El ARN, o ácido ribonucleico, es uno de los dos ácidos nucleicos que se encuentran en la naturaleza. El otro, el ácido desoxirribonucleico (ADN), ciertamente está más fijo en la imaginación. Incluso las personas con poco interés en la ciencia tienen la idea de que el ADN es vital para transmitir los rasgos de una generación a la siguiente, y que el ADN de cada ser humano es único (y, por lo tanto, es una mala idea dejarlo en la escena del crimen). Pero para toda la notoriedad del ADN, el ARN es una molécula más versátil, que se presenta en tres formas principales: ARN mensajero (ARNm), ARN ribosómico (ARNr) y ARN de transferencia (ARNt).

El trabajo del ARNm depende en gran medida en los otros dos tipos, y el ARNm se encuentra directamente en el centro del llamado dogma central de la biología molecular (el ADN engendra ARN, que a su vez engendra proteínas).
Ácidos nucleicos: una descripción general del ADN

y el ARN son ácidos nucleicos, lo que significa que son macromoléculas poliméricas, cuyos componentes monoméricos se denominan nucleótidos. Los nucleótidos consisten en tres porciones distintas: un azúcar pentosa, un grupo fosfato y una base nitrogenada, seleccionada entre cuatro opciones. Un azúcar pentosa es un azúcar que incluye una estructura de anillo de cinco átomos.

Tres diferencias principales distinguen el ADN del ARN. Primero, en el ARN, la porción de azúcar del nucleótido es ribosa, mientras que en el ADN es desoxirribosa, que es simplemente ribosa con un grupo hidroxilo (-OH) eliminado de uno de los carbonos en el anillo de cinco átomos y reemplazado por un hidrógeno átomo (-H). Por lo tanto, la porción de azúcar del ADN es solo un átomo de oxígeno menos masivo que el ARN, pero el ARN es una molécula químicamente mucho más reactiva que el ADN debido a su único grupo extra-OH. En segundo lugar, el ADN es, más bien famoso, de doble cadena y enrollado en una forma helicoidal en su forma más estable. El ARN, por otro lado, es monocatenario. Y tercero, mientras que el ADN y el ARN presentan las bases nitrogenadas adenina (A), citosina (C) y guanina (G), la cuarta de esas bases en el ADN es timina (T) mientras que en el ARN es uracilo (U).

Debido a que el ADN es bicatenario, los científicos han sabido desde mediados del siglo XX que estas bases nitrogenadas se emparejan y solo con otro tipo de base; A se empareja con T y C se empareja con G. Además, A y G se clasifican químicamente como purinas, mientras que C y T se denominan pirimidinas. Debido a que las purinas son sustancialmente más grandes que las pirimidinas, un emparejamiento A-G sería demasiado voluminoso, mientras que un emparejamiento C-T sería inusualmente pequeño; ambas situaciones serían perjudiciales para las dos cadenas en el ADN bicatenario ya que están a la misma distancia en todos los puntos a lo largo de las dos cadenas.

Debido a este esquema de emparejamiento, las dos cadenas de ADN se denominan "complementarias , "y la secuencia de uno puede predecirse si se conoce el otro. Por ejemplo, si una cadena de diez nucleótidos en una cadena de ADN tiene la secuencia de bases AAGCGTATTG, la cadena de ADN complementaria tendrá la secuencia de bases TTCGCATAAC. Debido a que el ARN se sintetiza a partir de una plantilla de ADN, esto también tiene implicaciones para la transcripción.
Estructura básica de ARN

El ARNm es la forma más "similar al ADN" de ácido ribonucleico porque su trabajo es básicamente el mismo: para transmitir la información codificada en los genes, en forma de bases nitrogenadas cuidadosamente ordenadas, a la maquinaria celular que ensambla las proteínas. Pero también existen varios tipos vitales de ARN.

La estructura tridimensional del ADN se dilucida en 1953, lo que le valió a James Watson y Francis Crick un Premio Nobel. Pero durante años después, la estructura del ARN siguió siendo difícil a pesar de los esfuerzos de algunos de los mismos expertos en ADN para describirlo. En la década de 1960, se hizo evidente que, aunque el ARN es monocatenario, su estructura secundaria, es decir, la relación de la secuencia de nucleótidos entre sí a medida que el ARN se abre paso a través del espacio, implica que las longitudes de ARN pueden replegarse sobre sí mismos, con bases en la misma hebra que se unen entre sí de la misma manera que una longitud de cinta adhesiva podría adherirse a sí misma si permite que se doble. Esta es la base de la estructura cruzada de tRNA, que incluye tres curvas de 180 grados que crean el equivalente molecular de los cul-de-sacs en la molécula.

rRNA es algo diferente. Todo el ARNr se deriva de un monstruo de una cadena de ARNr de unos 13,000 nucleótidos de largo. Después de una serie de modificaciones químicas, esta cadena se divide en dos subunidades desiguales, una llamada 18S y la otra etiquetada 28S. ("S" significa "unidad de Svedberg", una medida que usan los biólogos para estimar indirectamente la masa de macromoléculas). La porción 18S se incorpora a lo que se llama la subunidad ribosómica pequeña (que cuando está completa es en realidad 30S) y la parte 28S contribuye a la subunidad grande (que en total tiene un tamaño de 50S); todos los ribosomas contienen una de cada subunidad junto con una serie de proteínas (no ácidos nucleicos, que hacen que las proteínas sean posibles) para proporcionar integridad estructural a los ribosomas.

Las cadenas de ADN y ARN tienen lo que se llama 3 'y 5 '("tres primos" y "cinco primos") termina en función de las posiciones de las moléculas unidas a la porción de azúcar de la cadena. En cada nucleótido, el grupo fosfato está unido al átomo de carbono marcado 5 'en su anillo, mientras que el carbono 3' presenta un grupo hidroxilo (-OH). Cuando se agrega un nucleótido a una cadena de ácido nucleico en crecimiento, esto siempre ocurre en el extremo 3 'de la cadena existente. Es decir, el grupo fosfato en el extremo 5 'del nuevo nucleótido se une al carbono 3' que presenta el grupo hidroxilo antes de que ocurra esta unión. El -OH es reemplazado por el nucleótido, que pierde un protón (H) de su grupo fosfato; por lo tanto, una molécula de H _{2O, o agua, se pierde en el medio ambiente en este proceso, haciendo de la síntesis de ARN un ejemplo de síntesis de deshidratación.
Transcripción: codificando el mensaje en ARNm}

La transcripción es El proceso en el que el ARNm se sintetiza a partir de una plantilla de ADN. En principio, dado lo que ahora sabe, puede imaginar fácilmente cómo sucede esto. El ADN es bicatenario, por lo que cada cadena puede servir como plantilla para el ARN monocatenario; Estas dos nuevas cadenas de ARN, debido a los caprichos del emparejamiento de bases específico, serán complementarias entre sí, no que se unirán. La transcripción de ARN es muy similar a la replicación de ADN en que se aplican las mismas reglas de emparejamiento de bases, con U tomando el lugar de T en el ARN. Tenga en cuenta que este reemplazo es un fenómeno unidireccional: T en el ADN todavía codifica para A en el ARN, pero A en el ADN codifica para U en el ARN.

Para que se produzca la transcripción, la doble hélice del ADN debe desenrollarse, lo que hace bajo la dirección de enzimas específicas. (Más tarde vuelve a asumir su conformación helicoidal adecuada). Después de que esto sucede, una secuencia específica acertadamente llamó a las señales de la secuencia promotora donde la transcripción debe comenzar a lo largo de la molécula. Esto convoca a la escena molecular una enzima llamada ARN polimerasa, que en este momento es parte de un complejo promotor. Todo esto ocurre como una especie de mecanismo bioquímico a prueba de fallas para evitar que la síntesis de ARN comience en el lugar equivocado del ADN y, por lo tanto, produzca una cadena de ARN que contiene un código ilegítimo. La ARN polimerasa "lee" la cadena de ADN que comienza en la secuencia promotora y se mueve a lo largo de la cadena de ADN, agregando nucleótidos al extremo 3 'del ARN. Tenga en cuenta que las cadenas de ARN y ADN, en virtud de ser complementarias, también son antiparalelas. Esto significa que a medida que el ARN crece en la dirección 3 ', se mueve a lo largo de la cadena de ADN en el extremo 5' del ADN. Este es un punto menor pero a menudo confuso para los estudiantes, por lo que puede consultar un diagrama para asegurarse de que comprende la mecánica de la síntesis de ARNm.

Los enlaces creados entre los grupos fosfato de un nucleótido y el azúcar En el siguiente grupo se denominan enlaces fosfodiéster (pronunciado "phos-pho-die-es-ter", no "phos-pho-dee-ster" como puede ser tentador de suponer).

La enzima RNA La polimerasa viene en muchas formas, aunque las bacterias incluyen un solo tipo. Es una enzima grande, que consta de cuatro subunidades de proteínas: alfa (α), beta (β), beta-prime (β ′) y sigma (σ). Combinados, estos tienen un peso molecular de alrededor de 420,000 Daltons. (Como referencia, un solo átomo de carbono tiene un peso molecular de 12; una sola molécula de agua, 18; y una molécula de glucosa completa, 180.) La enzima, llamada holoenzima cuando las cuatro subunidades están presentes, es responsable de reconocer al promotor. secuencias en el ADN y separando las dos cadenas de ADN. La ARN polimerasa se mueve a lo largo del gen a transcribir, ya que agrega nucleótidos al segmento de ARN en crecimiento, un proceso llamado alargamiento. Este proceso, como tantos dentro de las células, requiere adenosina trifosfato (ATP) como fuente de energía. El ATP no es más que un nucleótido que contiene adenina que tiene tres fosfatos en lugar de uno.

La transcripción cesa cuando la ARN polimerasa en movimiento encuentra una secuencia de terminación en el ADN. Del mismo modo que la secuencia promotora puede verse como el equivalente de una luz verde en un semáforo, la secuencia de terminación es análoga a una luz roja o señal de stop.
Traducción: Decodificando el mensaje del ARNm

Cuando una molécula de ARNm que transporta la información de una proteína en particular, es decir, un fragmento de ARNm correspondiente a un gen, está completa, aún debe procesarse antes de estar lista para realizar su trabajo de entregar un plan químico a los ribosomas, donde tiene lugar la síntesis de proteínas. En los organismos eucariotas, también migra fuera del núcleo (los procariotas no tienen núcleo).

Críticamente, las bases nitrogenadas transportan información genética en grupos de tres, llamados codones triples. Cada codón lleva instrucciones para agregar un aminoácido particular a una proteína en crecimiento. Así como los nucleótidos son las unidades monoméricas de los ácidos nucleicos, los aminoácidos son los monómeros de las proteínas. Debido a que el ARN contiene cuatro nucleótidos diferentes (debido a las cuatro bases diferentes disponibles) y un codón consta de tres nucleótidos consecutivos, hay 64 codones triples totales disponibles (4 ^{3 \u003d 64). Es decir, comenzando con AAA, AAC, AAG, AAU y trabajando hasta UUU, hay 64 combinaciones. Sin embargo, los humanos solo usan 20 aminoácidos. Como resultado, se dice que el código de triplete es redundante: en la mayoría de los casos, el código de tripletes para el mismo aminoácido. Lo inverso no es cierto, es decir, el mismo triplete no puede codificar más de un aminoácido. Probablemente puedas imaginar el caos bioquímico que se produciría de lo contrario. De hecho, los aminoácidos leucina, arginina y serina tienen cada uno seis tripletes que les corresponden. Tres codones diferentes son codones STOP, similares a las secuencias de terminación de la transcripción en el ADN.}

La traducción en sí es un proceso altamente cooperativo, que reúne a todos los miembros de la familia extendida de ARN. Debido a que ocurre en los ribosomas, obviamente implica el uso de ARNr. Las moléculas de ARNt, descritas anteriormente como pequeñas cruces, son responsables de transportar aminoácidos individuales al sitio de traducción en el ribosoma, y cada aminoácido es transportado por su propia marca específica de escolta de ARNt. Al igual que la transcripción, la traducción tiene fases de inicio, alargamiento y terminación, y al final de la síntesis de una molécula de proteína, la proteína se libera del ribosoma y se empaqueta en los cuerpos de Golgi para su uso en otros lugares, y el propio ribosoma se disocia en sus subunidades componentes.