și devine parte a peptidei sintetizate.

Pentru a recunoaște tipul de aminoacid care trebuie eliberat, ARN are un "anticodon" situat în regiunea de mijloc a moleculei.Acest anticodon este capabil să formeze legături de hidrogen cu bazele complementare prezente în ADN-ul mesagerului.

MicroRNA

Mirna Micro ARN sunt un tip sau ARN scurt singur fir, între 21 și 23 de nucleotide, a cărei funcție este de a reglementa expresia genelor. Deoarece nu se traduce în proteine, se numește de obicei ARN ne-codificat.

Ca și alte tipuri de ARN, procesarea micro ARN este complexă și implică o serie de proteine.

MicroARN-urile apar din precursori mai lungi, numiți mRNA-pri, derivate din prima transcripție a genei. In nucleul celulei, acești precursori sunt modificate în microprocesor complex, iar rezultatul este o pre-Mirna.

Pre-Mirna sunt furci 70 nucleotide continue procesarea în citoplasmă de către o enzimă numită Dicer, care unește complexul silencing complex (RISC) indusă de ARN și în final Mirna este sintetizat.

Aceste ARN-uri sunt capabile să reglementeze expresia genelor, deoarece acestea sunt complementare ARN-urilor messenger specifice. Când este cuplat cu țintă, miRNA-urile sunt capabile să reprime mesagerul sau chiar să-l degradeze. Prin urmare, ribozomul nu poate traduce transcriptul menționat.

Silencing ARN

Un tip particular de micro ARN este micul ARN interferant (siRNA), numit si ARN-ul de amortizare. Acestea sunt ARN-uri scurte, între 20 și 25 nucleotide, care împiedică exprimarea anumitor gene.

Ele sunt instrumente foarte promițătoare pentru cercetare, deoarece permit tăcerea unei gene de interes și, prin urmare, să studieze posibila sa funcție.

Diferențele dintre ADN și ARN

Deși ADN-ul și ARN-ul sunt acizi nucleici și pot să pară foarte asemănătoare la prima vedere, ele diferă în mai multe proprietăți chimice și structurale. ADN-ul este o moleculă cu două benzi, în timp ce ARN-ul este o bandă simplă.

Prin urmare, ARN-ul este o moleculă mai versatilă și poate adopta o mare varietate de forme tridimensionale. Cu toate acestea, anumiți viruși au ARN dublu catenar în materialul lor genetic.

nucleotide ARN din molecula de zahar este o riboză, în timp ce ADN-ul este o deoxiriboză, care diferă numai în prezența unui atom de oxigen.

coloana vertebrală fosfodiester în ADN și ARN de legare este probabil să aibă un proces de hidroliză lentă, fără prezența enzimelor. În condiții de alcalinitate, ARN se hidrolizează rapid - grație grupului suplimentar de hidroxil - în timp ce ADN-ul nu.

In mod similar, bazele azotate cuprinzând nucleotide în ADN-ul sunt guanina, adenina, timina și citozină; Pe de altă parte, timina este înlocuită cu uracil în ARN. Uracilul poate fi asociat cu adenină, la fel ca și timina în ADN.

Origine și evoluție

ARN este singura moleculă cunoscută capabilă să stocheze informații și să catalizeze reacțiile chimice în același timp; Prin urmare, mai mulți autori propun ca molecula ARN să fie crucială la originea vieții. Surprinzător, substraturile ribozomilor sunt alte molecule de ARN.

Descoperirea ribozimelor a condus la redefinirea biochimică a "enzimei" - deoarece acest termen a fost folosit exclusiv pentru proteinele cu activitate catalitică - și a ajutat la susținerea unui scenariu în care primele forme de viață au folosit numai ARN ca material genetic.

referințe

1. Alberts B, Johnson A, Lewis J, și colab. (2002). Biologie moleculară a celulei. Ediția a 4-a. New York: Știința Garland. De la ADN la ARN. Disponibil la: ncbi.nlm.nih.gov
2. Berg, J.M., Stryer, L., & Tymoczko, J. L. (2007). biochimie. Am inversat.
3. Campbell, N. A., & Reece, J. B. (2007). biologie. Ed. Panamericana Medical.
4. Griffiths, A.J.F., Gelbart, W.M., Miller, J.H., și colab. (1999). Analiza genetică modernă. New York: W. H. Freeman. Genele și ARN. Disponibil la: ncbi.nlm.nih.gov
5. Guyton, A. C., Hall, J.E., & Guyton, A.C. (2006). Tratatul de fiziologie medicală. Elsevier.
6. Hall, J. E. (2015). Guyton și Hall manualul de fiziologie medicală e-Book. Elsevier Health Sciences.
7. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., și colab. (2000) Biologie celulară moleculară. Ediția a 4-a. New York: W. H. Freeman. Secțiunea 11.6, Prelucrarea ARNm și tARN. Disponibil la: ncbi.nlm.nih.gov
8. Nelson, D. L., Lehninger, A. L. și Cox, M. M. (2008). Principiile Lehninger ale biochimiei. Macmillan.