ARN

Qué es el ARN

A diferencia del ADN, que forma la conocida doble hélice, el ARN consiste por lo general en una sola cadena de nucleótidos. Esa cadena, sin embargo, no es una cinta inerte: regiones complementarias dentro de la misma molécula se aparean entre sí y dan lugar a horquillas, lazos y estructuras tridimensionales complejas. Son esos pliegues los que determinan qué puede hacer cada tipo de ARN —desde servir de molde para una proteína hasta catalizar una reacción química.

Dos diferencias químicas separan al ARN del ADN. La primera es el azúcar: la ribosa del ARN conserva un grupo hidroxilo (–OH) en la posición 2' del anillo que la desoxirribosa del ADN ha perdido. Ese hidroxilo adicional hace que el ARN sea más reactivo y, en consecuencia, menos estable, lo cual tiene sentido biológico: la célula necesita moléculas de ARN que se fabriquen deprisa, cumplan su función y se degraden sin acumularse. La segunda diferencia es una base: donde el ADN lleva timina, el ARN lleva uracilo. El cambio es sutil (un grupo metilo de diferencia), pero basta para que las enzimas celulares distingan unos nucleótidos de otros.

Del dogma central a las ribozimas

Hasta finales de la década de 1930, los ácidos nucleicos se consideraban poco más que un andamiaje monótono, y nadie sospechaba que el ARN tuviera relación directa con la síntesis de proteínas. Fueron Torbjörn Caspersson, en Estocolmo, y Jean Brachet, en Bruselas, quienes notaron de forma independiente que las células muy activas en la producción de proteínas acumulaban cantidades llamativas de ARN citoplasmático. El dato era sugerente, pero faltaban piezas.

Francis Crick las encajó en 1958 al formular lo que llamó «dogma central de la biología molecular»: la información genética fluye del ADN al ARN (transcripción) y del ARN a la proteína (traducción). El esquema resultó correcto en sus líneas generales, pero demasiado rígido en un punto. En 1970, Howard Temin y David Baltimore descubrieron que los retrovirus copian su ARN genómico de vuelta a ADN mediante una enzima llamada transcriptasa inversa —un hallazgo que les valió el Nobel de 1975 y que obligó a ampliar el diagrama de Crick con una flecha en sentido contrario.

Quedaba otro giro por dar. En 1982, Thomas Cech demostró que una molécula de ARN del protozoo Tetrahymena era capaz de cortarse y empalmarse a sí misma sin ayuda de ninguna proteína. Sidney Altman, trabajando en otro sistema, describió la actividad catalítica de la ribonucleasa P bacteriana, cuyo componente activo resultó ser ARN, no proteína. Ambos recibieron el Nobel de Química en 1989, y sus ribozimas dieron credibilidad a una hipótesis que Walter Gilbert había planteado tres años antes: la del «mundo de ARN», según la cual las primeras formas de vida terrestres utilizaron ARN a la vez como material genético y como catalizador, antes de que existieran el ADN y las enzimas proteicas. Ningún otro biopolímero conocido reúne esas dos capacidades.

Tipos de ARN

El ARN mensajero (ARNm) es la copia de trabajo de un gen. Se sintetiza en el núcleo por la ARN polimerasa II, que recorre la hebra molde del ADN y genera una cadena complementaria de ARN. Antes de salir al citoplasma, esa cadena pasa por un procesamiento que incluye la eliminación de los intrones (segmentos no codificantes) y la conservación de los exones, además de la adición de una caperuza en el extremo 5' y una cola de poliadenina en el 3'. Ya maduro, el ARNm llega a los ribosomas, donde se lee en tripletes de bases —codones— para ensamblar la secuencia de aminoácidos correspondiente. Su vida media es limitada: minutos en bacterias, horas en células humanas. Esa brevedad no es un defecto; permite a la célula modificar su repertorio proteico con rapidez cuando las condiciones cambian.

Para que la lectura del mensajero se traduzca en aminoácidos concretos hace falta un adaptador, y ese papel lo cumple el ARN de transferencia (ARNt). Con solo 70-90 nucleótidos y una geometría característica en forma de trébol plegado sobre sí mismo, cada molécula de ARNt presenta en un extremo un anticodón (el triplete complementario al codón del mensajero) y en el otro el aminoácido correcto, cargado previamente por una aminoacil-ARNt sintetasa específica. Si esa sintetasa comete un error —algo que ocurre con una frecuencia aproximada de 1 por cada 10 000 reacciones—, el aminoácido equivocado se incorpora a la cadena y la proteína resultante puede perder su función.

El ARN ribosómico (ARNr) no lleva información genética ni transporta aminoácidos. Lo que hace es construir, junto con varias decenas de proteínas, la estructura del ribosoma. Y no se limita a sostenerla: la actividad peptidil-transferasa que forma el enlace peptídico entre aminoácidos consecutivos reside en el propio ARNr de la subunidad mayor. El ribosoma es, por tanto, una ribozima disfrazada de máquina proteica. Aproximadamente el 80 % de todo el ARN de una célula es ribosómico, una proporción que da idea de la escala industrial de la síntesis de proteínas.

Más allá de esos tres tipos clásicos existe un universo de ARN no codificantes cuya variedad sigue creciendo. Los microARN (miARN), con apenas 21-23 nucleótidos, silencian centenares de genes al unirse a secuencias del mensajero y bloquear su traducción o promover su degradación. Los ARN interferentes pequeños (siARN) actúan por un mecanismo emparentado. Y entre los ARN largos no codificantes (lncARN), el caso más estudiado es probablemente el del ARN Xist, que recubre uno de los dos cromosomas X en las células femeninas de los mamíferos y lo silencia casi por completo —un mecanismo de igualación de la carga génica entre sexos que afecta a miles de genes de una vez.

Preguntas frecuentes

¿Qué significa la sigla ARN?

Ácido ribonucleico. En inglés se usa RNA (ribonucleic acid). El nombre alude a la ribosa, el azúcar que distingue químicamente al ARN del ADN (cuyo azúcar es la desoxirribosa). La historia completa de cómo se acuñó el término puede consultarse en la entrada ácido ribonucleico.

¿Cuántos tipos de ARN existen?

Depende de cómo se cuente. Los tres clásicos —mensajero, de transferencia y ribosómico— se conocen desde mediados del siglo XX. A partir de la década de 1990 se han descrito decenas de variedades no codificantes: microARN, ARN interferentes pequeños, ARN largos no codificantes, ARN circulares, ARN guía de CRISPR y otros. El catálogo no está cerrado.

¿En qué se diferencia el ARN del ADN?

En tres puntos: el azúcar (ribosa frente a desoxirribosa), una base (uracilo en vez de timina) y el número de cadenas (el ARN suele ser monocatenario; el ADN, bicatenario). Funcionalmente, el ADN almacena la información genética y el ARN la ejecuta: la copia, la transporta y la convierte en proteínas.

¿Puede el ARN actuar como enzima?

Sí. Las moléculas de ARN con actividad catalítica se denominan ribozimas. El ejemplo más notable dentro de la propia célula es el ARN ribosómico, que cataliza la formación del enlace peptídico durante la síntesis de proteínas. Thomas Cech y Sidney Altman recibieron el Nobel de Química en 1989 por este descubrimiento.

¿Hay virus cuyo genoma sea ARN?

Muchos. Los virus de la gripe, el VIH, el SARS-CoV-2, el virus del Ébola y los de la hepatitis A y C, entre otros, almacenan su información genética en ARN. Unos lo hacen en cadena simple de sentido positivo (el propio ARN puede traducirse directamente) y otros en cadena simple de sentido negativo o en cadena doble, lo que condiciona su estrategia de replicación.

Referencias

1. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Ácido ribonucleico (ARN).
2. Sociedad Española de Bioquímica y Biología Molecular (SEBBM). El ARN: un actor versátil con múltiples formas y funciones.
3. MedlinePlus Genetics. ¿Cómo los genes dirigen la producción de proteínas?
4. Real Academia Española. ARN. Diccionario de la lengua española (23.ª edición).