ARN mensajero (ARNm): los mensajeros del genoma

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¿Qué es el ARN mensajero (ARNm)?

El ARN mensajero o ARNm es ácido ribonucleico monocatenario. Este es un tipo de ácido nucleico que codifica principalmente proteínas. Esta pequeña molécula es la transcripción de una sección de ADN secuencia. El ARNm contiene información para la producción de proteínas en una célula.

Ciertas secciones de los ácidos desoxirribonucleicos se expresan en ARN por una enzima ARN polimerasa (diferente de ADN polimerasa que copia el ADN). Este proceso se conoce como transcripción. Durante la síntesis de proteínas, sirve como plantilla para la biosíntesis de proteínas ribosómicas. En última instancia, esto allana el camino para la síntesis de cadenas polipeptídicas.

En el caso de medicamentos basados en ARNm , las células tienden a producir la proteína activa de acuerdo con la información de la secuencia. En el caso de las vacunas basadas en ARN, esta proteína puede actuar como antígeno.

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Transcripción

Durante transcripción , una sección del código genético se transcribe en una sola hebra de ARN. Estas secciones se denominan regiones de codificación. Esto sucede bajo la acción de la enzima ARN polimerasa.

La cadena de ADN codificante sirve como matriz para la construcción de una cadena de ARN. El ARNm sintetizado codifica una proteína en un proceso de traducción.

Los procariotas no tienen núcleo y exhiben transcripción en el citoplasma. Mientras que en los eucariotas, el genoma nuclear se transcribe en el carioplasma del núcleo celular.

Un flujo de trabajo simple de formación de ARNm.
Un flujo simplificado de formación de ARN mensajero (ARNm). Fuente de la imagen: Dovelike, Wikimedia Commons CC-BY-SA 3.0

En los procariotas, los ribosomas ya pueden unirse a la secuencia de ARNm aún no sintetizada por completo. Y luego comience la traducción. Por tanto, la síntesis de proteínas puede comenzar al mismo tiempo que la transcripción, lo que permite formas especiales de gene regulación.

En eucariotas, la transcripción de ARN primaria se somete al principio a varios procesos en el núcleo celular. Solo entonces se exporta desde el núcleo como ARNm al citoplasma donde se encuentran los ribosomas.

Los procariotas poseen solo un tipo de ARN polimerasa para la síntesis de ARN. Por el contrario, los eucariotas poseen diferentes tipos de ARN polimerasas. Y principalmente la ARN polimerasa II cataliza la síntesis de pre-ARNm.

Una diferencia principal entre el ARN mensajero procariota y eucariota es que el ARN procariota suele ser policistrónico, mientras que el ARN mensajero eucariota suele ser monocistrónico … Esto permite a los procariotas tener la información de varios genes en una sola transcripción de ARNm. Por tanto, la síntesis de las proteínas codificadas y la síntesis de ARNm se producen simultáneamente. Una de estas regiones transcritas conjuntamente de genes relacionados funcionalmente en el ADN se denomina operón.

Procesamiento eucariota de ARN pre-mensajero (pre-ARNm)

En las células eucariotas, un ARN mensajero maduro es producido por Procesando su precursor. El precursor se denomina hnRNA (ARN nuclear heterogéneo) o pre-mRNA (precursor de RNA mensajero, pre-mRNA).

Estos pasos tienen lugar en el núcleo celular. Luego, el ARNm ingresa al citoplasma a través de poros nucleares. Y, finalmente, la biosíntesis de proteínas tiene lugar a través de los ribosomas.

  • Taponamiento : El extremo 5 ‘de la molécula de ARN tiene una estructura de capa 5’. Esta tapa consiste en una forma modificada de guanosina, 7-metilguanosina (m7G). La tapa protege el ARN de la degradación por nucleasas y permite el complejo de unión de la tapa. Esto es importante para la exportación nuclear, entre otras cosas. Después del transporte al citosol, la tapa ayuda en el reconocimiento del ARNm. Lo hace con la ayuda de una pequeña subunidad ribosómica. Esto ayuda a iniciar la traducción.
  • Poliadenilación : El ARN sufre poliadenilación en el extremo 3 ‘. Durante este proceso, se une una cola poli-A que consta de 30 a 200 nucleótidos de adenina. Esto también protege al ARN mensajero de la degradación enzimática. Además, facilita tanto la exportación nuclear como la traducción del ARNm.
  • Empalme : El empalme elimina ciertos segmentos de ARN de la transcripción original conocidos como intrones. Los intrones no suelen contribuir a la codificación de la información. Los segmentos restantes se unen como exones. Este proceso tiene lugar en el espliceosoma.

El espliceosoma es un complejo del hnRNA y las denominadas snRNP (pequeñas ribonucleoproteínas nucleares). Spliceosome consta de los snRNAs U1, U2, U4, U5 y U6 y alrededor de 50 proteínas. Mediante empalme alternativo, se pueden producir diferentes ARNm a partir del mismo ARNh. Estos resultados cuando se traducen también pueden conducir a diferentes proteínas.

Complejo empalceosómico que ayuda a producir ARN mensajero (ARNm).
Complejo empalceosómico que ayuda a producir ARN mensajero. Fuente de la imagen: Agathman, Wikimedia Commons, CC-BY-SA 3.0

Aquí también es donde intervienen varios procesos reguladores de la célula. La interferencia de ARN antisentido y ARN se puede utilizar para degradar el ARNm. Por tanto, esto evita la traducción.

Además, los nucleótidos de un ARN mensajero se modifican a veces mediante el proceso de edición del ARN. Un ejemplo es el ARNm de la apolipoproteína B. Por ejemplo, en algunos tejidos la edición en el ARNm de la apolipoproteína B crea un segundo codón de terminación en sentido ascendente. Esto codifica una proteína más corta con una función diferente.

Las regiones no traducidas en el ARNm también son responsables de regular la transcripción y la traducción.

Traducción

Durante la traducción, la secuencia codificante de las bases de ácido nucleico del ARNm se traduce en la secuencia de aminoácidos. Esto da como resultado la formación de una de las cadenas polipeptídicas de una proteína.

La secuencia de nucleótidos de un marco de lectura abierto se lee en tripletes. A cada triplete de bases se le asigna un aminoácido específico mediante la transferencia de moléculas de ARN o ARNt. A continuación, se unen al anterior mediante un enlace peptídico. Este proceso tiene lugar en los ribosomas del citoplasma y representa la biosíntesis de proteínas real.

En las células eucariotas, los ribosomas pueden estar libres o adherirse a la membrana del retículo endoplásmico.

Traducción de ADN a proteína.
Traducción de ADN a ARNm a proteína. Fuente de la imagen: Becky Boone, Wikimedia Commons, CC-BY-SA 2.0

Al unirse a un ARN mensajero, el ribosoma traduce la secuencia de nucleótidos codificante del ARNm. Traduce el código de nucleótidos en la secuencia de aminoácidos correspondiente de una proteína.

Las moléculas de aminoácidos necesarias son transportadas por moléculas de ARNt del citoplasma celular. Un ARN mensajero procariota a menudo contiene varias secciones codificantes (ARNm poligénico). Por el contrario, los ARNm eucariotas son monocistrónicos y contienen solo una sección con una secuencia codificante.

Un ribosoma traduce solo un ARN mensajero a la vez. A continuación, el ribosoma se desprende del ARNm. Sin embargo, varios ribosomas pueden unirse a un ARNm al mismo tiempo y sintetizar una cadena polipeptídica cada uno.

Asimismo, el ribosoma puede leer un ARNm varias veces seguidas. El número de moléculas de proteína formadas depende, por tanto, del número de procesos de traducción llevados a cabo.

Degradación ARN mensajero (ARNm)

El ARNm es degradado enzimáticamente por una ribonucleasa (RNasa) y se descompone en sus nucleótidos. Estos nucleótidos se pueden usar nuevamente para construir nuevas moléculas de ARN. Se llama degradación .

La degradación del ARN mensajero marca el final de la vida de una molécula de ARNm. Sin embargo, la duración de la actividad nucleasa en la célula puede variar. Y es importante para la regulación de la biosíntesis de proteínas.

En eucariotas, el proceso de degradación a menudo tiene lugar en estructuras específicas del citoplasma. Estas estructuras se conocen como cuerpos P-. En lugar de degradarse para una nueva traducción, las moléculas de ARNm se pueden almacenar temporalmente en el citoplasma. Además, también son posibles formas adicionales de regulación.