thumb|250px|Animación de un ARN mensajero.
El ácido ribonucleico o ARN es un ácido nucleico que participa en procesos biológicos esenciales para los seres vivos junto con el ADN y las proteínas. Está presente tanto en las células procariotas como en las eucariotas, y es el único material genético de ciertos virus (los virus ARN).
Desde el punto de vista químico, el ARN es un polinucleótido formado por una cadena simple de ribonucleótidos. Cada uno de estos se compone de una ribosa, un fosfato y una de las cuatro bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y uracilo). El ARN celular es lineal y monocatenario (de una sola cadena), pero en el genoma de algunos virus es de doble hebra.Bioquímica: libro de texto con aplicaciones clínicas, pág. 78. En Google Libros.
La principal función biológica en la que participa el ARN es dirigir las etapas intermedias de la síntesis proteica. El ADN contiene la información para la síntesis de las proteínas necesarias para el desarrollo y funcionamiento de la célula. Esta información es transferida al ARN mensajero (ARNm) en la transcripción del ADN; posteriormente se produce la traducción del ARNm, donde el ARN transferente (ARNt) transmite aminoácidos hasta el ARN ribosómico (ARNr), el cual enlaza los aminoácidos y construye las proteínas. El ARN también participa en otras funciones esenciales como la regulación de la expresión génica (ej.: ARN largo no codificante (ARNlnc) o el ARN pequeño de interferencia (ARNpi)) y la modificación post-transcripcional del ARNm (ej.: ARN pequeño nuclear).
Descubrimiento e historia Los ácidos nucleicos fueron descubiertos en 1867 por Friedrich Miescher, que los llamó nucleína, ya que los aisló del núcleo celular. Más tarde, se comprobó que las células procariotas, que carecen de núcleo, también contenían ácidos nucleicos. El papel del ARN en la síntesis de proteínas fue sospechado en 1939. Severo Ochoa ganó el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1959 tras descubrir cómo se sintetizaba el ARN.
En 1965 Robert W. Holley halló la secuencia de 77 nucleótidos de un ARN de transferencia de una levadura, con lo que obtuvo el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en conjunto con Har Gobind Khorana y Marshall W. Nirenberg en 1968. En 1967, Carl Woese comprobó las propiedades catalíticas de algunos ARN y sugirió que las primeras formas de vida usaron ARN como portador de la información genética tanto como catalizador de sus reacciones metabólicas (hipótesis del mundo de ARN). En 1976, Walter Fiers y sus colaboradores determinaron la secuencia completa del ARN del genoma de un virus ARN (bacteriófago MS2).
En 1990 se descubrió en la Petunia que genes introducidos pueden silenciar genes similares de la misma planta, lo que condujo al descubrimiento del ARN interferente. Aproximadamente al mismo tiempo se hallaron los micro-ARN, pequeñas moléculas de 22 nucleótidos que tenían algún papel en el desarrollo de Caenorhabditis elegans. El descubrimiento de ARN que regulan la expresión génica ha permitido el desarrollo de medicamentos hechos de ARN, como los ARN pequeños de interferencia que silencian genes.
Bioquímica del ARN 200px|miniaturadeimagen|derecha|Estructura química del ARN.300px|miniaturadeimagen|derecha|Comparación entre ARN y ADN.
Como el ADN, el ARN está formado por una cadena de monómeros repetitivos llamados nucleótidos. Los nucleótidos se unen uno tras otro mediante enlaces fosfodiéster cargados negativamente.
Cada nucleótido está formado por tres componentes:
Un monosacárido de cinco carbonos (pentosa) llamada β-D-ribofuranosa. Un grupo fosfato Una base nitrogenada, que puede ser Adenina (A) Citosina (C) Guanina (G) Uracilo (U)
+ Comparación entre el ARN y el ADN ARN ADN Pentosa Ribosa Desoxirribosa Purinas Adenina y Guanina Adenina y Guanina Pirimidinas Citosina y Uracilo Citosina y Timina
Los carbonos de la ribosa se numeran de 1' a 5' en sentido horario. La base nitrogenada se une al carbono 1'; el grupo fosfato se une al carbono 5' y al carbono 3' de la ribosa del siguiente nucleótido. El pico tiene una carga negativa a pH fisiológico lo que confiere al ARN carácter polianiónico. Las bases púricas (adenina y guanina) pueden formar puentes de hidrógeno con las pirimidínicas (uracilo y citosina) según el esquema C=G y A=U. Además, son posibles otras interacciones, como el apilamiento de bases o tetrabucles con apareamientos G=A. Muchos ARN contienen además de los nucleótidos habituales, nucleótidos modificados, que se originan por transformación de los nucleótidos típicos; son característicos de los ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico (ARNr); también se encuentran nucleótidos metilados en el ARN mensajero eucariótico.Devlin, T. M. 2004. Bioquímica, 4.ª edición. Reverté, Barcelona.
Apareamiento doble 200px|miniaturadeimagen|derecha|Apareamiento entre guanina y uracilo. La interacción por puentes de hidrógeno descrita por Watson y Crick forma pares de bases entre una purina y una pirimidina. A este patrón se le conoce como apareamiento Watson y Crick. En este, la adenina se aparea con el uracilo (timina, en ADN) y la citosina con la guanina. Sin embargo, en el ARN se presentan muchas otras formas de apareamiento, de las cuales la más ubicua es el apareamiento wobble (también apareamiento por balanceo o apareamiento titubeante) para la pareja G-U. Este fue propuesto por primera vez por Crick para explicar el apareamiento codón-anticodón en los ARNt y ha sido confirmado en casi todas las clases de ARN en los tres dominios filogenéticos.
Estructura Estructura primaria Se refiere a la secuencia lineal de nucleótidos en la molécula de ARN. Los siguientes niveles estructurales (estructura secundaria, terciaria) son consecuencia de la estructura primaria. Además, la secuencia misma puede ser información funcional; esta puede traducirse para sintetizar proteínas (en el caso del ARNm) o funcionar como región de reconocimiento, región catalítica, entre otras.
Estructura primaria de tRNAPhe
Estructura secundaria thumb|150px|derecha|Estructura secundaria de ARN de transferencia: tRNAPhe de S. cerevisiae.
El ARN se pliega como resultado de la presencia de regiones cortas con apareamiento intramolecular de bases, es decir, pares de bases formados por secuencias complementarias más o menos distantes dentro de la misma hebra. La estructura secundaria se refiere, entonces, a las relaciones de apareamiento de bases: «El término ‘estructura secundaria’ denota cualquier patrón plano de contactos por apareamiento de bases. Es un concepto topológico y no debe ser confundido con algún tipo de estructura bidimensional». La estructura secundaria puede ser descrita a partir de motivos estructurales que se suelen clasificar de la siguiente manera:
+ Elementos estructurales comunesTabla recopilada en (Tesis) Universidad Nacional Autónoma de México Hélice (tallo, stack) Región con bases apareadas. Bucle (ciclo, loop) Región incluida en una hélice en donde las bases no están apareadas.150px Bucle en horquilla (tallo y bucle, hairpin loop) Estructura en donde regiones cercanas de bases complementarias se aparean, separadas por una región no apareada que permite que la secuencia se doble para formar una hélice. 150px Bucle interno (internal loop) Estructura en donde hay regiones no apareadas en ambos lados de la hebra. Puede ser simétrico o asimétrico.150px Protuberancia (buldge) Estructura en donde hay una región no apareada en un solo lado de la hebra.thumb|Representación gráfica 3D del complejo CRISPR/Cas9 Bucle múltiple (helical junction) Región en donde se juntan múltiples hélices.150px Pseudonudo Variación de bucle en donde solo una parte del bucle sí está apareada. El pseudonudo más simple consiste de una región libre del ARN apareada con un bucle.150px
Estructura terciaria thumb|200px|izquierda|Estructura terciaria de dos ARN de transferencia: tRNAPhe y tRNAAsx.
La estructura terciaria es el resultado de las interacciones en el espacio entre los átomos que conforman la molécula. Algunas interacciones de este tipo incluyen el apilamiento de bases y los apareamientos de bases distintos a los propuestos por Watson y Crick, como el apareamiento Hoogsteen, los apareamientos triples y los zíperes de ribosa.
Hélice A 300px|miniaturadeimagen|derecha|Hélice A de ARN. A diferencia del ADN las moléculas de ARN suelen ser de cadena simple y no forman hélices dobles extensas, no obstante, en las regiones con bases apareadas sí forma hélices como motivo estructural terciario. Una importante característica estructural del ARN que lo distingue del ADN es la presencia de un grupo hidroxil en posición 2' de la ribosa, que causa que las dobles hélices de ARN adopten una conformación A, en vez de la conformación B que es la más común en el ADN. Esta hélice A tiene un surco mayor muy profundo y estrecho y un surco menor amplio y superficial. Una segunda consecuencia de la presencia de dicho hidroxilo es que los enlaces fosfodiéster del ARN de las regiones en que no se forma hélice doble son más susceptibles de hidrólisis química que los del ADN; los enlaces fosfodiéster del ARN se hidrolizan rápidamente en disolución alcalina, mientras que los enlaces del ADN son estables. La vida media de las moléculas de ARN es mucho más corta que las del ADN, de unos minutos en algunos ARN bacterianos o de unos días en los ARNt humanos.
Biosíntesis
La biosíntesis de ARN está catalizada normalmente por la enzima ARN polimerasa que usa una hebra de ADN como molde, proceso conocido con el nombre de transcripción. Por tanto, todos los ARN celulares provienen de copias de genes presentes en el ADN.
La transcripción comienza con el reconocimiento por parte de la enzima de un promotor, una secuencia característica de nucleótidos en el ADN situada antes del segmento que va a transcribirse; la hélice doble del ADN es abierta por la actividad helicasa de la propia enzima. A continuación, la ARN polimerasa progresa a lo largo de la hebra de ADN en sentido 3' → 5', sintetizando una molécula complementaria de ARN; este proceso se conoce como elongación, y el crecimiento de la molécula de ARN se produce en sentido 5' → 3'. La secuencia de nucleótidos del ADN determina también dónde acaba la síntesis del ARN, gracias a que posee secuencias características que la ARN polimerasa reconoce como señales de terminación.
Tras la transcripción, la mayoría de los ARN son modificados por enzimas. Por ejemplo, al pre-ARN mensajero eucariota recién transcrito se le añade un nucleótido de guanina modificado (7-Metilguanosina) en el extremo 5' por medio de un puente de trifosfato formando un enlace 5'→ 5' único, también conocido como «capucha» o «caperuza», y una larga secuencia de nucleótidos de adenina en el extremo 3' (cola poli-A); posteriormente se le eliminan los intrones (segmentos no codificantes) en un proceso conocido como empalme o ayuste.
En virus, hay también varias ARN polimerasas ARN-dependientes que usan ARN como molde para la síntesis de nuevas moléculas de ARN. Por ejemplo, varios virus ARN, como los poliovirus, usan este tipo de enzimas para replicar su genoma.
Clases de ARN La principal función del ARN es dirigir la síntesis de proteínas, a partir de la información obtenida del ADN. Las clases de ARN, según la fase, son los siguientes: ARNm, transmite la información del ADN, para la síntesis de proteínas.Se localizar inicialmente en el núcleo, donde se asocia a proteínas, para luego pasar al citoplasma. ARNt, transportan aminoácidos para la síntesis de proteínas. ARNn, se fragmenta en los distintos ARNr ARNr, se ubica en los ribosomas y ayuda a leer los ARNm y catalizar la síntesis de proteínas.
El ARN mensajero (ARNm) es el tipo de ARN que lleva la información del ADN a los ribosomas, el lugar de la síntesis de proteínas. La secuencia de nucleótidos del ARNm determina la secuencia de aminoácidos de la proteína. Por ello, el ARNm es denominado ARN codificante.