ARNm

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Definición de ARN mensajero

Los ácidos ribonucleicos mensajeros (ARNm) transfieren la información del ADN a la maquinaria celular que produce las proteínas. Apretado en cada núcleo celular, que mide sólo 10 micrones de diámetro, hay un «manual de instrucciones» de ADN de doble hebra de tres metros de largo sobre cómo construir y mantener un cuerpo humano. Para que cada célula mantenga su estructura y realice todas sus funciones, debe fabricar continuamente partes específicas del tipo celular (proteínas). Dentro de cada núcleo, una proteína de múltiples subunidades llamada ARN polimerasa II (RNAP II) lee el ADN y simultáneamente fabrica un «mensaje» o transcripción, que se llama ARN mensajero (ARNm), en un proceso llamado transcripción. Las moléculas de ARNm están compuestas por cadenas simples relativamente cortas de moléculas compuestas de bases de adenina, citosina, guanina y uracilo que se mantienen unidas por un esqueleto de fosfato de azúcar. Cuando la ARN polimerasa termina de leer una sección del ADN, la copia de pre-ARNm se procesa para formar ARNm maduro y luego se transfiere fuera del núcleo celular. Los ribosomas leen el ARNm y traducen el mensaje en proteínas funcionales en un proceso llamado traducción. Dependiendo de la estructura y función de la proteína recién sintetizada, la célula la modificará aún más, la exportará al espacio extracelular o permanecerá dentro de la célula. El siguiente diagrama muestra la transcripción (ADN-> ARN) que tiene lugar en el la célula lo modificará más, lo exportará al espacio extracelular o permanecerá dentro de la célula. El siguiente diagrama muestra la transcripción (ADN-> ARN) que tiene lugar en el la célula lo modificará más, lo exportará al espacio extracelular o permanecerá dentro de la célula. El siguiente diagrama muestra la transcripción (ADN-> ARN) que tiene lugar en elnúcleo celular donde RNAP es ARN polimerasa II que sintetiza ARN.

El ARNm precursor contiene intrones y exones. Los intrones se eliminan antes de la traducción, mientras que los exones codifican la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Para producir ARNm maduro, la maquinaria celular elimina los intrones «no traducibles» del pre-ARNm, dejando solo secuencias de exones traducibles en el ARNm.

Tipos de ARNm

Pre-mRNA y hnRNA

El ARNm precursor (pre-ARNm) es la transcripción primaria del ARNm eucariota a medida que sale de la plantilla de ADN. El pre-mRNA es parte de un grupo de RNA llamado RNA nuclear heterogéneo (hnRNA). hnRNA se refiere a todo el RNA monocatenario ubicado dentro del núcleo de la célula donde tiene lugar la transcripción (DNA-> RNA) y el pre-mRNA forma una gran parte de estos ácidos ribonucleicos. El pre-ARNm contiene secuencias que necesitan ser removidas o “empalmadas” antes de ser traducidas a una proteína. Estas secuencias pueden eliminarse mediante la actividad catalítica del propio ARN o mediante la acción de una estructura de múltiples proteínas llamada espliceosoma. Después de este paso de procesamiento, el pre-ARNm se considera un transcrito de ARNm maduro.

El siguiente diagrama describe la estructura del pre-ARNm. El pre-ARNm incluye intrones y puede incluir o no la tapa 5 ‘y la cola 3’ poliadenilada:

ARNm monocistrónico

Una molécula de ARNm monocistrónica contiene las secuencias de exones que codifican una sola proteína. La mayoría de los ARNm eucariotas son monocistrónicos.

ARNm bicistrónico

Una molécula de ARNm bicistrónica contiene las secuencias que codifican el exón de dos proteínas.

ARNm policistrónico

Una molécula de ARNm policistrónico contiene las secuencias que codifican el exón para múltiples proteínas. La mayoría de los ARNm de bacterias y bacteriófagos (virus que viven en huéspedes bacterianos) son policistrónicos.

ARNm procariótico frente a eucariótico

Los ARNm procarióticos policistrónicos contienen múltiples sitios para iniciar y terminar la síntesis de proteínas. Los eucariotas tienen un solo sitio para el inicio de la traducción y los ARNm eucariotas son principalmente monocistrónicos. Los procariotas carecen de orgánulos y una envoltura nuclear bien definida y, por lo tanto, la traducción del ARNm puede acoplarse con la transcripción del ARNm en el citoplasma. En eucariotas, el ARNm se transcribe en los cromosomas del núcleo y, después del procesamiento, se transporta a través de los poros nucleares hasta el citoplasma. A diferencia de los procariotas, la traducción en eucariotas tiene lugar solo después de que se ha completado la transcripción. El ARNm procariota se degrada constantemente por las ribonucleasas, enzimas que cortan el ARN. Por ejemplo, la vida media del ARNm en E. Colies de aproximadamente dos minutos. Los ARNm bacterianos son de corta duración para permitir flexibilidad para adaptarse a las condiciones ambientales que cambian rápidamente. Los ARNm eucariotas son más estables metabólicamente. Por ejemplo, los precursores de los glóbulos rojos de los mamíferos (reticulocitos), que han perdido su núcleo, sintetizan hemoglobina durante varios días traduciendo ARNm que se transcribieron cuando el núcleo aún estaba presente. Por último, los ARNm de procariotas se someten a un procesamiento mínimo. En eucariotas, el pre-mRNA debe someterse a procesamiento antes de ser traducido, lo que implica la eliminación de intrones, la adición de la tapa 5 ‘y la cola poliadenilada 3’ antes de que el mRNA maduro se forme y esté listo para ser traducido.

Funciones del ARNm

La función principal del ARNm es actuar como intermediario entre la información genética en el ADN y la secuencia de aminoácidos de las proteínas. El ARNm contiene codones que son complementarios a la secuencia de nucleótidos en el ADN molde y dirigen la formación de aminoácidos a través de la acción de los ribosomas y el ARNt. El ARNm también contiene múltiples regiones reguladoras que pueden determinar el momento y la velocidad de traducción. Además, asegura que la traducción proceda de manera ordenada porque contiene sitios para el acoplamiento de ribosomas, ARNt y varias proteínas auxiliares.

Las proteínas producidas por las células desempeñan una variedad de funciones, ya sea como enzimas, moléculas estructurales o como maquinaria de transporte de varios componentes celulares. Algunas células también están especializadas en secretar proteínas, como las glándulas que producen enzimas digestivas u hormonas que influyen en el metabolismo de todo el organismo.

Traducción de ARNm

El ARNm se puede traducir en ribosomas libres en el citoplasma con la ayuda de moléculas de ARN de transferencia (ARNt) y múltiples proteínas llamadas factores de iniciación, elongación y terminación. Las proteínas que se sintetizan en los ribosomas libres en el citoplasma a menudo son utilizadas por la célula en el citoplasma mismo o se dirigen para su uso dentro de los orgánulos intracelulares. Alternativamente, las proteínas que deben secretarse comienzan a traducirse en el citoplasma, pero tan pronto como se traducen los primeros residuos, las proteínas específicas transportan toda la maquinaria de traducción a la membrana del retículo endoplásmico.(ER). Los primeros aminoácidos se incrustan en la membrana del RE y el resto de la proteína se libera en el espacio interior del RE. La secuencia corta se elimina de las proteínas que necesitan ser secretadas por la célula, mientras que las destinadas a las membranas internas retienen ese tramo corto que proporciona un anclaje a la membrana.

Ejemplos de trastornos relacionados con el procesamiento de ARNm

Más de 200 enfermedades están asociadas con defectos en el procesamiento de pre-mRNA a mRNA. Las mutaciones en el ADN o en la maquinaria de empalme afectan principalmente la precisión del empalme del pre-ARNm. Por ejemplo, una secuencia de ADN anormal puede eliminar, debilitar o activar sitios de empalme ocultos en el pre-ARNm. Del mismo modo, si la maquinaria de empalme no funciona correctamente, el espliceosoma puede cortar el pre-ARNm incorrectamente independientemente de la secuencia. Estas mutaciones dan como resultado el procesamiento de pre-mMRA en ARNm que luego codificarán proteínas que funcionan mal. Los propios ARNm anormales también son a veces el objetivo de la desintegración del ARNm mediada sin sentido, así como de la degradación cotranscripcional de los pre-ARNm nacientes. Las células derivadas de pacientes con una variedad de enfermedades que incluyen progeria, cáncer de mama y fibrosis quística muestran defectos de empalme de ARN,

Términos de biología relacionados

Ribosoma: los ribosomas son enzimas compuestas por muchas proteínas que catalizan la síntesis de proteínas a partir del ARNm en el proceso de traducción. Los ribosomas existen libremente en el citoplasma celular o permanecen unidos al retículo endoplásmico.
ARNPol II: la ARN polimerasa II es una enzima compuesta por muchas proteínas que lee el ADN y sintetiza el ARN en el núcleo celular en un proceso llamado transcripción.
Transcripción: la transcripción es la síntesis de ARN a partir de ADN por la ARN polimerasa.
Traducción: la traducción es la síntesis de proteínas a partir de ARNm que involucra ribosomas y otras proteínas.