ARNt

Definición de ARNt

Los ARN de transferencia o ARNt son moléculas que actúan como portadores temporales de aminoácidos, llevando los aminoácidos apropiados al ribosoma basándose en la secuencia de nucleótidos del ARN mensajero (ARNm). De esta forma, actúan como intermediarios entre las secuencias de nucleótidos y aminoácidos.

Los ARNt son ácidos ribonucleicos y, por lo tanto, son capaces de formar enlaces de hidrógeno con el ARNm. Además, también pueden formar enlaces éster con aminoácidos y, por lo tanto, pueden unir físicamente el ARNm y los aminoácidos durante el proceso de traducción. Se emparejan con el ARNm de manera complementaria y antiparalela, y cada ARNt puede emparejarse con un tramo de tres nucleótidos en el ARNm. Estos conjuntos de tres nucleótidos en el ARNm se denominan codones y la secuencia correspondiente en el ARNt se llama anticodón. El apareamiento de bases entre el codón y el anticodón aporta especificidad al proceso de traducción. En un extremo del ARNt, se une un aminoácido apropiado a su grupo hidroxilo 3 ‘basado en el anticodón y el ribosoma cataliza la formación de un enlace peptídico entre este aminoácido y la cadena polipeptídica alargada.

Estructura y función del ARNt

Los ARN de transferencia están codificados por varios genes y, por lo general, son moléculas cortas, de entre 70 y 90 nucleótidos (5 nm) de longitud. Las dos partes más importantes de un ARNt son su anticodón y el grupo hidroxilo terminal 3 ‘, que puede formar un enlace éster con un aminoácido. Sin embargo, hay otros aspectos de la estructura de un ARNt, como el brazo D y el brazo T, que contribuyen a su alto nivel de especificidad y eficiencia. Solo 1 de cada 10,000 aminoácidos está unido incorrectamente a un ARNt, que es un número notable dadas las similitudes químicas entre muchos aminoácidos.

Los ARN de transferencia tienen una estructura de azúcar-fosfato como todos los demás ácidos nucleicos celulares y la orientación del azúcar ribosa da lugar a la direccionalidad en la molécula. Un extremo del ARN tiene un grupo fosfato reactivo unido al quinto átomo de carbono de la ribosa, mientras que el otro extremo tiene un grupo hidroxilo libre en el tercer átomo de carbono. Esto da lugar a los extremos 5 ‘y 3’ del ARN ya que todos los demás grupos fosfato e hidroxilo están involucrados en enlaces fosfodiéster dentro del ácido nucleico.

Nucleobases
Nucleobases de ARN

Las últimas tres bases en el extremo 3 ‘del ARNt son siempre CCA: dos citosinas seguidas de una base de adenina. Este tramo es parte del brazo aceptor de la molécula, donde un aminoácido se une covalentemente al grupo hidroxilo en el azúcar ribosa del nucleótido de adenina terminal. El brazo aceptor también contiene partes del extremo 5 ‘del ARNt, con un tramo de 7-9 nucleótidos de los extremos opuestos de la base de la molécula emparejándose entre sí.

TRNA-Phe de levadura
ARNt-Phe de levadura

El bucle anticodón, que se empareja con el ARNm, determina qué aminoácido está unido al tallo aceptor. El bucle anticodón es reconocido por la aminoacil ARNt sintetasa (AATS), la enzima que une químicamente un ARNt a un aminoácido a través de un enlace de alta energía. AATS ‘lee’ el anticodón y también reconoce el brazo D ubicado aguas abajo del extremo 5 ‘del ARNt.

El brazo en D está hecho de una región de tallo de doble hebra formada por emparejamiento de bases internas, así como una estructura de bucle de nucleótidos no emparejados. El brazo en D es una región muy variable y juega un papel importante en la estabilización de la estructura terciaria del ARN y también influye en la cinética y precisión de la traducción en el ribosoma.

La otra estructura que influye en el papel del ARNt en la traducción es el brazo en T. Similar al brazo en D, contiene un tramo de nucleótidos que se emparejan entre sí y un bucle que es monocatenario. La región pareada se llama ‘tallo’ y en su mayoría contiene 5 pares de bases. El bucle contiene bases modificadas y también se denomina brazo TΨC, para especificar la presencia de residuos de timidina, pseudouridina y citidina (bases modificadas). Las moléculas de ARNt son inusuales porque contienen una gran cantidad de bases modificadas y también contienen timidina, que generalmente se observa solo en el ADN. El brazo en T participa en la interacción del ARNt con el ribosoma.

Finalmente, un brazo variable que contiene menos de 20 nucleótidos se sitúa entre el bucle anticodón y el brazo en T. Desempeña un papel en el reconocimiento de ARNt por AATS, pero podría estar ausente en algunas especies.

Se dice que la estructura secundaria del ARNt que contiene la región aceptora, los brazos D y T y el bucle anticodón se asemeja a una hoja de trébol. Después de que el ARN se pliega en su estructura terciaria, tiene forma de L, con el vástago aceptor y el brazo en T formando una hélice extendida y el bucle anticodón y el brazo en D formando de manera similar otra hélice extendida. Estas dos hélices se alinean perpendicularmente entre sí de una manera que acerca el brazo D y el brazo T, mientras que el bucle anticodón y el brazo aceptor se colocan en los extremos opuestos de la molécula.

Estructura de rayos X de TRNA-Phe de levadura

En esta imagen, la región CCA 3 ‘está en amarillo, el brazo aceptor está en púrpura, el bucle variable en naranja, el brazo D en rojo, el brazo en T en verde y el bucle anticodón en azul.

Tipos de ARNt

Un ARNt se puede clasificar según el aminoácido que lleva, dando lugar a 20 ARNt diferentes. Alternativamente, también se pueden agrupar en función de su anticodón. Hay 64 codones posibles que surgen de una combinación de cuatro nucleótidos. De estos, 3 son codones de parada que señalan el final de la traducción. Esto da lugar a una situación en la que un aminoácido está representado por múltiples codones y el AATS, así como los ARNt tienen que adaptarse a esta redundancia. Sin embargo, muy pocas especies tienen exactamente 61 ARNt, lo que da lugar a la pregunta de cómo cada codón es reconocido por un ARNt específico. En muchas especies, el número supera con creces los 61 y diferentes ARNt que llevan el mismo anticodón podrían mostrar una eficiencia variable en la traducción, lo que agrega una capa de regulación al proceso de síntesis de proteínas.

Los ARNt interactúan con los codones del ARNm a través de su bucle anticodón. El apareamiento de bases entre el codón y el anticodón asegura la especificidad durante la traducción. Sin embargo, la primera base del anticodón, que se empareja con el “bamboleo” o la tercera posición en un codón, a menudo se modifica para permitir que el ARNt se enlace de hidrógeno con tres, en lugar de con una base. Por lo tanto, un solo ARNt tiene la opción de reconocer y emparejar bases con tres codones, que codifican el mismo aminoácido. Hay 20 AATS, uno para cada aminoácido. Este grupo de enzimas puede reconocer todos los anticodones que representan un aminoácido en particular y, por lo tanto, actuar como el segundo brazo de la maquinaria que maneja la redundancia del código genético.

Finalmente, estas moléculas también se pueden clasificar en tres categorías: las que llevan aminoácidos canónicos unidos al ARNt correcto, las que están incorrectamente unidos y las que llevan aminoácidos modificados como la selenocisteína para elongación no canónica.

Modificación postranscripcional del ARNt

Hay casi 500 genes que codifican ARNt en el genoma humano y 300 fragmentos de genes asociados con estos ARN. Estos genes son transcritos por la ARN polimerasa III y la transcripción sufre una extensa modificación, especialmente en eucariotas. Los intrones se empalman, las endonucleasas actúan sobre el límite intrón – exón, se procesan los extremos 5 ‘y 3’ del ARN y las enzimas agregan los residuos CCA terminales al extremo 3 ‘del ARNt. Los residuos de CCA podrían convertirse en aminoacilados en el propio núcleo y este ARNt cargado podría exportarse desde el núcleo.

Además, muchas bases del ARNt también se modifican, especialmente por metilación (adición de un grupo metilo) y desamidación (eliminación de un grupo amida). En particular, la primera base del anticodón que se empareja con la posición de “oscilación” en el codón se modifica para permitir tipos inusuales de emparejamiento de bases. La adenina se puede modificar para formar inosina, lo que amplía las posibilidades de emparejamiento para incluir uracilo, citosina y adenina. La pseudouridina es otra base modificada común, derivada de residuos de uridina mediante isomerización mediada por enzimas. Se dice que juega un papel en la integridad estructural de la molécula de ARNt, participando en la rigidez de la cadena principal de azúcar-fosfato cercana y también influyendo en el apilamiento de bases de las regiones proximales. La lisidina es una base inusual que se forma cuando un aminoácido de lisina se une al residuo de citidina.

Los AATS unen el aminoácido apropiado a las moléculas de ARNt en función de su anticodón. Estas enzimas contienen sitios de unión para el aminoácido, ARNt así como ATP e hidrolizan ATP a AMP y unen el aminoácido al azúcar ribosa del último nucleótido en ARNt. El ARNt ahora se considera “cargado” y puede participar en las reacciones de síntesis de proteínas en el ribosoma. Esta reacción ocurre a menudo en el citoplasma, aunque también se ha observado en el núcleo.

Carga del ARNt
Cargar ARNt

La enzima se une a muchas regiones del ARNt para asegurar una alta especificidad en la reacción e incluso corrige su propia reacción, ya que muchos aminoácidos tienen estructuras similares.

El ARNt maduro luego se une a factores de exportación específicos que lo exportan desde el núcleo, utilizando el sistema RanGTP. El brazo aceptor y el brazo T juegan un papel importante en este proceso, y existe una amplia interacción entre los factores de exportación y la molécula de ARN, lo que permite que solo los ARNt completos y completamente procesados ​​se muevan al citoplasma.

Interacción del ARNt con el ribosoma

El ribosoma contiene tres regiones importantes: el sitio P (peptidilo) que contiene el polipéptido en crecimiento, el sitio A (aceptor) que recibe un nuevo ARNt cargado y el sitio E (salida) a través del cual un ARNt desacilado sale del ribosoma. Estos sitios abarcan las dos subunidades del ribosoma y se indican como sitios P ​​/ P o A / A, y la primera letra se refiere al sitio en la subunidad más pequeña. Por ejemplo, el sitio P / P se une al ARNt que ancla una cadena polipeptídica mientras que el sitio A / A ancla un ARNt cargado entrante. El peptidil-ARNt en el sitio P / P transfiere el polipéptido en crecimiento al ARNt en el sitio A / A y sufre desacilación. Para continuar el proceso de traducción, el ribosoma avanza un codón, lo que hace que el ARNt en el sitio P / P cambie a una configuración P / E transitoria y luego al sitio E / E antes de dejar el ribosoma. Similar,

Síntesis de péptidos
  • Antiparalelo: paralelo pero en direcciones opuestas, como las dos cadenas principales de azúcar y fosfato de una molécula de ADN.
  • Complementariedad: propiedad de las bases nitrogenadas en los ácidos nucleicos para formar enlaces de hidrógeno específicos y estables con otras bases nitrogenadas. Por ejemplo, la interacción entre la adenina y la timina se produce a través de enlaces de hidrógeno complementarios.
  • Intrones: partes de una molécula de ARN que se eliminan después de la transcripción.
  • Transcripción: proceso de generación de una molécula de ARN a partir de una plantilla de ADN.

Descubre además las proteínas de transporte.