Generalitate
ARN-ul, sau acidul ribonucleic, este acidul nucleic implicat în procesele de codificare, decodificare, reglare și exprimare a genelor. Genele sunt segmente mai mult sau mai puțin lungi de ADN, care conțin informații fundamentale pentru sinteza proteinelor.
Figura: Bazele de azot într-o moleculă de ARN. De pe wikipedia.org
În termeni foarte simpli, ARN derivă din ADN și reprezintă molecula de tranziție între ADN și proteine. Unii cercetători îl numesc „dicționarul pentru traducerea limbajului ADN în limbajul proteinelor”.
Moleculele de ARN derivă din unirea, în lanțuri, a unui număr variabil de ribonucleotide. O grupare fosfat, o bază azotată și un zahăr cu 5 carbon, numit riboză, participă la formarea fiecărui ribonucleotid.
Ce este ARN-ul?
ARN-ul, sau acid ribonucleic, este o macromoleculă biologică, aparținând categoriei acizilor nucleici, care joacă un rol central în generarea de proteine din ADN.
Generarea de proteine (de asemenea, macromolecule biologice) include o serie de procese celulare care, luate împreună, se numesc sinteza proteinelor.
ADN-ul, ARN-ul și proteinele sunt esențiale pentru a asigura supraviețuirea, dezvoltarea și buna funcționare a celulelor organismelor vii.
Ce este ADN-ul?
ADN-ul sau acidul dezoxiribonucleic este celălalt acid nucleic natural, alături de ARN.
Structural similar cu acidul ribonucleic, acidul dezoxiribonucleic este patrimoniul genetic, adică „depozitul de gene”, conținut în celulele organismelor vii. Formarea ARN și, indirect, a proteinelor depinde de ADN.
ISTORIA ARN-ului
Figura: riboză și dezoxiriboză
Cercetările privind ARN au început după 1868, anul în care Friedrich Miescher a descoperit acizii nucleici.
Primele descoperiri importate în acest sens sunt datate între a doua parte a anilor '50 ai secolului XX și prima parte a 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, a descifrat procesul de îmbinarea a intronilor.
În 1980, Thomas Cech și Sidney Altman au identificat ribozime.
* Notă: să știți ce sunt îmbinarea de introni și ribozime, vezi capitolele dedicate sintezei ANN și funcțiilor.
Structura
Din punct de vedere chimico-biologic, ARN-ul este un biopolimer. Biopolimerii sunt molecule naturale mari, rezultatul unirii, în lanțuri sau filamente, a multor unități moleculare mai mici, numite monomeri.
Monomerii care alcătuiesc ARN sunt nucleotidele.
ANNUL ESTE DE obicei un singur lanț
Moleculele de ARN sunt formate de obicei din lanțuri unice de nucleotide (fire polinucleotidice).
Lungimea ARN-urilor celulare variază de la mai puțin de o sută la chiar câteva mii de nucleotide.
Numărul de nucleotide constitutive depinde de rolul jucat de molecula în cauză.
Comparație cu ADN
Spre deosebire de ARN, ADN-ul este un biopolimer format în general din două catene de nucleotide.
Unite împreună, aceste două filamente polinucleotidice au orientări opuse și, înfășurându-se una în cealaltă, formează o spirală dublă cunoscută sub numele de „dublă spirală”.
O moleculă generică de ADN uman poate conține aproximativ 3,3 miliarde de nucleotide pe catenă.
STRUCTURA GENERICĂ A UNUI NUCLEOTID
Prin definiție, nucleotidele sunt unitățile moleculare care alcătuiesc acizii nucleici ARN și ADN.
Din punct de vedere structural, un nucleotid generic 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 azotată, care este o moleculă heterociclică aromatică.
Pentozele reprezintă elementul central al nucleotidelor, deoarece grupul fosfat și baza azotată se leagă de acesta.
Figura: Elemente care alcătuiesc un nucleotid generic al unui acid nucleic. După cum se poate observa, grupul fosfat și baza de azot se leagă de zahăr.
Legătura chimică care ține împreună pentoză și gruparea fosfat este o legătură fosfodiesterică, în timp ce legătura chimică care leagă pentoză și baza azotată este o legătură N-glicozidică.
CARE ESTE PENTOZA ARN-ului?
Premisă: chimiștii s-au gândit să numere carbonii care alcătuiesc moleculele organice, astfel încât să le simplifice studiul și descrierea. Iată, așadar, că cei 5 carboni ai unei pentoză devin: carbon 1, carbon 2, carbon 3, carbon 4 și carbon 5. Criteriul de atribuire a numerelor este destul de complex, prin urmare considerăm că este oportun să lăsăm în afara explicației.
Zaharul cu 5 carbon, care distinge structura nucleotidică a ARN-ului, este riboza.
Dintre cei 5 atomi de carbon ai ribozei, merită o mențiune specială:
- The carbon 1, deoarece este ceea ce se leagă de baza de azot, printr-o legătură N-glicozidică.
- The carbon 2, deoarece este ceea ce discriminează pentozele nucleotidelor ARN de pentozele nucleotidelor ADN. Conectate la cei 2 carbon ai ARN există un atom de oxigen și un atom de hidrogen, care împreună formează o grupare OH hidroxil.
- The carbon 3, deoarece este cel care participă la legătura dintre două nucleotide consecutive.
- The carbon 5, deoarece este ceea ce se alătură grupării fosfat, printr-o legătură fosfodiesterică.
Datorită prezenței zahărului riboză, nucleotidele ARN iau numele specific de ribonucleotide.
Comparație cu ADN
Pentozele care alcătuiesc nucleotidele ADN sunt deoxiriboză.
Dezoxiriboză diferă de riboză prin lipsa atomilor de oxigen pe carbon 2.
Prin urmare, îi lipsește gruparea hidroxil OH care caracterizează zahărul cu 5 carbon de ARN.
Datorită prezenței zahărului dezoxiribozic, nucleotidele ADN sunt cunoscute și sub numele de dezoxiribonucleotide.
TIPURI DE NUCLEOTIDE ȘI BAZE DE AZOT
ARN-ul are 4 tipuri diferite de nucleotide.
Pentru a distinge aceste 4 tipuri diferite de nucleotide este doar baza azotată.
Din motive evidente, prin urmare, bazele azotate ale ARN sunt 4, în mod specific: adenină (prescurtată în A), guanină (G), citozină (C) și uracil (U).
Adenina și guanina aparțin clasei purinelor, compuși heterociclici aromatici cu dublu inel.
Citozina și uracilul, pe de altă parte, se încadrează în categoria pirimidinelor, compuși heterociclici aromatici cu un singur inel.
Comparație cu ADN
Bazele azotate care disting nucleotidele ADN sunt aceleași cu cele ale ARN, cu excepția uracilului. În locul acestuia din urmă, „c” este o bază azotată numită timină (T), care aparține categoriei pirimidinelor.
LEGĂTURA ÎNTRE NUCLEOTIDE
Fiecare nucleotidă care formează orice catenă de ARN se leagă de nucleotida următoare prin intermediul unei legături fosfodiesterice între carbonul 3 al pentozei sale și grupul fosfat al nucleotidei imediat următoare.
SFÂRȘITURILE UNEI MOLECULĂ DE ARN
Orice catenă polinucleotidică de ARN are două capete, cunoscute sub numele de capătul 5 "(citiți" capătul cinci prim ") și capătul 3" (citiți "capătul trei prim").
Prin convenție, biologii și geneticienii au stabilit că „capătul 5” reprezintă capul unei catene de ARN, în timp ce „capătul 3” reprezintă coada acestuia.
Din punct de vedere chimic, „capătul 5” coincide cu gruparea fosfat a primului nucleotid al lanțului polinucleotidic, în timp ce „capătul 3” coincide cu gruparea hidroxil plasată pe carbonul 3 al ultimului nucleotid al aceluiași lanț.
Pe baza acestei organizații, în cărțile de genetică și biologie moleculară, filamentele polinucleotidice ale oricărui acid nucleic sunt descrise după cum urmează: P-5 "→ 3" -OH (* Notă: litera P indică " atom de fosfor al grupei fosfat).
Aplicând conceptele de 5 "capăt și 3" capăt la o singură nucleotidă, "capătul 5" al acestuia din urmă este gruparea fosfat legată de carbonul 5, în timp ce capătul său 3 "este gruparea hidroxil unită la carbonul 3.
În ambele cazuri, s "invită cititorul să acorde atenție recurenței numerice: capătul 5" - gruparea fosfat pe carbon 5 și capătul 3 "- gruparea hidroxil pe carbonul 3.
Locație
În celulele nucleate (adică nucleul) ale unei ființe vii, moleculele de ARN pot fi găsite atât în nucleu, cât și în citoplasmă.
Această localizare largă depinde de faptul că unele dintre procesele celulare, având ARN ca protagonist, sunt situate în nucleu, în timp ce altele au loc în citoplasmă.
Comparație cu ADN
ADN-ul organismelor eucariote (deci și ADN-ul uman) este localizat numai în interiorul nucleului celular.
- ARN-ul este o moleculă biologică mai mică decât ADN-ul, alcătuit de obicei dintr-o singură catena de nucleotide.
- Pentozele care constituie nucleotidele acidului ribonucleic este riboza.
- Nucleotidele ARN sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de ribonucleotide.
- ARN-ul acidului nucleic împarte doar 3 din 4 baze azotate cu ADN-ul. De fapt, în loc de timină, are baza azotată uracil.
- ARN-ul poate locui în diferite compartimente ale celulei, de la nucleu la citoplasmă.
Sinteză
Procesul de sinteză a ARN are ca protagonist o enzimă intracelulară (adică situată în interiorul celulei), numită ARN polimerază (N.B: o enzimă este o proteină).
ARN polimeraza unei celule folosește ADN-ul, prezent în interiorul nucleului aceleiași celule, ca și cum ar fi un șablon, pentru a crea ARN.
Cu alte cuvinte, este un fel de copiator care transcrie ceea ce raportează ADN-ul într-un alt limbaj, care este cel al „ARN-ului”.
Mai mult, acest proces de sinteză a ARN, prin lucrarea ARN polimerazei, ia numele științific de transcripție.
Organismele eucariote, cum ar fi oamenii, posedă 3 clase diferite de ARN polimerază: ARN polimerază I, ARN polimerază II și ARN polimerază III.
Fiecare clasă de ARN polimerază creează anumite tipuri de ARN, care, pe măsură ce cititorul va putea stabili în capitolele următoare, au roluri biologice diferite în contextul vieții celulare.
CUM FUNCȚIONEAZĂ POLIMERAZA ARN
O "ARN polimerază este capabilă să:
- Recunoașteți, pe ADN, site-ul de la care începeți transcrierea,
- Legați-vă de ADN,
- Separați cele două catene polinucleotidice de ADN (care sunt ținute împreună de legături de hidrogen între bazele azotate), astfel încât să acționeze asupra unei singure catene și
- Începeți sinteza transcriptului ARN.
Fiecare dintre acești pași are loc ori de câte ori o "ARN polimerază este pe cale să efectueze procesul de transcriere. Prin urmare, toate sunt etape obligatorii."
ARN polimeraza sintetizează moleculele de ARN în direcția 5 "→ 3". Pe măsură ce adaugă ribonucleotide la molecula de ARN născut, se deplasează pe șuvița ADN șablon în direcția 3 "→ 5".
MODIFICĂRILE TRANSCRIPTULUI ARN
După transcrierea sa, ARN suferă unele modificări, inclusiv: adăugarea unor secvențe de nucleotide la ambele capete, pierderea așa-numitelor introni (un proces cunoscut sub numele de îmbinarea) etc.
Prin urmare, comparativ cu segmentul ADN original, ARN-ul rezultat prezintă unele diferențe în lungimea lanțului polinucleotidic (în general este mai scurt).
Tipuri
Există diferite tipuri de ARN.
Cele mai cunoscute și studiate sunt: „ARN de transport (sau ARN de transfer sau ARNt),„ ARN mesager (sau ARN mesager sau ARNm), „ARN ribozomal (sau ARN ribozomal sau ARNr) și ARN nuclear mic (sau ARN nuclear mic sau snARN).
Deși joacă diferite roluri specifice, tARN, mARN, rARN și snARN contribuie la realizarea unui scop comun: sinteza proteinelor, pornind de la secvențele de nucleotide prezente în ADN.
ÎNCĂ ALTE TIPURI DE ARN
În celulele organismelor eucariote, cercetătorii au găsit alte tipuri de ARN, pe lângă cele 4 menționate mai sus. De exemplu:
- Micro ARN-urile (sau miARN-urile), care sunt fire de puțin peste 20 de nucleotide în lungime, e
- ARN-ul care alcătuiește ribozimele.Ribozimele sunt molecule de ARN cu activitate catalitică, precum enzimele.
MiARN și ribozime participă, de asemenea, la procesul de sinteză a proteinelor, la fel ca ARNt, ARNm etc.
Funcţie
ARN reprezintă macromolecula biologică de trecere între ADN și proteine, adică biopolimeri lungi ale căror unități moleculare sunt aminoacizi.
ARN-ul este comparabil cu un dicționar de informații genetice, deoarece permite traducerea segmentelor nucleotidice ale ADN-ului (care sunt apoi așa-numitele gene) în aminoacizii proteinelor.
Una dintre cele mai frecvente descrieri ale rolului funcțional, jucat de "ARN, este:" ARN este "acidul nucleic implicat în codificarea, decodarea, reglarea și exprimarea genelor".
„ARN este unul dintre cele trei elemente cheie ale așa-numitei dogme centrale a biologiei moleculare, care afirmă:„ Din ADN derivă „ARN, din care, la rândul său, sunt derivate proteinele” (ADN → ARN → proteine).
TRANSCRIERE ȘI TRADUCERE
Pe scurt, transcripția este seria reacțiilor celulare care duc la formarea moleculelor de ARN, începând cu ADN.
Traducerea, pe de altă parte, este ansamblul proceselor celulare care se încheie cu producerea proteinelor, pornind de la moleculele de ARN produse în timpul procesului de transcripție.
Biologii și geneticienii au inventat termenul „traducere”, deoarece din limbajul nucleotidelor trecem la limbajul aminoacizilor.
TIPURI ȘI FUNCȚII
Procesele de transcriere și traducere văd toate tipurile de ARN menționate mai sus ca protagoniști (ARNt, ARNm etc.):
- Un ARNm este o moleculă de ARN care codifică o proteină. Cu alte cuvinte, mARN-urile sunt proteinele anterioare procesului de traducere a nucleotidelor în aminoacizii proteinelor.
ARNm suferă mai multe modificări după transcrierea lor. - TRNA sunt molecule de ARN necodificatoare, dar totuși esențiale pentru formarea proteinelor. De fapt, ele joacă un rol cheie în descifrarea a ceea ce raportează moleculele de ARNm.
Denumirea de "ARN de transport" derivă din faptul că acești ARN poartă un aminoacid pe ele. Pentru a fi mai precis, fiecare aminoacid corespunde unui ARNt specific.
TRNA interacționează cu ARNm prin intermediul a trei nucleotide particulare în secvența lor. - ARNr sunt moleculele de ARN care alcătuiesc ribozomii. Ribozomii sunt structuri celulare complexe care, deplasându-se de-a lungul ARNm, reunesc aminoacizii unei proteine.
Un ribozom generic conține, în interiorul acestuia, câteva site-uri, unde este capabil să găzduiască ARNt și să le facă să se întâlnească cu ARNm. Aici sunt cele trei nucleotide particulare menționate mai sus care interacționează cu ARN-ul mesager. - SnRNA sunt molecule de ARN care participă la procesul de îmbinarea de introni prezenți pe ARNm. Intronii sunt segmente scurte de ARNm necodificator, inutile în scopul sintezei proteinelor.
- Ribozimele sunt molecule de ARN care catalizează tăierea firelor de ribonucleotide, acolo unde este necesar.
Figura: translația ARNm.
.jpg)
