¿Qué son el ARNm y el ARNt?
Encontradas en los organismos vivos, tres moléculas de ARN diferentes desempeñan funciones importantes en el proceso de expresión genética. Son ARN mensajero (ARNm), ARN de transferencia (ARNt) y ARN (el ARN ribosomal (ARNr) contiene cuatro bases básicas, a saber, adenina, guanina, citosina y uracilo. >
La estructura primaria del ARN se compone principalmente de cuatro nucleótidos, AMP, GMP, CMP y UMP, que están conectados por enlaces fosfodiéster 3', 5'. La estructura secundaria del ARN natural no es una doble hélice como el ADN. pero se puede plegar en múltiples secciones, lo que hace que algunos pares de bases A-U y G-C formen regiones helicoidales cortas e irregulares que se expanden para formar bucles y quedan excluidos de la doble hélice. El factor estabilizador de la estructura de doble hélice en el ARN es principalmente el apilamiento. fuerza de las bases, seguida de enlaces de hidrógeno. Cada región de doble hélice requiere al menos de 4 a 6 pares de bases para permanecer estable. En el ARN, la proporción de regiones de doble hélice es diferente. Hay tres tipos principales de ARN en las células, a saber, ARNm. ARNr y ARNt En la mayoría de las células, el contenido de ARN es 5 veces mayor que el de ADN ~ 8 veces. Características del ARN de Escherichia coli
ARN mensajero
La información genética de los organismos es. Se almacena principalmente en la secuencia de bases del ADN, pero el ADN no determina directamente la síntesis de proteínas. En las células eucariotas, el ADN se almacena principalmente en los cromosomas dentro del núcleo, mientras que el sitio de síntesis de proteínas existe en los ribosomas en el citoplasma. Se necesita una sustancia para transferir la información genética que controla la síntesis de proteínas del ADN a la ribosa. Se ha demostrado que este intermediario es un tipo especial de ARN que transmite información genética, por eso se llama ARN (ARN mensajero (ARNm)). .
La función del ARNm es transferir información genética. La información genética se transcribe con precisión en el ADN, y luego la secuencia de bases del ARNm determina la secuencia de aminoácidos de la proteína, completando así el proceso genético. transmisión de información durante la expresión génica, el ARN precursor formado por la transcripción contiene una gran cantidad de secuencias no codificantes, de las cuales solo alrededor del 25% se procesa en ARNm y finalmente se traduce en proteína. mRNA) varía mucho en tamaño molecular, a menudo se le llama ARN nuclear heterólogo (HNRNA).
ARNt
Si el ARNm es el modelo para la síntesis de proteínas, entonces el ribosoma es la fábrica. para la síntesis de proteínas, sin embargo, entre los 20 aminoácidos y las bases del ARNm, las materias primas para la síntesis de proteínas carecen de una afinidad especial. Por lo tanto, se debe utilizar un tipo especial de ARN (ARN de transferencia (ARNt)) para transportar los aminoácidos. al ribosoma puede conectar con precisión los aminoácidos que transporta en secuencia para formar una cadena polipeptídica de acuerdo con el código genético del ARNm. Cada aminoácido puede unirse a 1-4 tipos de ARNt, y se conocen más de 40. Los ARNt.
El ARNt es el ARN más pequeño, con un peso molecular medio de unos 27.000 (25.000-30.000), y consta de 70 a 90 nucleótidos. Y tiene las características de bases raras. Además de pseudouridina y nucleósidos de hipoxantina, se trata principalmente de purinas y pirimidinas metiladas. Estas bases raras generalmente se crean mediante modificaciones especiales después de la transcripción.
Desde 1969, se han estudiado las estructuras de más de una docena de ARNt de levadura, E. coli, trigo, ratones y otros organismos, demostrando que sus secuencias de bases pueden plegarse en estructuras secundarias en forma de trébol. (Figura 3-23), y todos tienen las siguientes * * * características:
① Hay g (principalmente) o c en el extremo 5'.
②El extremo de 3' termina en orden ACC.
③Hay un anillo rico en guanina.
④ En la parte superior de este anillo hay un anillo anticodón con tres bases expuestas, llamados anticodones. Los anticodones pueden emparejarse con codones complementarios en la cadena de ARNm.
⑤Hay un anillo de timina.
ARN ribosómico (ribosomal RNA)
El ARN (ARN ribosómico (rRNA)) es el componente principal de los ribosomas, son las fábricas que sintetizan las proteínas.
En E. coli, el ARNr representa entre el 75% y el 85% del ARN celular total, mientras que el ARNt representa el 15% y el ARNm sólo entre el 3% y el 5%.
Generalmente el ARNr se combina con proteínas ribosómicas para formar ribosomas. Si se elimina el ARNr del ribosoma, la estructura del ribosoma colapsa. Los ribosomas de los procariotas contienen tres tipos de ARNr: 5S, 16S y 23S. s es el coeficiente de sedimentación. Cuando la velocidad de sedimentación de una partícula se mide mediante ultracentrifugación, la velocidad es proporcional al tamaño y diámetro de la partícula. 5S contiene 120 nucleótidos, 16S contiene 1540 nucleótidos y 23S contiene 2900 nucleótidos. Hay cuatro tipos de ARNr en eucariotas. Sus tamaños moleculares son 5S, 5,8S, 18S y 28S, con aproximadamente 120, 160, 1900 y 4700 nucleótidos respectivamente.
El ARNr es monocatenario y contiene cantidades variables de A y U, G y C, pero tiene extensas regiones bicatenarias. En la región de doble hebra, las bases están unidas por enlaces de hidrógeno y forman una hélice en forma de horquilla.
La función del ARNr en la síntesis de proteínas no se comprende del todo. Sin embargo, hay una secuencia de nucleótidos en el extremo 3' de 16S que es complementaria a la secuencia líder del ARNm, lo que puede ayudar a la unión del ARNm a los ribosomas.
snRNA
Además de los tres ARN principales mencionados anteriormente, también hay ARN (RNA nuclear pequeño (snRNA)) en las células. Es la clave para el empalme del ARN en el post-splicing. procesamiento transcripcional en eucariotas El componente principal Actualmente, se han descubierto 5 tipos de snRNA, con una longitud de aproximadamente 100-215 nucleótidos en los mamíferos. El snRNA siempre existe en el núcleo y forma espliceosomas de ARN con aproximadamente 40 tipos de proteínas nucleares. El procesamiento transcripcional del ARN juega un papel importante. Además, existe la telomerasa del ARN, que está relacionada con la replicación de los extremos de los cromosomas (ARN antisentido) y participa en la regulación de la expresión génica. Las moléculas de ARN también tienen catálisis biológica.
Las moléculas de ARN anteriores son todas productos de la transcripción y el ARNm eventualmente se traduce en proteína. Sin embargo, el ARNr, el ARNt y el ARNsn no transportan información que se traduzca en proteína. Sus productos finales son todos ARN.
2006. Interpretación del mecanismo de interferencia del ARN del Premio Nobel de Medicina
En 1990, los científicos insertaron un gen que produce pigmento rojo en petunias, con la esperanza. para hacer las flores más coloridas, pero sucedió algo inesperado: ¡la petunia se desvaneció por completo y sus pétalos se volvieron blancos! La comunidad científica estaba extremadamente confundida al respecto hasta que los científicos estadounidenses Andrew Farr y Craig Mello descubrieron el mecanismo de interferencia del ARN. Precisamente por este descubrimiento en 1998 los dos científicos ganaron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina de este año.
Según el descubrimiento de Farr y Mello, los científicos observaron en la petunia. El experimento se debe en realidad a que un determinado gen en el organismo está "silenciado". El mecanismo que causa el "silenciamiento" del gen es el mecanismo de interferencia de ARN.
Anteriormente, las moléculas de ARN sólo se consideraban el "intermediario". Del ADN a la proteína y al "mensajero" que transporta información genética desde el "modelo" al "trabajador", la investigación de Farr y Mello llevó a la conclusión de que no se puede subestimar el efecto del ARN al desactivar genes específicos, haciéndolos más o menos activos. El tamaño y el desarrollo de un organismo, al comentar sobre el trabajo de Farr y Mello, el jurado del Premio Nobel dijo: "El descubrimiento podría explicar muchas observaciones experimentales desconcertantes y contradictorias y revelar los mecanismos naturales que controlan el flujo de información genética".
< Los científicos creen que la tecnología de interferencia de ARN no es sólo para la investigación. Una herramienta poderosa para la función genética; en un futuro cercano, esta tecnología puede usarse para "silenciar" genes que causan enfermedades directamente desde la fuente para tratar el cáncer e incluso el SIDA. Desde esta perspectiva, el "silenciamiento" también será prometedor. Investigadores de la Facultad de Medicina de Harvard, en Estados Unidos, utilizaron experimentos con animales para demostrar que la hepatitis en ratones experimentales puede curarse mediante tecnología de interferencia de ARN. En la actualidad, aunque todavía existen algunos problemas que obstaculizan el desarrollo de la tecnología de interferencia de ARN, la comunidad científica en general tiene grandes esperanzas en esta tecnología de bioingeniería emergente. Por eso el jurado del Premio Nobel no insistió en la "práctica" de décadas. verificación práctica de los resultados de la investigación, pero otorgó el premio a Farr y Mello Una de las razones.Goran Hanson, presidente del Premio Nobel de Fisiología o Medicina, dijo: "Otorgamos el premio por el descubrimiento de un mecanismo básico. Científicos de todo el mundo han demostrado que este mecanismo es correcto. Es hora de otorgarle un Premio Nobel”.
Suplemento
El ácido ribonucleico (abreviado como ARN) es el portador de información genética en las células biológicas y en algunos virus y viroides.
El ARN es una molécula en cadena formada por la condensación de ribonucleótidos y enlaces fosfato. Las moléculas de ribonucleótidos están compuestas de fosfato, ribosa y bases. El ARN tiene cuatro bases principales, A adenina, G guanina, C citosina y U uracilo. Entre ellos, el U (uracilo) reemplaza a la T timina en el ADN y se convierte en la base característica del ARN.
A diferencia del ADN, el ARN es generalmente una molécula monocatenaria y no forma una estructura de doble hélice. Sin embargo, muchos ARN también necesitan formar una determinada estructura secundaria o incluso terciaria mediante el principio de emparejamiento de bases. para funcionar. Las reglas de emparejamiento de bases del ARN son básicamente las mismas que las del ADN, pero además del emparejamiento A-U y G-C, G-U también puede emparejarse.
En las células, el ARN se divide principalmente en tres categorías basadas en diferentes estructuras y funciones, a saber, ARNt (ARN de transferencia), ARNr (ARN ribosómico) y ARNm (ARN mensajero). El ARNm es una plantilla para la síntesis de proteínas y su contenido se transcribe del ADN en el núcleo celular. El ARNt es el reconocedor de la secuencia de bases (es decir, el código genético) del ARNm y también es el transportador de aminoácidos. El ARNr es un componente de los ribosomas, el lugar de trabajo de la síntesis de proteínas.
En cuanto a los virus, muchos virus sólo utilizan el ARN como único portador de información genética (a diferencia de los organismos celulares que generalmente utilizan ADN bicatenario como portador).
Las investigaciones desde 1982 han demostrado que muchos ARN, como los intrones tipo I y tipo II, RNasa P, HDV, ARN ribosómico de subunidad grande, etc., tienen la actividad de catalizar reacciones bioquímicas, es decir, Tienen actividad enzimática, estos ARN se llaman ribozimas.
Desde los años 90 se han descubierto fenómenos como el RNAi (ARN de interferencia), demostrando el importante papel del ARN en la regulación de la expresión génica.
En los virus de ARN, el ARN es el material genético, y los virus de plantas siempre contienen ARN. En los últimos años, se han descubierto en las plantas algunos agentes causantes de enfermedades infecciosas que son mucho más pequeños que los virus, llamados viroides. Los viroides son moléculas de ARN monocatenario de circuito cerrado sin proteínas. Además, hay dos tipos de ARN en las células eucariotas, a saber, el ARN nuclear heterólogo (hnRNA) y el ARN nuclear pequeño (snRNA). El HnRNA es el precursor del mRNA; el SnRNA participa en el empalme del hnRNA (un proceso de procesamiento). Desde que se determinó la secuencia de bases del ARNt de alanina de levadura en 1965, los métodos para la secuenciación del ARN se han mejorado continuamente. En la actualidad, además de varios ARN más pequeños, como ARNt, 5SrRNA y 5.8SrRNA, se ha completado la determinación de la estructura primaria de algunos ARN virales, ARNm y ARN más grandes. Por ejemplo, el ARN del bacteriófago MS2 contiene 3569 nucleótidos.