ARN

generalitate

ARN sau acid ribonucleic este acidul nucleic implicat în procesele de codificare, decodare, reglare și exprimare a genelor. Genele sunt segmente mai mult sau mai puțin lungi ale ADN-ului, care conțin informații fundamentale pentru sinteza proteinelor.

Figura: Bazele azotului într-o moleculă de ARN. De la wikipedia.org

În termeni foarte simpli, ARN derivă din ADN și reprezintă molecula care trece între ea și proteine. Unii cercetători o definesc ca "dicționar pentru traducerea limbajului ADN în limba proteinelor".

Moleculele ARN derivă din unirea, în lanțuri, a unui număr variabil de ribonucleotide. O grupare fosfat, o bază azotată și un zahăr de 5 atomi de carbon, numită riboză, participă la formarea fiecărei ribonucleotide unice.

Ce este ARN?

ARN sau acid ribonucleic este o macromolecule biologică, aparținând categoriei acizilor nucleici, care joacă un rol central în generarea de proteine pornind de la ADN .

Generarea de proteine ​​(de asemenea a macromoleculelor biologice) include o serie de procese celulare care, luate împreună, iau numele de sinteză a proteinelor .

ADN-ul, ARN-ul și proteinele sunt esențiale pentru asigurarea supraviețuirii, dezvoltării și funcționării corespunzătoare a celulelor organismelor vii.

Ce este ADN-ul?

ADN sau acid deoxiribonucleic, este celălalt acid nucleic care apare în mod natural, împreună cu ARN.

Structurally similar cu acidul ribonucleic, acidul deoxiribonucleic este patrimoniul genetic, adică "stocarea genelor", conținută în celulele organismelor vii. Din ADN rezultă că depinde formarea ARN și, indirect, cea a proteinelor.

ISTORIA ARN-ului

Figura: riboză și deoxiriboză

Cercetarea ARN a început după 1868, anul în care Friedrich Miescher a descoperit acizi nucleici.

Primele descoperiri importante în acest sens sunt date între a doua parte a anilor '50 și începutul anilor '60. Printre oamenii de știință care au participat la aceste descoperiri merită o mențiune specială: Severo Ochoa, Alex Rich, David Davies și Robert Holley .

În 1977, un grup de cercetători, condus de Philip Sharp și Richard Roberts, au descifrat procesul de îmbinare a intronurilor.

În 1980, Thomas Cech și Sidney Altman au identificat ribozimele.

* Vă rugăm să rețineți: pentru a afla ce sunt îmbinările de introni și ribozime, consultați capitolele dedicate sintezei și funcțiilor ARN-ului.

structură

Din punct de vedere chimico-biologic, ARN este un biopolimer . Biopolimerii sunt molecule naturale mari, fructele unirii, în lanțuri sau filamente, ale multor unități moleculare mai mici, denumite monomeri .

Monomerii care formează ARN sunt nucleotidele .

ARN-ul este doar o singura catena

Moleculele ARN sunt molecule formate în mod obișnuit din lanțuri nucleotidice individuale ( filamente de polinucleotidă ).

Lungimea ARN-ului celular variază de la mai puțin de o sută până la câteva mii de nucleotide.

Numărul de nucleotide constituente depinde de rolul jucat de molecula respectivă.

Comparație cu ADN

Spre deosebire de ARN, ADN-ul este un biopolimer format, în general, de două nucleotide.

Unite unul cu celălalt, aceste două filamente de polinucleotide au orientare opusă și, înfășurându-se una în cealaltă, compun o spirală dublă cunoscută ca o " dublă helix ".

O moleculă generică de ADN uman poate conține aproximativ 3, 3 miliarde de nucleotide pe catenă .

STRUCTURA GENERALĂ A NUCLEOTIDULUI

Prin definiție, nucleotidele sunt unitățile moleculare care alcătuiesc ARN-ul nucleic și ADN-ul.

Din punct de vedere structural, o nucleotidă generică rezultă din unirea a trei elemente, care sunt:

• O grupare fosfat, care este un derivat al acidului fosforic;
• O pentoză, adică un zahăr cu 5 atomi de carbon;
• O bază de azot, care este o moleculă aromatică heterociclică.

Pentoza este elementul central al nucleotidelor, deoarece este asociat cu grupa fosfat și baza azotată.

Figura: Elemente care constituie o nucleotidă generică a unui acid nucleic. După cum se poate observa, gruparea fosfat și baza azotată sunt legate de zahăr.

Legătura chimică care reunește pentoza și grupa fosfat este o legătură fosfodiesterică, în timp ce legătura chimică care leagă pentoza și baza azotată este o legătură N-glicozidică .

CE ESTE PENTOSUL ARNULUI?

Premisa: chimiștii s-au gândit să numeroteze carbonii care formează moleculele organice, astfel încât să simplifice studiul și descrierea. Aici, deci, că carbonul unui pentoză devine: carbon 1, carbon 2, carbon 3, carbon 4 și carbon 5. Criteriul de atribuire a numerelor este destul de complex, deci considerăm adecvat să lăsăm explicația.

Zahărul cu 5 atomi de carbon, care distinge structura nucleotidelor ARN, este riboza .

Dintre cei 5 atomi de carbon riboza, merită o mențiune specială:

• Carbon 1, deoarece acesta este cel care se leagă de baza azotată, printr-o legătură N-glicozidică.
• Carbon 2, deoarece acesta este cel care face diferența între pentoza nucleotidelor ARN și nucleotidele de pentoză ale ADN-ului. Conectat la carbonul ARN 2 există un atom de oxigen și un atom de hidrogen, care formează împreună o grupă hidroxil OH .
• Carbon 3, deoarece acesta este cel care participă la legătura dintre două nucleotide consecutive .
• Carbon 5, deoarece este cel care se alătură grupului fosfat, printr-o legătură fosfodiesterică.

Datorită prezenței zahărului de riboză, nucleotidele ARN iau denumirea specifică de ribonucleotidă .

Comparație cu ADN

Pentoza care constituie nucleotidele ADN-ului este deoxiriboză .

Deoxiriboză diferă de riboză din cauza lipsei de atomi de oxigen pe carbon 2.

Astfel, îi lipsește gruparea hidroxil OH care caracterizează zahărul ARN de 5 atomi de carbon.

Datorită prezenței zahărului deoxiriboză, nucleotidele ADN sunt, de asemenea, cunoscute ca deoxiribonucleotide .

TIPURI DE NUCLEOTIDE ȘI BAZELE DE AZOT

ARN are 4 tipuri diferite de nucleotide .

Pentru a distinge aceste 4 tipuri diferite de nucleotide este doar baza de azot.

Din motive evidente, prin urmare, bazele azotate ale ARN sunt 4, în mod specific: adenina (abreviată ca A), guanina (G), citozina (C) și uracilul (U).

Adenina și guanina aparțin clasei de purine, compuși heterociclici aromatici cu inel dublu.

Citozina și uracilul, pe de altă parte, intră în categoria pirimidinelor, compuși heterociclici aromatici cu ciclu unic.

Comparație cu ADN

Bazele azotate care disting nucleotidele ADN-ului sunt aceleași ca ARN-ul, cu excepția uracilului. În locul celor din urmă există o bază azotată denumită timină (T), care aparține categoriei de pirimidine.

TIE ÎNTRE NUCLEOTIDELE

Fiecare nucleotidă care formează orice catenă de ARN se leagă la următoarea nucleotidă, prin intermediul unei legături fosfodiesterice între carbonul 3 al pentozelor sale și gruparea fosfat a nucleotidei care urmează imediat.

Extremitățile unui MOLECUL de ARN

Orice filament de polinucleotidă ARN are două capete, cunoscute sub denumirea de capete 5 ' (citiți "primul prim sfârșit") și capătul 3' (citiți "sfârșitul primului trei").

Prin convenție, biologi și geneticieni au stabilit că capătul 5 'reprezintă capul unei componente de ARN, în timp ce capătul 3' reprezintă coada .

Din punct de vedere chimic, capătul 5 'coincide cu gruparea fosfat a primei nucleotide a catenei polinucleotidice, în timp ce capătul 3' coincide cu gruparea hidroxilică plasată pe carbonul 3 al ultimei nucleotide a aceluiași lanț.

Se bazează pe această organizație care, în cărțile biologice genetice și moleculare, filamentele polinucleotidice ale oricărui acid nucleic sunt descrise după cum urmează: P-5 '→ 3'-OH (* Notă: litera P indică atomul de fosfat de grup fosfor).

Prin aplicarea conceptelor capetelor 5 'și a capetelor 3' la o singură nucleotidă, capătul 5 'al ultimului este grupul fosfat legat la carbonul 5, în timp ce capătul său 3' este gruparea hidroxil legată cu carbonul 3.

În ambele cazuri, cititorul este invitat să acorde atenție apariției numerice: sfârșitul 5 '- grupa fosfat de carbon 5 și capătul 3' - gruparea hidroxil la carbon 3.

localizare

În celulele nucleate (de exemplu, nucleul) unei ființe vii, moleculele ARN pot fi găsite atât în nucleu, cât și în citoplasmă .

Această localizare mare depinde de faptul că unele dintre procesele celulare, având ARN ca protagonist, sunt localizate în nucleu, în timp ce altele au loc în citoplasmă.

Comparație cu ADN

ADN-ul organismelor eucariote (de aici și ADN-ul uman) este localizat numai în nucleul celular.

rezumat

Procesul de sinteză a ARN are ca protagonist o enzimă intracelulară (adică este localizată în interiorul celulei), numită ARN polimerază (NB: o enzimă este o proteină).

ARN polimeraza unei celule utilizează ADN-ul, prezent în interiorul nucleului aceleiași celule, ca și când ar fi o matriță, pentru a crea ARN-ul.

Cu alte cuvinte, este un fel de copiator care transcrie ceea ce ADN-ul poartă într-o altă limbă, și anume aceea a ARN-ului.

Mai mult decât atât, acest proces de sinteză a ARN, prin ARN polimerază, ia numele științific de transcripție .

Organismele eucariote, ca și oamenii, posedă 3 clase diferite de ARN polimerază : ARN polimeraza I, ARN polimeraza II și ARN polimeraza III.

Fiecare clasă de polimerază ARN creează anumite tipuri de ARN, care, așa cum cititorul va putea să stabilească în următoarele capitole, are roluri biologice diferite în contextul vieții celulare.

CUM ARMAT ARNUL POLIMERASI

O polimerază ARN este capabilă:

• Recunoașteți, pe ADN, locul de unde să începeți transcrierea,
• Legați de ADN,
• Separarea celor două fire polinucleotidice de ADN (care sunt ținute împreună prin legături de hidrogen între bazele azotate), astfel încât să acționeze numai pe un filament și
• Începeți sinteza transcripției ARN.

Fiecare dintre aceste etape are loc ori de câte ori o polimerază ARN se pregătește să efectueze procesul de transcriere. Deci, toți sunt pași obligatorii.

ARN polimeraza sintetizează molecule de ARN în direcția 5 ' → 3' . Pe măsură ce adaugă ribonucleotidele la molecula ARN în sânge, se deplasează la mucegaiul ADN-ului în direcția 3 ' → 5' .

MODIFICAREA TRANSCRITĂRII ARNULUI

După transcripție, ARN suferă unele modificări, dintre care: adăugarea unor secvențe de nucleotide la cele două capete, pierderea așa-numitelor introni (proces cunoscut sub numele de splicing ) și așa mai departe.

Prin urmare, în ceea ce privește segmentul original de ADN, ARN-ul rezultat are unele diferențe în ceea ce privește lungimea lanțului polinucleotidic (în general este mai scurt).

tipuri

Există mai multe tipuri de ARN .

Cele mai cunoscute și studiate sunt: transportul ARN (sau transferul ARN sau tARN ), ARN-ul mesager (sau mesagerul ARN sau ARNm ), ARN-ul ribozomal (sau ARN-ul ribozomal sau rRNA ) ARN nuclear mic sau SNRNA ).

Deși acoperă diferite roluri specifice, tARN, ARNm, rRNA și snARN contribuie la realizarea unui obiectiv comun: sinteza proteinelor, pornind de la secvențele nucleotidice prezente în ADN.

ALTE TIPURI ALE ANCHORULUI ARN

În celulele organismelor eucariote, cercetătorii au găsit alte tipuri de ARN, în plus față de cele de mai sus. De exemplu:

• Micro ARN (sau miRNAs ), care sunt catene de peste 20 de nucleotide, de ex
• ARN-ul care constituie ribozimele . Ribozimele sunt molecule de ARN cu activitate catalitică, cum ar fi enzimele.

De asemenea, miRNAs și ribozimele participă la procesul de sinteză a proteinelor, la fel ca tARN, mRNA etc.

funcție

ARN reprezintă macromolecul biologic al trecerii între ADN și proteine, adică biopolimeri lungi ale căror unități moleculare sunt aminoacizi .

ARN este comparabil cu un dicționar de informații genetice, deoarece permite translatarea segmentelor nucleotidice ale ADN-ului (care sunt apoi așa-numitele gene) în aminoacizii proteinelor.

Una dintre cele mai frecvente descrieri ale rolului funcțional, acoperită de ARN, este: "ARN este acidul nucleic implicat în codificarea, decodificarea, reglarea și exprimarea genelor".

ARN este unul dintre cele trei elemente cardinale ale așa-numitei dogme centrale a biologiei moleculare, care afirmă: "ADN-ul derivă ARN-ul, din care, la rândul său, derivă proteinele" ( ADN → ARN- proteine ).

TRANSCRIPTARE ȘI TRADUCERE

Pe scurt, transcripția este seria de reacții celulare care conduc la formarea moleculelor de ARN, pornind de la ADN.

Translația, în schimb, este setul de procese celulare care se termină cu producerea de proteine, pornind de la moleculele de ARN produse în timpul procesului de transcriere.

Biologi și geneticieni au inventat termenul "traducere", deoarece din limba nucleotidelor trecem la limbajul aminoacizilor.

TIPURI ȘI FUNCȚII

Procesele de transcriere și de translație vizează toate tipurile de ARN (tRNA, mRNA etc.) menționate mai sus ca protagoniști:

• Un ARNm este o moleculă de ARN care codifică o proteină . Cu alte cuvinte, mARN-urile sunt proteine ​​înainte de procesul de translație a nucleotidelor în aminoacizii proteinici.

  ARNm-urile sunt supuse diferitelor modificări după transcriere.

• ARN-urile sunt molecule de ARN necodificatoare, dar sunt totuși esențiale pentru formarea de proteine. De fapt, ele joacă un rol-cheie în descifrarea a ceea ce semnalează moleculele mRNA.

  Denumirea "ARN de transport" derivă din faptul că aceste ARN-uri poartă un aminoacid pe ele însele. Pentru a fi mai precis, fiecare aminoacid corespunde unui tARN specific.

  ARNm-urile interacționează cu mRNA, prin intermediul a trei nucleotide particulare ale secvenței lor.

• ARNm sunt moleculele de ARN care formează ribozomii . Ribozomii sunt structuri celulare complexe, care, deplasându-se de-a lungul ARNm, pun împreună aminoacizii unei proteine.

  Un ribozom generic conține, în cadrul acestuia, câteva situri, în care este capabil să găzduiască tARN și să le facă să se întâlnească cu ARNm. Aici se află că cele trei nucleotide particulare menționate mai sus interacționează cu ARN mesager.

• Analizele ARN sunt molecule de ARN care participă la procesul de îmbinare a intronilor prezenți pe mARN. Intronii sunt segmente de mRNA scurte care nu codifică, inutile pentru sinteza proteinelor.
• Ribozimele sunt molecule ARN care catalizează tăierea ribonucleotidelor, acolo unde este necesar.

Figura: traducerea mRNA.