ARN y ADN: Estructura, Tipos y Replicación

ARN: Estructura, Tipos y Diferencias con el ADN

El ácido ribonucleico (ARN) es un polímero lineal de ribonucleótidos unidos por enlaces covalentes. Estos enlaces se establecen entre el ácido fosfórico de un ribonucleótido (esterificado en el carbono 5' de la pentosa) y el radical OH del carbono 3' de la pentosa de otro ribonucleótido. Estos enlaces 5'-3' forman cadenas lineales de las que "cuelgan" las bases nitrogenadas. Las cadenas están constituidas por la alternancia de ribosa y fosfato, con las bases nitrogenadas a intervalos regulares.

Diferencias Clave entre ARN y ADN

El ARN presenta tres diferencias importantes respecto al ADN:

1. La pentosa presente es la ribosa en lugar de la desoxirribosa.
2. En lugar de la base nitrogenada timina, presenta uracilo.
3. Las moléculas de ARN son más pequeñas que las de ADN.

El ARN monocatenario suele presentar apareamientos entre sus bases nitrogenadas (adenina con uracilo y guanina con citosina), formando horquillas y bucles. Estos parecen tener un papel fundamental en el reconocimiento del ARN por proteínas. También existen ARNs bicatenarios (en algunos tipos de bacterias) con una estructura en doble hélice, pero diferente a la del ADN.

Tipos Principales de ARN

• ARN mensajero (ARNm): Transporta la información que será decodificada durante la traducción para la síntesis de proteínas. En este proceso, se utilizan tripletes de bases o codones del ARNm, cada uno determinando la entrada de un aminoácido específico. El ARNm se obtiene en el proceso de transcripción del ADN, conteniendo las bases complementarias a la cadena de ADN transcrita.
• ARN de transferencia (ARNt): Transporta los aminoácidos durante la traducción para la síntesis de la cadena polipeptídica. Existe al menos un ARNt por cada aminoácido. Es una molécula pequeña (73-95 ribonucleótidos) que contiene bases modificadas como pseudouridina, inosina y dihidrouridina, resultado de metilaciones posteriores a la síntesis del ARNt. El ARNt presenta lazos que le dan un aspecto de hoja de trébol (estructura secundaria), debido al apareamiento de bases. El extremo 3' es el punto de unión del aminoácido. En el extremo opuesto se encuentra el anticodón, un triplete de bases complementarias al codón del ARNm. La tercera base del anticodón, a menudo una base rara, favorece el "balanceo", un apareamiento atípico con la tercera base del codón. La estructura del ARNt incluye una secuencia UUCG (con uracilos transformados en timina y pseudouridina) y dos brazos: el brazo D y el brazo TΨC. La estructura terciaria del ARNt, en forma de L, se debe a puentes de hidrógeno entre bases.
• ARN ribosómico (ARNr): Forma parte de los ribosomas.

Replicación del ADN

La síntesis de ADN sigue reglas, en su mayoría válidas también para la síntesis de ARN (transcripción):

• Las nuevas cadenas de nucleótidos se sintetizan copiando hebras de ADN preexistentes (en la replicación se copian ambas hebras, resultando dos dobles hélices). Las nuevas cadenas conservan la información (secuencia de bases) del molde original, siendo complementarias a este.
• La síntesis siempre ocurre en dirección 5' → 3'.
• Las enzimas que copian los ácidos nucleicos son polimerasas. Las ADN polimerasas sintetizan ADN a partir de un molde preexistente.

Mecanismos de Replicación

La replicación se inicia en regiones del cromosoma llamadas orígenes de replicación (único en procariotas, múltiples en eucariotas). Durante la replicación actúan varios enzimas:

• Topoisomerasas: Reducen el superenrollamiento del ADN.
• Helicasas: Abren las dos cadenas de ADN, permitiendo el acceso de la ADN polimerasa.
• Proteínas SSB: Se unen a la hebra de ADN monocatenario, estabilizándola e impidiendo la formación de la doble cadena antes de la ADN polimerasa.

Cada hebra de ADN sirve de molde para una cadena complementaria. El proceso implica la formación de dos horquillas de replicación que se desplazan en sentidos opuestos. En cada horquilla, la síntesis es bidireccional. Las ADN polimerasas catalizan la formación de las nuevas cadenas a partir de desoxirribonucleótidos trifosfato. Requieren un cebador (ARN sintetizado por una primasa o ARN polimerasa) sobre cuyo extremo 3' añaden desoxirribonucleótidos. La ADN polimerasa actúa junto con otros enzimas (helicasa y primasa), formando el primosoma.

En el ADN molde se distinguen una cadena líder (o conductora) y una cadena retardada. Debido a la dirección 5' → 3' de la replicación, la cadena conductora se replica de forma continua, mientras que la cadena retardada se replica en forma de fragmentos de Okazaki. Cada fragmento requiere un ARN cebador, que será eliminado por la propia ARN polimerasa. Finalmente, los fragmentos de ADN son unidos por ADN ligasas. Al final de la replicación en eucariotas, el ADN nuevo se empaqueta en nucleosomas.