Definición de ARN mensajero
Los ácidos ribonucleicos mensajeros (ARNm) transfieren la información del ADN a la maquinaria celular que fabrica las proteínas. En el núcleo de cada célula, que mide sólo 10 micras de diámetro, hay un «manual de instrucciones» de ADN de doble cadena de tres metros de largo sobre cómo construir y mantener el cuerpo humano. Para que cada célula mantenga su estructura y realice todas sus funciones, debe fabricar continuamente piezas específicas del tipo de célula (proteínas). Dentro de cada núcleo, una proteína de múltiples subunidades llamada ARN polimerasa II (RNAP II) lee el ADN y fabrica simultáneamente un «mensaje» o transcripción, que se llama ARN mensajero (ARNm), en un proceso llamado transcripción. Las moléculas de ARNm están compuestas por cadenas relativamente cortas de moléculas simples formadas por bases de adenina, citosina, guanina y uracilo unidas por una espina dorsal de fosfato de azúcar. Cuando la ARN polimerasa termina de leer una sección del ADN, la copia del 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 la función de la proteína recién sintetizada, ésta será modificada por la célula, exportada al espacio extracelular o permanecerá dentro de la célula. El siguiente diagrama muestra la transcripción (ADN->ARN) que tiene lugar en el núcleo de la célula, donde la RNAP es la enzima ARN polimerasa II que sintetiza el 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 hacer el ARNm maduro, la maquinaria celular elimina los intrones «no traducibles» del ARNm previo, dejando sólo las secuencias de exones traducibles en el ARNm.
Tipos de ARNm
ARNpre y ARNh
El ARNm precursor (ARNpre) es el transcrito primario del ARNm eucariótico que sale del molde de ADN. El ARNpre forma parte de un grupo de ARN llamado ARN nuclear heterogéneo (ARNh). El ARNh se refiere a todos los ARN de una sola hebra ubicados dentro del núcleo de la célula, donde tiene lugar la transcripción (ADN->ARN) y el ARNpre forma una gran parte de estos ácidos ribonucleicos. El pre-ARNm contiene secuencias que deben ser eliminadas o «empalmadas» antes de ser traducidas en una proteína. Estas secuencias pueden eliminarse mediante la actividad catalítica del propio ARN o mediante la acción de una estructura multiproteica denominada espliceosoma. Tras este paso de procesamiento, el pre-ARNm se considera un transcrito de ARNm maduro.
El diagrama siguiente describe la estructura del pre-ARNm. El pre-ARNm incluye intrones y puede o no incluir la tapa 5′ y la cola 3′ poli-adenilada:
ARNm monocistrónico
Una molécula de ARNm monocistrónico contiene las secuencias de exones que codifican una sola proteína. La mayoría de los ARNm eucariotas son monocistrónicos.
ARNm bicistrónico
Una molécula de ARNm bicistrónico contiene las secuencias de codificación de exones para dos proteínas.
ARNm policistrónico
Una molécula de ARNm policistrónico contiene las secuencias de codificación de exones para múltiples proteínas. La mayoría de los ARNm de las bacterias y de los bacteriófagos (virus que viven en huéspedes bacterianos) son policistrónicos.
ARNm procariótico vs. eucariótico
Los ARNm procarióticos policistrónicos contienen múltiples sitios para iniciar y terminar la síntesis de proteínas. Los procariontes carecen de orgánulos y de una envoltura nuclear bien definida, por lo que la traducción del ARNm puede acoplarse a la transcripción del ARNm en el citoplasma. En los eucariotas, el ARNm se transcribe en los cromosomas del núcleo y, tras su procesamiento, se traslada a través de los poros nucleares al citoplasma. A diferencia de los procariotas, la traducción en los eucariotas sólo tiene lugar después de que se haya completado la transcripción.El ARNm de los procariotas es constantemente degradado por las ribonucleasas, enzimas que cortan el ARN. Por ejemplo, la vida media del ARNm en E. Coli es de aproximadamente dos minutos. Los ARNm bacterianos tienen una vida corta para permitir la flexibilidad de ajustarse a las condiciones ambientales que cambian rápidamente. Los ARNm eucariotas son más estables desde el punto de vista metabólico. Por ejemplo, los precursores de los glóbulos rojos de los mamíferos (reticulocitos), que han perdido su núcleo, sintetizan hemoglobina durante varios días traduciendo los ARNm que se transcribieron cuando el núcleo aún estaba presente. Por último, los ARNm de los procariotas sufren un procesamiento mínimo. En los eucariotas, el ARNm previo debe someterse a un procesamiento antes de ser traducido, que implica la eliminación de intrones, la adición de la tapa 5′ así como la cola poliadenilada 3′ antes de que se forme el ARNm maduro y esté listo para ser traducido.
Funciones del ARNm
La función principal del ARNm es actuar como intermediario entre la información genética del ADN y la secuencia de aminoácidos de las proteínas. El ARNm contiene codones que son complementarios a la secuencia de nucleótidos del ADN molde y dirigen la formación de aminoácidos mediante la acción de los ribosomas y el ARNt. El ARNm también contiene múltiples regiones reguladoras que pueden determinar el momento y la velocidad de la traducción. Además, garantiza que la traducción proceda de forma ordenada porque contiene sitios para el acoplamiento de los ribosomas, el ARNt y varias proteínas auxiliares.
Las proteínas producidas por las células desempeñan diversas funciones, ya sea como enzimas, moléculas estructurales o como maquinaria de transporte para diversos componentes celulares. Algunas células también están especializadas en la secreción de proteínas, como las glándulas que producen enzimas digestivas u hormonas que influyen en el metabolismo de todo el organismo.
Traducción del ARNm
El ARNm puede traducirse en los ribosomas libres del citoplasma con la ayuda de moléculas de ARN de transferencia (ARNt) y de múltiples proteínas denominadas factores de iniciación, elongación y terminación. Las proteínas que se sintetizan en los ribosomas libres del citoplasma suelen ser utilizadas por la célula en el propio citoplasma o se destinan al interior de los orgánulos intracelulares. Por otra parte, las proteínas que han de ser secretadas comienzan a traducirse en el citoplasma, pero en cuanto se traducen los primeros residuos, unas proteínas específicas transportan toda la maquinaria de traducción a la membrana del retículo endoplásmico (RE). Los pocos aminoácidos iniciales 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 deben ser secretadas de la célula, mientras que las destinadas a las membranas internas conservan ese tramo corto que proporciona un anclaje a la membrana.
Más de 200 enfermedades se asocian a defectos en el procesamiento del pre-ARNm a ARNm. Las mutaciones en el ADN o en la maquinaria de empalme afectan principalmente a 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. Asimismo, si la maquinaria de empalme no funciona correctamente, el espliceosoma puede cortar el pre-ARNm de forma incorrecta independientemente de la secuencia. Estas mutaciones dan lugar al procesamiento del pre-ARNm en ARNm que pasará a codificar proteínas que funcionan mal. Los propios ARNm anormales también son a veces el objetivo de la descomposición del ARNm mediada por el sinsentido, así como de la degradación cotranscripcional de los ARNm nacientes. Las células derivadas de pacientes con diversas enfermedades, como la progeria, el cáncer de mama y la fibrosis quística, muestran defectos de empalme de ARN, siendo el cáncer y las enfermedades neuropatológicas las más comunes.
- 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.
- RNAP 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 del ADN por la ARN polimerasa.
- Traducción – La traducción es la síntesis de proteínas a partir del ARNm en la que intervienen los ribosomas y otras proteínas.
Quiz
1. Las moléculas de ARNm maduro son cortas, de una sola hebra y contienen los siguientes componentes:
A. adenina, citosina, guanina y uracilo, exones, 5′-tapa y 3′-cola
B. adenina, citosina, guanina y uracilo, intrones, exones, 5′-cap y 3′-policola
C. adenina, citosina, guanina y uracilo, intrones
D. intrones, 5′-cap y 3′-policola
2. Nombre la ubicación y la maquinaria celular que interviene en la transcripción y traducción del ARNm.
A. La transcripción ocurre en el núcleo a través de la acción de los ribosomas; la traducción ocurre en el citoplasma, a través de la RNAP II.
B. La transcripción se produce en el núcleo por la acción de la RNAP II; la traducción se produce en el citoplasma o en el retículo endoplásmico por la acción del ribosoma.
C. La transcripción se produce en la membrana celular por la acción de la RNAP II; la traducción se produce en el citoplasma por la acción de los factores de traducción.
D. Ninguna de las anteriores es correcta.
3. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones es cierta sobre las diferencias entre el ARNm de eucariotas y procariotas?
A. A diferencia de los eucariotas que transcriben en el núcleo y traducen en el citoplasma, los procariotas, transcriben y traducen el ARNm simultáneamente en el citoplasma.
B. El ARNm de los procariotas es principalmente policistrónico y el de los eucariotas es principalmente monocistrónico.
C. Los ARNm bacterianos son de corta duración para permitir la flexibilidad en entornos rápidamente cambiantes, mientras que los ARNm eucariotas son estables hasta unos pocos días.
D. Todas las afirmaciones anteriores son correctas.
4. ¿Qué ocurre durante el importante paso de procesamiento del pre-ARNm al ARNm?
A. Los intrones no codificantes se eliminan o se «empalman».
B. El ARNm se traduce en proteína.
C. El pre-ARNm se exporta fuera del núcleo.
D. Todas las anteriores.