El ácido ribonucleico ( ARN ) es una molécula polimérica esencial en varias funciones biológicas en la codificación , decodificación , regulación y expresión de genes . El ARN y el ácido desoxirribonucleico ( ADN ) son ácidos nucleicos . Junto con los lípidos , las proteínas y los carbohidratos , los ácidos nucleicos constituyen una de las cuatro principales macromoléculas esenciales para todas las formas de vida conocidas . Al igual que el ADN, el ARN se ensambla como una cadena de nucleótidos ., pero a diferencia del ADN, el ARN se encuentra en la naturaleza como una sola hebra doblada sobre sí misma, en lugar de una doble hebra emparejada. Los organismos celulares usan ARN mensajero ( ARNm ) para transmitir información genética (usando las bases nitrogenadas de guanina , uracilo , adenina y citosina , indicadas con las letras G, U, A y C) que dirige la síntesis de proteínas específicas. Muchos virus codifican su información genética utilizando un genoma de ARN .
Algunas moléculas de ARN desempeñan un papel activo dentro de las células al catalizar reacciones biológicas, controlar la expresión génica o detectar y comunicar respuestas a señales celulares. Uno de estos procesos activos es la síntesis de proteínas , una función universal en la que las moléculas de ARN dirigen la síntesis de proteínas en los ribosomas . Este proceso utiliza moléculas de ARN de transferencia ( ARNt ) para entregar aminoácidos al ribosoma, donde el ARN ribosómico ( ARNr ) luego une los aminoácidos para formar proteínas codificadas.
Al igual que el ADN, la mayoría de los ARN biológicamente activos, incluidos ARNm , ARNt , ARNr , ARNsn y otros ARN no codificantes , contienen secuencias autocomplementarias que permiten que partes del ARN se plieguen [5] y se emparejen consigo mismo para formar hélices dobles. El análisis de estos ARN ha revelado que están muy estructurados. A diferencia del ADN, sus estructuras no consisten en largas hélices dobles, sino en colecciones de hélices cortas empaquetadas en estructuras similares a las proteínas.
De esta manera, los ARN pueden lograr una catálisis química (como las enzimas). [6] Por ejemplo, la determinación de la estructura del ribosoma, un complejo de ARN y proteína que cataliza la formación de enlaces peptídicos, reveló que su sitio activo está compuesto completamente por ARN. [7]
Cada nucleótido en el ARN contiene un azúcar ribosa , con carbonos numerados del 1' al 5'. Una base está unida a la posición 1', en general, adenina (A), citosina (C), guanina (G) o uracilo (U). La adenina y la guanina son purinas , la citosina y el uracilo son pirimidinas . Un grupo fosfato está unido a la posición 3' de una ribosa y a la posición 5' de la siguiente. Los grupos fosfato tienen una carga negativa cada uno, lo que hace que el ARN sea una molécula cargada (polianión). Las bases forman enlaces de hidrógeno entre citosina y guanina, entre adenina y uracilo y entre guanina y uracilo. [8]Sin embargo, son posibles otras interacciones, como un grupo de bases de adenina que se unen entre sí en una protuberancia, [9] o el tetrabucle GNRA que tiene un par de bases de guanina-adenina. [8]
Un componente estructural importante del ARN que lo distingue del ADN es la presencia de un grupo hidroxilo en la posición 2' del azúcar ribosa . La presencia de este grupo funcional hace que la hélice adopte principalmente la geometría de forma A , [10] aunque en contextos de dinucleótidos monocatenarios, el ARN rara vez puede adoptar también la forma B que se observa con más frecuencia en el ADN. [11] La geometría en forma de A da como resultado un surco mayor muy profundo y angosto y un surco menor poco profundo y ancho. [12]Una segunda consecuencia de la presencia del grupo 2'-hidroxilo es que en las regiones conformacionalmente flexibles de una molécula de ARN (es decir, no involucradas en la formación de una doble hélice), puede atacar químicamente el enlace fosfodiéster adyacente para romper el esqueleto. [13]