Carlos del Porto Blanco

La química orgánica es la química de los compuestos de carbono. La bioquímica es el estudio de los compuestos de carbono que andan a cuatro patas. Mike Adams

En el apasionante mundo de la biología molecular, el ácido ribonucleico, conocido comúnmente como ARN, juega un papel fundamental en la vida de los organismos. Aunque a menudo se le compara con su primo cercano, el ADN (ácido desoxirribonucleico), el ARN tiene características y funciones únicas que lo convierten en un componente esencial de la célula. A este ladrillo del edificio de la vida dedicaremos esta entrega.

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 (organismo unicelular, cuyo material genético se encuentra disperso en el citoplasma) como en las eucariotas (tipo de célula con un núcleo definido cubierto por una envoltura nuclear de doble membrana, más compleja que las procariotas), 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 ellos se compone de una ribosa, un fosfato y una de las cuatro bases nitrogenadas (adenina, guanina, citosina y uracilo, que reemplaza a la timina en el ADN). A diferencia del ADN, que es de doble hélice, el ARN generalmente se presenta en una estructura de cadena simple, pero en el genoma de algunos virus es de doble hebra.

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. El ARN también participa en otras funciones esenciales. La célula utiliza el ARN para varias tareas diferentes.

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 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 Medicina 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 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. En el año 2023 se tenía comprobado que las moléculas de ARN fueron la primera forma de vida propiamente dicha en habitar el planeta Tierra.

Hipótesis del mundo de ARN

La hipótesis del mundo de ARN propone que el ARN fue el primer ácido nucleico que apareció en la Tierra precediendo posteriormente al ADN y a su vez esos ácidos nucleicos junto con proteínas al unirse con liposomas formados espontáneamente originarían las primeras células. Se basa en la comprobación de que el ARN puede contener información genética, de un modo análogo a como lo hace el ADN, y que algunos tipos son capaces de llevar a cabo reacciones metabólicas, como autocorte o formación de enlaces peptídicos.

Durante años se especuló en qué fue primero, el ADN o las enzimas, ya que las enzimas se sintetizan a partir del ADN y la síntesis de ADN es llevada a cabo por enzimas. Si se supone que las primeras formas de vida usaron el ARN tanto para almacenar su información genética como realizar su metabolismo, se supera ese escollo. Experimentos con los ribozomas básicos, como el ARN viral Q-beta, han demostrado que las estructuras de ARN autorreplicantes sencillas pueden resistir incluso a fuertes presiones selectiva.

Clases de ARN

Existen varios tipos de ARN, cada uno con funciones específicas en el proceso de la síntesis de proteínas y en la regulación genética.

• El ARN mensajero (ARNm) es el que lleva la información sobre la secuencia de aminoácidos de la proteína desde el ADN, lugar en que está inscrita, hasta el ribosoma, estructura en la que se sintetizan las proteínas de la célula. Es, por lo tanto, una molécula intermediaria entre el ADN y la proteína, y el apelativo de “mensajero”, es del todo descriptivo.
• El ARN de transferencia (ARNt) es crucial en el proceso de traducción. Su función principal es transportar aminoácidos al ribosoma, donde se ensamblan en la secuencia correcta para formar proteínas. Cada ARNt tiene un anticodón que se empareja con el codón correspondiente en el ARNm (para no entrar en detalles muy técnicos esto pudiera entenderse como la llave y su cerradura) asegurando que los aminoácidos se añadan en el orden correcto.
• El ARN ribosómico (ARNr) Es un componente estructural de los ribosomas, las fábricas de proteínas de la célula. El ARNr ayuda a catalizar la formación de enlaces peptídicos entre aminoácidos, facilitando así la síntesis de proteínas. Este tipo de ARN es muy abundante y representa el 80 % del ARN hallado en el citoplasma de las células eucariotas.
• ARN reguladores, muchos tipos de ARN regulan la expresión génica gracias a que son complementarios de regiones específicas del ARNm o de genes del ADN.
• Los ARN interferentes (ARNi) son moléculas de ARN que suprimen la expresión de genes específicos mediante mecanismos conocidos globalmente como ribointerferencia o interferencia por ARN. Los ARN interferentes son moléculas pequeñas (de 20 a 25 nucléotidos) que se generan por fragmentación de precursores más largos. Se pueden clasificar en tres grandes grupos:
  • Los micro-ARN (miARN) son cadenas cortas de 21 o 22 nucleótidos hallados en células eucariotas que se generan a partir de precursores específicos codificados en el genoma. Al transcribirse, se pliegan en horquillas intramoleculares y luego se unen a enzimas formando un complejo efector que puede bloquear la traducción del ARNm o acelerar su degradación comenzando por la eliminación enzimática de la cola poli A.
  • Los ARN interferentes pequeños (ARNpi o siARN), formados por 20-25 nucleótidos, se producen con frecuencia por rotura de ARN víricos, pero pueden ser también de origen endógeno.
  • Los ARN asociados a Piwi son cadenas de 29-30 nucleótidos, propias de animales; se generan a partir de precursores largos monocatenarios (formados por una sola cadena). Esos ARN pequeños se asocian con una subfamilia de las proteínas «Argonauta» denominada proteínas Piwi.
• Un ARN antisentido es la hebra complementaria (no codificadora) de una hebra ARNm (codificadora). La mayoría inhiben genes, pero unos pocos activan la transcripción.
• Muchos ARN largos no codificantes (ARNnc largo) regulan la expresión génica en eucariotas; uno de ellos es el Xist que recubre uno de los dos cromosomas X en las hembras de los mamíferos inactivándolo (corpúsculo de Barr).
• Un interruptor molecular o ribointerruptor es una parte del ARNm (ácido ribonucleico mensajero) al cual pueden unirse pequeñas moléculas que afectan la actividad del gen. Por tanto, un ARNm que contenga un interruptor molecular está directamente implicado en la regulación de su propia actividad que depende de la presencia o ausencia de la molécula señalizadora.

De las enfermedades a las vacunas: el ARN y la salud humana

Se han descubierto conexiones con enfermedades que afectan a los seres humanos. Algunos micro ARN (miARN) pueden regular genes asociados al cáncer. Además, la desregulación del metabolismo de los miARN se ha asociado a varias enfermedades neurodegenerativas, entre ellas el Alzheimer.

En la producción de vacunas también existe la denominada «tecnología del ARN mensajero». Un ejemplo reciente fue el de la vacuna de Pfizer en asociación con BioNTech contra el virus SARS CoV-2 provocante de la covid-19, que se basó en esa tecnología. En este caso el ARN mensajero sintético da instrucciones al organismo para la producción de proteínas encontradas en la superficie del nuevo coronavirus.

He tratado de manera resumida de mostrar los elementos fundamentales de uno de los componentes fundamentales de la vida, el Ácido Ribonucleico, ARN. Si, a partir de hoy, al leer o escuchar sobre este componente esencial de todo lo vivo logra tener una mejor comprensión de la información recibida, valió la pena que haya dedicado unos minutos a su lectura.

Referencias

 

·         ARN Ácido Ribonucleico. National Human Genome Research Institute. https://www.genome.gov/es/genetics-glossary/ARN#:~:text=ARN%20(%C3%A1cido%20ribonucleico)&text=El%20%C3%A1cido%20ribonucleico%20(ARN)%20es,formado%20por%20una%20%C3%BAnica%20cadena

·         Ácido ribonucleico. Wikipedia. https://es.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_ribonucleico

·         ¿Qué es el ARN y cuál es su función?. National Geographic. 1 agosto 2023. https://www.nationalgeographicla.com/ciencia/2023/07/que-es-el-arn-y-cual-es-su-funcion

• Enciclopedia Británica. https://www.britannica.com/science/RNA