Ce este ARN-ul?

De Benedette Cuffari, M.Sc.Reviewed by Dr. Ananya Mandal, MD

Acidul ribonucleic (ARN) este o macromoleculă biologică importantă care este prezentă în toate celulele biologice.

Este implicat în principal în sinteza proteinelor, transportând instrucțiunile mesagerului de la ADN, care la rândul său conține instrucțiunile genetice necesare pentru dezvoltarea și menținerea vieții. La unii viruși, ARN-ul, mai degrabă decât ADN-ul, poartă informația genetică.

Creditul imaginii: Juan Gaertner/.com

ARN vs ADN

Există două tipuri distincte de acid nucleic: ADN și ARN. Acidul nucleic al ADN-ului este dezoxiriboza, în timp ce acidul nucleic al ARN-ului este riboza. După cum demonstrează numele lor, deoxiribozei din ADN îi lipsește o moleculă de oxigen, în comparație cu zahărul riboză din ARN. Nucleotidele care alcătuiesc ADN-ul includ adenina (A), guanina (G), citozina (C) și timina (T), în timp ce nucleotidele ARN-ului includ A, G, C și uracilul (U).

În timp ce structura ADN-ului este o dublă spirală în celulele eucariote, ARN-ul este de obicei monocatenar și se prezintă sub diferite forme. Structura monocatenară a ARN-ului permite acestei molecule să se plieze pe sine și să formeze diverse structuri secundare stabile, după cum este necesar.

Tipurile de ARN și rolurile lor

Tipul de ARN dictează funcția pe care această moleculă o va avea în cadrul celulei. În afară de regiunea codificatoare a moleculelor de ARN mesager (ARNm) care vor fi traduse în proteine, alte elemente de ARN celular sunt implicate în diferite procese, care includ reglarea transcripțională și post-transcripțională a materialului genetic, detectarea temperaturii și a ligandului, controlul traducerii și turnover-ul ARN.

Transcripția (de la ADN la ARNm)

Din moment ce ADN-ul nu poate părăsi nucleul, nu poate genera singur o proteină. Generarea proteinelor din secvența lor codificatoare de ADN începe cu un proces numit transcripție. În timpul transcrierii, mai multe enzime, inclusiv elicaza și topoizomeraza, derulează ADN-ul pentru a oferi acces la o altă enzimă cunoscută sub numele de ARN polimeraza. ARN polimeraza se deplasează de-a lungul șirului de ADN derulat pentru a construi molecula de ARNm până când aceasta este gata să părăsească nucleul.

Traducerea (ARNm în proteină)

După ce ARNm iese din nucleu și intră în citoplasma celulei, va găsi un ribozom, astfel încât procesul de traducere să poată începe. O pereche de trei baze nucleotidice ale moleculei de ARNm se numește codon, iar fiecare codon este specific pentru un singur aminoacid.

În timpul traducerii, moleculele de ARN de transfer (ARNt), care sunt atașate de un anumit aminoacid, vor recunoaște un codon de pe molecula de ARNm și vor insera aminoacidul corespunzător în acea locație în cadrul catenei. De exemplu, codonul CUC va genera aminoacidul leucină, în timp ce codonul UGA este un tip de codon de oprire care indică faptul că traducerea genei a fost finalizată. Ceilalți doi codoni de oprire sunt UAG și UAA.

Ribozomii conțin atât proteine, cât și mai multe molecule diferite de ARN ribozomal (ARNr). Odată ce aminoacizii au fost generați, moleculele de ARNr se vor deplasa de-a lungul moleculei de ARNm pentru a cataliza formarea proteinelor. Este important de reținut că ARNm, ARNt și ARNr joacă toate roluri importante în această cale de sinteză a proteinelor.

ARN ca catalizator biologic

Deși s-a crezut pe scară largă, timp de mulți ani, că numai proteinele pot fi enzime, s-a demonstrat că anumite molecule de ARN adoptă structuri terțiare complexe și acționează ca și catalizatori biologici. De exemplu, moleculele de ARNr pot funcționa ca ribozime în timpul traducerii.

Ribozimele, care sunt enzime alcătuite din molecule de ARN mai degrabă decât din proteine, prezintă multe dintre caracteristicile unei enzime clasice, cum ar fi un situs activ, un situs de legare pentru un substrat și un situs de legare pentru un cofactor, cum ar fi un ion metalic. Ribozimele leagă aminoacizii în timpul sintezei proteinelor, participând, de asemenea, la splicarea ARN-ului, biosinteza ARN-ului de transfer și replicarea virală.

Una dintre primele ribozime descoperite a fost RNază P, o ribonuclează care este implicată în generarea moleculelor de ARNt din ARN-uri mai mari, precursoare. RNase P este compusă atât din ARN, cât și din proteine; cu toate acestea, doar fracțiunea ARN este catalizatorul.

Ipoteza lumii ARN

Ipoteza lumii ARN, denumită și ipoteza „ARN 1”, este aceea că viața pe Pământ a evoluat mai întâi cu o moleculă simplă de ARN care se putea autoreplica individual, din care a evoluat ulterior ADN-ul. Poate cea mai puternică dovadă pentru această ipoteză este faptul că ribozomul, în care se asamblează proteinele, este o ribozomă.

O altă dovadă este faptul că anumiți viruși folosesc ARN. Deoarece se crede că virușii sunt o formă de viață mai simplă și mai veche decât celulele procariote și eucariote mai complexe, acest lucru ar sugera că viața a apărut mai întâi din lumea prebiotică prin utilizarea acestui acid nucleic simplu pentru stocarea și transcrierea informațiilor. Astfel, replicarea acestor forme de viață simple și propagarea și evoluția unor organisme mai complexe a fost posibilă în această lume antică.

Lecturi suplimentare

• Tot conținutul ARN
• Structura ARN
• Tipuri de ARN: ARNm, ARNr și ARNt
• Sinteza ARN-ului
• Descoperirea ARN-ului

Scris de

Benedette Cuffari

După ce a obținut în 2016 diploma de licență în toxicologie cu două specializări în spaniolă și chimie, Benedette și-a continuat studiile pentru a-și finaliza masteratul în Toxicologie în mai 2018. În timpul școlii de absolvire, Benedette a investigat dermatotoxicitatea mecloretaminei și bendamustinei; doi agenți alchilanți de muștar de azot care sunt utilizați în terapia anticancerigenă.

Citate

.