Procesamiento de ARN

Tipos de ARN implicados en el procesamiento del ARN

Empecemos por examinar la definición de ARN.

En este artículo abordaremos tres tipos de AR N que intervienen en el procesamiento del ARN:

• ARN mensajero (ARNm): producido durante la transcripción, esta molécula contiene la información proteica del gen que se codificó en el ADN y se utilizará como molde en la traducción.

• ARN de transferencia (ARNt): descodifica el ARNm en una proteína durante la traducción.

• ARNribosómico (ARNr):constituye el núcleo del ribosoma, el orgánulo en el que tiene lugar la síntesis de proteínas.

¿Qué es el procesamiento del ARN?

El procesamiento del ARN prepara el transcrito (el producto de la transcripción) para que pueda funcionar en la traducción o en la síntesis de proteínas. Como tal, tiene lugar después de la transcripción y antes de la traducción.

Cuando está recién formado y sin procesar, se añade "pre-" al nombre del transcrito: pre-ARNm, pre-ARNt y pre-ARNr. Tras el procesamiento, se dice que el transcrito se convierte en "maduro", lo que significa que está listo para la síntesis de proteínas.

Antes de continuar, hagamos una breve recapitulación sobre la transcripción y la traducción.

Transcripción: Proceso de fabricación del ARN a partir del ADN

Latranscripción consiste en copiar la secuencia de ADN de un gen y escribirla en ARNm. La transcripcióntiene tres pasos básicos: iniciación, elongación y terminación. La transcripción puede resumirse de la siguiente manera:

1. Iniciación: una enzima llamada ARN polimerasa se une al promotor, un lugar de la cadena de ADN que significa el inicio del gen. Esto hace que el ADN se desenrolle.

2. Elongación: La ARN polimerasa recorre la cadena de 3′ a 5'. A medida que recorre la cadena, la "copia" añadiendo pares de bases complementarias de 5′ → 3′. La timina (T) del ADN se codifica como uracilo (U) en el ARNm.

3. Terminación: El ARN se encuentra con una secuencia de terminación en el gen que señala el final de la transcripción. Los enlaces de hidrógeno que unen el ADN con el ARNm recién formado se rompen, liberando la molécula de ARNm.

   • Mientras que la transcripción procariota finaliza aquí, el ARNpre-m eucariota se somete a un procesamiento posterior: capado, poliadenilación y empalme, de todo lo cual hablaremos más adelante.

Traducción: Proceso de fabricación de proteínas a partir del ARN

Latraducción es el proceso de "leer" la información contenida en el ARNm y convertirla en una secuencia de aminoácidos. Al igual que la transcripción, la traducción tiene lugar en tres pasos: iniciación, elongación y terminación.

1. Iniciación: la subunidad ribosómica pequeña se une a la molécula de ARNt iniciadora cargada (ARNti) y juntas atraviesan la cadena de ARNm hasta el codón de inicio "AUG". El anticodón del ARNt se une al codón de inicio mediante el emparejamiento de bases.

2. Elongación: el ribosoma sigue traduciendo codones y añadiendo aminoácidos a la cadena de aminoácidos en crecimiento.

3. Terminación: la traducción finaliza cuando se encuentra un codónsin sentido o de parada (UAA, UAG o UGA). Factores de liberación piden que se hidrolicen el ARNt y la cadena polipeptídica, liberando la proteína recién formada.

Pasos en el procesamiento del ARN

En la siguiente sección hablaremos del procesamiento del ARNm que tiene lugar en las células eucariotas. También hablaremos del procesamiento del ARNt y del ARNr que tiene lugar tanto en las células procariotas como en las eucariotas.

Procesamiento del ARN mensajero (ARNm) en eucariotas

En las células eucariotas, los ARNpre-m recién transcritos deben someterse a un procesamiento adicional antes de que puedan trasladarse del núcleo al citoplasma y, a continuación, traducirse en una proteína. Estos pasos adicionales confieren al ARNm eucariota una vida media más larga en comparación con el ARNm procariota.

Los pre-ARNm se someten a tres pasos adicionales antes de la traducción: Captación 5', poliadenilación y empalme del pre-ARNm. Repasemos cada uno de estos pasos.

Capado 5' en el procesamiento del ARN mensajero: descripción y diagrama

Mientras se sintetiza el ARNpre-m, el extremo 5' del transcrito de ARNpre-m se cubrirá con un grupo funcional 7-metilguanosina cap a través de un enlace trifosfato. El grupo funcional lo estabiliza , impidiendo que se rompa mientras se procesa y se transporta fuera del núcleo. Además, los factores que intervienen en la síntesis proteica pueden detectar la caperuza y ayudar a iniciar la traducción.

El proceso del tapón 5' se simplifica en el diagrama siguiente (Fig. 1).

La poliadenilación en el procesamiento del ARN mensajero: descripción y diagrama

Tras el paso de elongación en la transcripción, una enzima llamada endonucleasa crea una ruptura entre una secuencia AAUAAA y una secuencia rica en GU en el ARNpre-m. Esto deja la AAUAAA en el ARNpre-m.

Acontinuación, una colapoli-A (una cadena de unos 200 residuos de adenina) se unirá al pre-ARNm. La cola poli-A proporcionará una protección añadida y señalará la necesidad de que el pre-ARNm sea transportado al citoplasma.

El proceso de poliadenilación se simplifica en el diagrama siguiente (Fig. 2).

El empalme en el procesamiento del ARN mensajero: descripción y diagrama

Elempalme es el proceso por el que se eliminan los intrones del ARNpre-m y se unen los exones. Esto lo realiza un complejo de aproximadamente 200 proteínas y moléculas de ARN llamado espliceosomas.

Los intr ones son secuencias que intervienen, mientras que los exones son secuencias que codifican proteínas; ambas se encuentran en los genes eucarióticos. El empalme se produce mientras el ARNpre-m está todavía en el núcleo.

Los intrones en el ARNm no codifican proteínas funcionales; por ello, es importante que se eliminen del ARNpre-m antes de la síntesis de proteínas para garantizar que los exones se unen correctamente para la codificación de aminoácidos.

Ten en cuenta que los intrones pueden tener más de 70 bases y cada uno de ellos tiene que someterse a un empalme para generar una molécula de ARNm que pueda traducirse correctamente. Si se produce un error en el proceso de empalme (aunque sea de un solo nucleótido), los exones unidos de nuevo se desplazarían y se leerían incorrectamente. Como resultado, la proteína a codificar sería disfuncional.

El proceso de empalme del ARNpre-m se simplifica en el diagrama siguiente (Fig. 3).

Procesamiento del ARN de transporte (ARNt) y del ARN ribosómico (ARNr)

Además de los ARNm eucariotas, los ARNt y los ARNr que se encuentran tanto en eucariotas como en procariotas también sufren un procesamiento antes de participar en la síntesis de proteínas.

• El pre-ARNt se transcribe y procesa en el núcleo antes de pasar al citoplasma, donde se une a los aminoácidos libres para su traducción.

• El pre-ARNr se transcribe, procesa y combina para formar ribosomas en el nucléolo.

La mayoría de los ARNt y ARNr procariotas y eucariotas se transcriben como una larga molécula precursora formada por varios ARNt o ARNr. Las enzimas cortan este precursor en subunidades de ARNt o ARNr. Algunos pre-ARNr están unidos a un grupo funcional metilo para estabilizarlos. Además, al igual que ocurre con los ARNm, los pre-ARNt y los pre-ARNr eucariotas sufren empalmes.

Los ARNr maduros representan casi la mitad de cada ribosoma. Algunas moléculas de ARN de un ribosoma son únicamente estructurales, mientras que otras incluyen actividad catalítica o de unión. Mediante enlaces de hidrógeno intramoleculares, los ARNt maduros desarrollan una estructura tridimensional con el sitio de unión del aminoácido en un extremo y el anticodón en el otro. El anticodón es un codón del ARNt complementario de un codón del ARNm.

Es importante señalar que, aunque estas moléculas participan en la traducción, no se traducen a sí mismas.