Nuestro material genético está codificado en el ADN (ácido desoxirribonucleico). El ADN es famoso. Pero es posible que también haya oído hablar del ARN (ácido ribonucleico). Entonces, ¿qué es el ARN y para qué sirve?

En realidad, para muchas cosas. De hecho, es posible que la vida primitiva utilizara el ARN como material genético y también utilizara los ARN plegados como herramientas químicas para sobrevivir. Esto se llama la hipótesis del mundo del ARN.

El ARN es similar al ADN en muchos aspectos. Es una larga cadena de azúcares unidos por grupos fosfato. Hay una base cíclica unida a cada azúcar y las bases pueden emparejarse con otras iguales para formar una doble hélice.

Esto se parece al ADN pero la hélice está un poco contorsionada y a menudo los ARN se pliegan en estructuras complejas estabilizadas por hélices cortas intercaladas con largos bucles de una sola hebra.

La diferencia realmente importante es que el ARN tiene un átomo de oxígeno extra. Esto hace que el ARN sea menos estable que el ADN.

Se podría pensar que ser inestable es algo malo, pero tiene sus ventajas. Los organismos que necesitan cambiar rápidamente tienden a utilizar el ARN como material genético. Los virus, como el de la gripe y el VIH, eligen el ARN en lugar de la alternativa más estable del ADN para poder cambiar y mantenerse un paso por delante del sistema inmunitario de sus huéspedes.

Muchos factores contribuyen a las altas tasas de mutación en los virus de ARN, incluyendo la inestabilidad del ARN y la escasa actividad de lectura de pruebas en las enzimas que replican el ARN.

Servicio de mensajería

Además de servir como material genético, el ARN tiene otra función crítica en prácticamente todos los organismos: actúa como mensajero; un intermediario de corta duración que comunica la información contenida en nuestros genes al resto de la célula.

Muchos genes necesitan activarse en ráfagas. Piense en un aficionado al fútbol que grita en un momento clave del partido: no queremos que el mensaje dure eternamente.

Los genes sí duran toda la vida, así que ¿cómo proporcionamos mensajes de corta duración?

Hacemos copias de ARN de nuestros genes de ADN. Los mensajes, o ARNm, reflejan la secuencia de bases de nuestro ADN y viajan fuera del núcleo (donde se almacena nuestro ADN) hacia el citoplasma, donde se traducen en proteínas. Las proteínas se encargan de realizar tareas en la célula y los ARNm inestables simplemente decaen o se degradan.

Así que el ARN puede actuar como mensajero en el proceso de asegurar que los genes se traduzcan en proteínas, las herramientas de la célula, cosas como la hemoglobina para transportar el oxígeno por el cuerpo.

¿Pero cómo se produce esta misteriosa traducción? ¿Se basa en herramientas químicas como las proteínas?

Sin duda, pero parece que las proteínas no son las protagonistas. Es un hecho notable que los actores realmente importantes en el desencadenamiento de las reacciones químicas para producir cadenas de proteínas a partir del código del ARNm no son otras proteínas, sino moléculas de ARN especialmente plegadas – enzimas de ARN o ribozimas.

La maquinaria para leer una proteína a partir de un ARN mensajero está contenida en una compleja enzima de ARN y las partes funcionales son moléculas de ARN llamadas ARN ribosómico o ARNr.

Asegurando la información

¿Cómo es que el ARN puede desencadenar reacciones químicas pero el ADN no parece hacerlo? En parte es por el oxígeno extra y en parte por la capacidad especial que tiene el ARN de plegarse en formas complejas para formar herramientas que pueden hacer cosas, mientras que la doble hélice es regular y estable. La doble hélice de ADN mantiene la información de forma segura pero no hace mucho más.

En 1989 Sidney Altman y Thomas Cech compartieron el Premio Nobel de Química por demostrar que los ARN podían catalizar reacciones químicas.

Podría preguntarse cómo una cadena de azúcares y bases como el ARNm puede incluso servir de plantilla para formar una cadena de proteínas. La respuesta es complicada, pero implica algunos adaptadores inteligentes. Sorprendentemente, esos adaptadores también están hechos de ARN, se llaman ARN de transferencia o ARNt. Utilizan sus bases cíclicas para emparejarse con sus imágenes especulares en el ARNm y alinear los aminoácidos correctos para hacer la proteína, mientras que el ARNr desencadena la reacción para hacer la unión.

El hallazgo de que funciones absolutamente esenciales, como la codificación de la información, la existencia de un mensajero de corta duración para expresarla y la conversión en un conjunto de herramientas proteicas funcionales, implican al ARN, ha llevado a la gente a plantear la hipótesis de que la vida primitiva estaba formada por ARN.

Al principio el ARN posiblemente hizo todo. Pero luego, gradualmente, el ADN tomó el relevo como material genético más estable y las proteínas tomaron el relevo como herramientas químicas más estables. Y el ARN fue olvidado poco a poco por algunos investigadores, al menos hasta hace poco.

Futuro del ARN

En 1998, los biólogos estadounidenses Andy Fire y Craig Mello descubrieron la inhibición del ARN, es decir, cómo el ARN puede desactivar genes.

Ahora sabemos que una nueva clase de pequeños ARNs inhibidores (siRNAs que tienen unos 20 residuos de longitud), afinan la salida de los ARNs mensajeros. Como se ha mencionado, el ARN puede formar dobles cadenas, lo que permite a los ARNsi unirse a los ARN mensajeros e interferir en su función.

Estos ARN interferentes son esencialmente inhibidores «digitales» que son imágenes espejo base por base del ARN mensajero. Así que ahora es posible fabricar inhibidores artificiales. Así, ha nacido una nueva industria en la que los investigadores se esfuerzan por desactivar genes con fines experimentales y los investigadores médicos investigan si esto puede utilizarse para terapias, como desactivar virus u otros genes dañinos.

También se ha producido otro descubrimiento interesante: los investigadores han descubierto que, aunque sólo una pequeña parte de nuestro genoma codifica proteínas, alrededor del 2%, una proporción mucho mayor se copia en ARN.

La función de muchos de estos ARN largos no codificantes de proteínas, denominados lncARN, todavía se está investigando, pero parece que algunos actúan como catalizadores de reacciones químicas y que otros están implicados en la activación o desactivación de genes, ya sea mediante la unión de ARN mensajeros o mediante la unión directa a los genes de ADN con los que coinciden.

Si el mundo comenzó con el ARN entonces no es realmente sorprendente que los ecos de ese mundo de ARN permanezcan y que los ARN todavía estén involucrados en los procesos clave de la vida y sean fundamentalmente importantes en la regulación de los genes.

Se seguirán descubriendo nuevas clases de moléculas de ARN y parece probable que en el futuro surjan más conocimientos sobre la biología fundamental de este terreno fértil.