CIDO RIBONUCLEICO (ARN O RNA)

Qu es el ARN?

El cido ribonucleico (ARN o RNA) es un cido nuclico formado por una cadena de ribonucletidos. El cido ribonucleico, es el material gentico de ciertos virus (virus ARN) y, en los organismos celulares, molcula que dirige las etapas intermedias de la sntesis proteica. En los virus ARN, esta molcula dirige los procesos:

a) La sntesis de protenas (produccin de las protenas que forman la cpsula del virus).

b) Replicacin (proceso mediante el cual el ARN forma una copia de s mismo).

En los organismos celulares es otro tipo de material gentico, llamado cido desoxirribonucleico (ADN), el que lleva la informacin que determina la estructura de las protenas. Pero el ADN no puede actuar solo, y se vale del ARN para transferir esta informacin vital durante la sntesis de protenas (produccin de las protenas que necesita la clula para sus actividades y su desarrollo).

Como el ADN, el ARN est formado por una cadena de compuestos qumicos llamados nucletidos. Cada uno est formado por una molcula de un azcar llamado ribosa, un grupo fosfato y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina, guanina, uracilo y citosina. Estos compuestos se unen igual que en el cido desoxirribonucleico (ADN). El ARN se diferencia qumicamente del ADN por dos cosas: la molcula de azcar del ARN contiene un tomo de oxgeno que falta en el ADN; y el ARN contiene la base uracilo en lugar de la timina del ADN.Antecedentes histricos

Los cidos nucleicos fueron descubiertos en 1868 por Friedrich Miescher, que los llam nuclena ya que los aisl del ncleo celular. Ms tarde, se comprob que las clulas procariotas, que carecen de ncleo, tambin contenan cidos nucleicos. El papel del ARN en la sntesis de protenas fue sospechado en 1939. Severo Ochoa gan el Premio Nobel de Medicina en 1959 tras descubrir cmo se sintetizaba el ARN.En 1965 Robert W. Holley hall la secuencia de 77 nucletidos de un ARN de transferencia de una levadura, con lo que obtuvo el Premio Nobel de Medicina en 1968. En 1967, Carl Woese comprob las propiedades catalticas de algunos ARN y sugiri que las primeras formas de vida usaron ARN como portador de la informacin gentica tanto como catalizador de sus reacciones metablicas (hiptesis del mundo de ARN). En 1976, Walter Fiers y sus colaboradores determinaron la secuencia completa del ARN del genoma de un virus ARN (bacterifago MS2).En 1990 se descubri en Petunia que genes introducidos pueden silenciar genes similares de la misma planta, lo que condujo al descubrimiento del ARN interferente. Aproximadamente al mismo tiempo se hallaron los micro ARN, pequeas molculas de 22 nucletidos que tenan algn papel en el desarrollo de Caenorhabditis elegans. El descubrimiento de ARN que regulan la expresin gnica ha permitido el desarrollo de medicamentos hechos de ARN, como los ARN pequeos de interferencia que silencian genes.

Estructura qumica

Comparativa entre ARN y ADNComo el ADN, el ARN est formado por una cadena de monmeros repetitivos llamados nucletidos. Los nucletidos se unen uno tras otro mediante enlaces fosfodister cargados negativamente.

Cada nucletido est formado por una molcula de monosacrido de cinco carbonos (pentosa) llamada ribosa (desoxirribosa en el ADN), un grupo fosfato, y uno de cuatro posibles compuestos nitrogenados llamados bases: adenina, guanina, uracilo (timina en el ADN) y citosina.

Comparacin entre el ARN y el ADN ARN ADN

Pentosa Ribosa Desoxirribosa

Purinas Adenina y Guanina Adenina y Guanina

Pirimidinas Citosina y Uracilo Citosina y Timina

Los carbonos de la ribosa se numeran de 1' a 5' en sentido horario. La base nitrogenada se une al carbono 1'; el grupo fosfato se une al carbono 5' y al carbono 3' de la ribosa del siguiente nucletido. El fosfato tiene una carga negativa a pH fisiolgico lo que confiere al ARN carcter polianinico. Las bases pricas (adenina y guanina) pueden formar puentes de hidrgeno con las pirimidnicas (uracilo y citosina) segn el esquema C=G y A=U.[12] Adems, son posibles otras interacciones, como el apilamiento de bases o tetrabucles con apareamientos G=A.Muchos ARN contienen adems de los nucletidos habituales, nucletidos modificados, que se originan por transformacin de los nucletidos tpicos; son caractersticos de los ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosmico (ARNr); tambin se encuentran nucletidos metilados en el ARN mensajero eucaritico.

Tipos de ARN

ARN de transferencia

Los ARNt constituyen aproximadamente el 15% del ARN celular total. Aunque se sintetizan en el ncleo, los ARNt son elaborados rpidamente y utilizados en el citoplasma. Entre las funciones del ARNt, destaca el transporte de aminocidos a los polirribosomas (complejo ribosomas ARNm), as como la traduccin del cdigo gentico del ARNm. Los tres nucletidos de la regin del bucle de anticodn de ARNt se unen a tripletes complementarios de nucletidos del ARNm. Segn esto, los ARNt van a tener dos centros activos primarios: el -CCAOH, extremo 3-hidroxilo, al que se van a unir covalentemente aminocidos especficos, y el triplete anticodn. stos centros van a ser los responsables de la conversin de la informacin codificada en la secuencia de un cido nucleico (ADN o ARNm) en secuencia de protenas durante la traduccin.

En una clula cualquiera, existen alrededor de 56 variedades diferentes de ARNt, teniendo cada uno de los ARNt tripletes anticodn diferentes. A menudo, hay ms de un ARNt para un aminocido determinado, pudindose definir stos ARNt como ARNt isoaceptores. Por ejemplo, un ARNt que es portador de tirosina, figurara como ARNtTyr.

ARN ribosmico

Los ARNr constituyen el 80% del ARN celular total y tienen la propiedad de que son metablicamente estables. sta estabilidad, indispensable para el funcionamiento repetido del ribosoma, est incrementada por su estrecha relacin con las protenas ribosmicas. Existen protenas que se unen directamente a los ARNr durante la fase de transcripcin.

Los ribosomas citoplasmticos eucariticos estn constituidos por cuatro molculas de ARN y de 70 a 80 protenas, que se encuentran divididos entre las dos subunidades ribosmicas:

Subunidad pequea. Partcula 40S. Contiene un ARNr 18S y el 55% de las protenas.

Subunidad grande. Partcula 60S. Contiene los restantes ARNr: el 28S ARNr, el 5,8S ARNr y el ARNr ms pequeo, 5S, as como las restantes protenas.

ARN mensajero

Los ARNm se caracterizan por ser los portadores directos de la informacin gentica desde el ncleo a los ribosomas citoplasmticos.

En el caso de los ARNm eucariticos, cada ARNm contiene informacin slo para una cadena polipeptdica, de ah que se hayan designado monocistrnicos, mientras que en los procariotas, el ARNm puede existir en forma de molculas policistrnicas.

El fenotipo y la funcionalidad de una clula van a depender directamente del contenido citoplasmtico de ARNm. En concreto, en las clulas que muestran una sntesis proteica muy activa, como es el caso de las clulas pancreticas, 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 clulas que presentan tasas bajas de sntesis proteica, tales como las clulas musculares, el cociente de ADN/ARN sera mucho ms elevado, ya que no necesitan grandes de ARNm y ribosomas.

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

Los ARNm eucariticos tienen la particularidad de que poseen rasgos estructurales nicos que no estn presentes ni en el ARNr ni en el ARNt; stos rasgos van a ser muy importantes para el adecuado funcionamiento del ARNm.

Debido a que la informacin dentro del ARNm se encuentra en la secuencia lineal de los nucletidos, se hace necesario la completa integridad de dicha secuencia, de tal modo que cualquier prdida o cambio de nucletidos podra producir una alteracin en la protena que se est 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, 5fosfodister internucleotdicos habituales entre ribosomas adyacentes. sta estructura, que se ha denominado casquete, es una guanosina 5-trifosfato metilada en el nitrgeno nmero 7.

El casquete est unido al primer nucletido transcrito, normalmente una purina, metilado en el 2-OH de la ribosa. A continuacin, el casquete tiene una secuencia que no se traduce que se conoce como conductora en el lado 5 de la regin codificante.

Seguidamente a la secuencia conductora, se encuentra la secuencia o codn de iniciacin, generalmente AUG, y a continuacin el mensaje que se ha de traducir o regin codificante de la molcula. Al final de la secuencia codificante, se encuentra una secuencia de finalizacin que seala el fin del pptido naciente y la liberacin del ribosoma. Le sigue una segunda secuencia no traducida o remolque que termina con una serie de cidos adenlicos, denominada cola de poli (A) que constituye el extremo 3del ARNm.

CIDO DESOXIRRIBONUCLEICO (ADN O DNA)Qu es el DNA o ADN?

El cido desoxirribonucleico, frecuentemente abreviado como ADN, es un cido nucleico que contiene instrucciones genticas usadas en el desarrollo y funcionamiento de todos los organismos vivos conocidos y algunos virus, y es responsable de su transmisin hereditaria. El papel principal de la molcula de ADN es el almacenamiento a largo plazo de informacin. Muchas veces, el ADN es comparado con un plano o una receta, o un cdigo, ya que contiene las instrucciones necesarias para construir otros componentes de las clulas, como las protenas y las molculas de ARN. Los segmentos de ADN que llevan esta informacin gentica son llamados genes, pero las otras secuencias de ADN tienen propsitos estructurales o toman parte en la regulacin del uso de esta informacin gentica.

Desde el punto de vista qumico, el ADN es un polmero de nucletidos, es decir, un polinucletido. Un polmero es un compuesto formado por muchas unidades simples conectadas entre s, como si fuera un largo tren formado por vagones. En el ADN, cada vagn es un nucletido, y cada nucletido, a su vez, est formado por un azcar (la desoxirribosa), una base nitrogenada (que puede ser adeninaA, timinaT, citosinaC o guaninaG) y un grupo fosfato que acta como enganche de cada vagn con el siguiente. Lo que distingue a un vagn (nucletido) de otro es, entonces, la base nitrogenada, y por ello la secuencia del ADN se especifica nombrando slo la secuencia de sus bases. La disposicin secuencial de estas cuatro bases a lo largo de la cadena (el ordenamiento de los cuatro tipos de vagones a lo largo de todo el tren) es la que codifica la informacin gentica: por ejemplo, una secuencia de ADN puede ser ATGCTAGATCGC... En los organismos vivos, el ADN se presenta como una doble cadena de nucletidos, en la que las dos hebras estn unidas entre s por unas conexiones denominadas puentes de hidrgeno.

Antecedentes histricos

Hasta mediados del siglo 20 no se sospechaba que el cido disoxirribonucleico, ADN, fuera la molcula capaz de asegurar la transmisin de los caracteres hereditarios de clula a clula, generacin tras generacin. Su limitada variedad qumica no permita suponer que poseyera la versatilidad y ductilidad necesarias para almacenar la informacin gentica de los seres vivos.

En 1869 un bilogo suizo Johann Friedrich Miesscher, utilizo primero alcohol caliente y luego una pepsina enzimatica, que separa la membrana celular y el citoplasma de la clula, el cientfico quera aislar el ncleo celular, concretamente en los ncleos de las clulas del pus obtenidas de los vendajes quirrgicos desechados y en la esperma del salmn, someti a este material a una fuerza centrifuga para aislar a los ncleos del resto y luego someti solo a los ncleos a un anlisis qumico.

De esta manera Miescher identifico a un nuevo grupo de substancias celulares a las que denomino nuclenas, observo la presencia de fsforo, luego Richard Altmann las identifico como cidos y les dio el nombre de cidos nucleicos. Robert Feulgen, en 1914, describi un mtodo para revelar por tincin el ADN, basado en el colorante fucsina. Se encontr, utilizando este mtodo, la presencia de ADN en el ncleo de todas las clulas eucariotas, especficamente en los cromosomas.

Durante los aos 20, el bioqumico P.A. Levene analizo los componentes del ADN, los cidos nucleicos y encontr que contena cuatro bases nitrogenadas: citosina y timina (pirimidinas), adenina y guanina (purinas); el azcar desoxirribosa; y un grupo fosfato. Tambin demostr que se encontraban unidas en el orden fosfato-azcar-base, formando lo que denomino un nucletido. Levene tambin sugiri que los nucletidos se encontraban unidos por los fosfatos formando el ADN. Sin embargo, Levene pens que se trataban de cadenas cortas y que las bases se repetan en un orden determinado.

En el ao 1928 Frederick Griffith investigando una enfermedad infecciosa mortal, la neumona, estudi las diferencias entre una cepa de la bacteria Streptococcus peumoniae que produca la enfermedad y otra que no la causaba. La cepa que causaba la enfermedad estaba rodeada de una cpsula (tambin se la conoce como cepa S, del ingles smooth, o sea lisa, que es el aspecto de la colonia en las placas de Petri). La otra cepa (la R, de rugosa, que es el aspecto de la colonia en la placa de Petri) no tiene cpsula y no causa neumona. En cuanto a la caracterizacin qumica de la molcula, en 1940 Chargaff realiz algunos experimentos que le sirvieron para establecer las proporciones de las bases nitrogenadas en el ADN. Descubri que las proporciones de purinas eran idnticas a las de pirimidinas, la "equimolecularidad" de las bases ([A]=[T], [G]=[C]) y el hecho de que la cantidad de G+C en una determinada molcula de ADN no siempre es igual a la cantidad de A+T y puede variar desde el 36 hasta el 70 por ciento del contenido total.[6] Con toda esta informacin y junto con los datos de difraccin de rayos X proporcionados por Rosalind Franklin, James Watson y Francis Crick propusieron en 1953 el modelo de la doble hlice de ADN para representar la estructura tridimensional del polmero.[11] En una serie de cinco artculos en el mismo nmero de Nature se public la evidencia experimental que apoyaba el modelo de Watson y Crick. De stos, el artculo de Franklin y Raymond Gosling fue la primera publicacin con datos de difraccin de rayos X que apoyaba el modelo de Watson y Crick, y en ese mismo nmero de Nature tambin apareca un artculo sobre la estructura del ADN de Maurice Wilkins y sus colaboradores.

Watson, Crick y Wilkins recibieron conjuntamente, en 1962, despus de la muerte de Rosalind Franklin, el Premio Nobel en Fisiologa o Medicina.[16] Sin embargo, el debate contina sobre quin debera recibir crdito por el descubrimiento

Estructura qumica

El ADN es un cido nucleico formado por nucletidos. Cada nucletido consta de tres elementos:

Un azcar: desoxirribosa en este caso (en el caso de ARN o cido ribonucleico, el azcar que lo forma es una ribosa).

Un grupo fosfato.

Una base nitrogenada.

Si la molcula tiene slo el azcar unido a la base nitrogenada entonces se denomina nuclesido.

Las bases nitrogenadas que constituyen parte del ADN son: adenina (A), guanina (G), citosina (C) y timina (T). Estas forman puentes de hidrgeno entre ellas, respetando una estricta complementariedad: A slo se aparea con T (y viceversa) mediante dos puentes de hidrgeno, y G slo con C (y viceversa) mediante 3 puentes de hidrgeno.

Los extremos de cada una de las hebras del ADN son denominados 5-P (fosfato) y 3OH (hidroxilo) en la desoxirribosa. Las dos cadenas se alinean en forma paralela, pero en direcciones inversas (una en sentido 5 3 y la complementaria en el sentido inverso), pues la interaccin entre las dos cadenas est determinada por los puentes de hidrgeno entre sus bases nitrogenadas. Se dice, entonces, que las cadenas son antiparalelas.

DIFERENCIAS ENTRE ADN Y ARNHay tres tipos netamente diferenciados de ARN, tanto en su estructura como en su funcin:

a) Diferencias estructurales

La estructura del ADN es de doble cadena, lo que confiere una mayor proteccin a la informacin contenida en l. La estructura de los ARN es monocatenaria aunque, puede presentarse en forma lineal como el ARNm o en forma plegada cruciforme como ARNt y ARNr

b) Diferencias en la composicin

El ADN y ARN se diferencian en su composicin de pentosa (azcar).

El ADN est compuesto por desoxirribosa y el ARN por ribosa.

EL ADN est compuesto por Adenosina, Timina Guanina y CitosinaEl ARN sustituye la Timina por Uracilo.

c) Diferencias en la funcin

Respecto a la funcin de cada tipo de cido nucleico, tambin hay diferencias.

El ADN tiene como funcin el almacenar, conservar y transmitir la informacin gentica de clulas padres a hijas.

El ARNm y ARNt tiene como funcin bsica el articular los procesos de expresin de la informacin gentica del ADN en la sntesis de protenas.

Estructura del ADN

El cido desoxirribonucleico es un polmero de dos cadenas antiparalelas (orientacin 5 3 y 3 5). Cada cadena est compuesta por unidades de un azcar (desoxirribosa), un fosfato y una base nitrogenada unidas entre si por enlaces fosfodister. Las bases presentes en el ADN son: adenina (A), timina (T), citosina (C) y guanina (G). Para recordar cmo aparean entre s las bases podemos pensar en las iniciales de dos grandes personajes del tango: Anbal Troilo (adenina es la base complementaria de timina) y Carlos Gardel (citosina es la comlementaria a guanina).