Materialul nostru genetic este codificat în ADN (acid dezoxiribonucleic). ADN-ul este celebru. Dar este posibil să fi auzit, de asemenea, și de ARN (acid ribonucleic). Așadar, ce este ARN-ul și la ce este bun?

De fapt, destul de multe. De fapt, este posibil ca viața timpurie să fi folosit ARN-ul ca material genetic și, de asemenea, să fi folosit ARN-urile pliate ca instrumente chimice pentru a supraviețui. Aceasta se numește ipoteza lumii ARN.

ARN-ul este similar cu ADN-ul în multe feluri. Este un lanț lung de zaharuri legate între ele prin grupări fosfat. Există o bază ciclică atașată fiecărui zahăr, iar bazele se pot împerechea cu parteneri potriviți pentru a forma un dublu helix.

Acesta seamănă cu ADN-ul, dar helixul este puțin contorsionat și adesea ARN-urile sunt pliate în structuri complexe stabilizate de elice scurte intercalate cu bucle lungi cu un singur fir.

Diaferența cu adevărat importantă este că ARN-ul are un atom de oxigen în plus. Acest lucru face ca ARN-ul să fie mai puțin stabil decât ADN-ul.

Ați putea crede că a fi instabil este un lucru rău, dar există și avantaje. Organismele care trebuie să se schimbe rapid au tendința de a folosi ARN ca material genetic. Virușii, cum ar fi gripa și HIV, aleg ARN-ul în locul alternativei mai stabile a ADN-ului pentru a se putea schimba și a fi cu un pas înaintea sistemului imunitar al gazdelor lor.

Mai mulți factori contribuie la ratele ridicate de mutație în virusurile ARN, inclusiv instabilitatea ARN-ului și activitatea slabă de citire a probelor în enzimele care replică ARN.

Serviciu mesager

Pe lângă faptul că servește ca material genetic, ARN-ul are o altă funcție critică în aproape toate organismele: acționează ca mesager; un intermediar de scurtă durată care comunică informațiile conținute în genele noastre către restul celulei.

Multe gene trebuie să fie activate în rafale. Gândiți-vă la un fan de fotbal care strigă într-un moment cheie al unui meci – nu vrem ca mesajul să dureze o veșnicie.

Genele durează o viață întreagă, deci cum furnizăm mesaje de scurtă durată?

Noi facem copii ARN ale genelor noastre ADN. Mesajele, sau ARNm, reflectă secvența de baze din ADN-ul nostru și călătoresc din nucleu (unde este stocat ADN-ul nostru) în citoplasmă, unde sunt traduse în proteine. Proteinele continuă să îndeplinească sarcini în celulă, iar ARNm instabile pur și simplu se descompun sau sunt degradate.

Deci ARN-ul poate acționa ca un mesager în procesul de asigurare a traducerii genelor în proteine – uneltele celulei, lucruri cum ar fi hemoglobina pentru a transporta oxigenul prin corp.

Dar cum are loc această traducere misterioasă? Se bazează pe instrumente chimice precum proteinele?

Cert este așa, dar se pare că proteinele nu sunt actorii cheie. Este un fapt remarcabil că actorii cu adevărat importanți în declanșarea reacțiilor chimice pentru a produce lanțuri proteice din codul ARNm nu sunt alte proteine, ci molecule de ARN special pliate – enzimele ARN sau ribozimele.

Mecanismul de citire a unei proteine dintr-un ARN mesager este conținut într-o enzimă ARN complexă, iar părțile funcționale sunt molecule de ARN numite ARN ribozomal sau ARNr.

Securizarea informației

Cum se face că ARN-ul poate declanșa reacții chimice, dar ADN-ul nu pare să o facă? Este vorba, pe de o parte, de oxigenul suplimentar și, pe de altă parte, de capacitatea specială pe care o are ARN-ul de a se plia în forme complexe pentru a forma instrumente care pot face lucruri, în timp ce dublul helix este regulat și stabil. Spirala dublă a ADN-ului păstrează informațiile în siguranță, dar nu face prea multe altele.

În 1989, Sidney Altman și Thomas Cech au împărțit Premiul Nobel pentru Chimie pentru că au demonstrat că ARN-urile pot cataliza reacții chimice.

S-ar putea să vă întrebați cum un lanț de zaharuri și baze, cum este ARNm, poate servi chiar și ca șablon pentru formarea unui lanț de proteine. Răspunsul este complicat, dar implică niște adaptatori inteligenți. În mod uimitor, acești adaptatori sunt, de asemenea, făcuți din ARN, se numesc ARN de transfer sau ARNt. Aceștia își folosesc bazele lor ciclice pentru a se împerechea cu imaginile lor în oglindă din ARNm și aliniază aminoacizii potriviți pentru a forma proteina, în timp ce ARNr declanșează reacția de realizare a îmbinării.

Constatarea că funcții absolut esențiale, cum ar fi codificarea informației, existența unui mesager de scurtă durată pentru a o exprima și transformarea acesteia într-un set de instrumente proteice funcționale, toate implică ARN, a determinat oamenii să formuleze ipoteza că viața timpurie a fost alcătuită din ARN.

La început este posibil ca ARN-ul să fi făcut totul. Dar apoi, treptat, ADN-ul a preluat rolul de material genetic mai stabil și proteinele au preluat rolul de instrumente chimice mai stabile. Iar ARN-ul a fost treptat uitat de unii cercetători, cel puțin până de curând.

Future of RNA

În 1998, biologii americani Andy Fire și Craig Mello au descoperit inhibiția ARN-ului – modul în care ARN-ul poate opri genele.

Acum știm că o nouă clasă de ARN inhibitori mici (siARN care au o lungime de aproximativ 20 de reziduuri), reglează fin producția de ARN mesager. După cum s-a menționat, ARN-ul poate forma șiruri duble – acest lucru permite siARN-urilor să se lege de ARN-urile mesager și să interfereze cu funcția lor.

Aceste ARN-uri de interferență sunt, în esență, inhibitori „digitali” care sunt imagini în oglindă, bază cu bază, ale ARN-ului mesager. Deci este posibil să se facă acum inhibitori artificiali. Astfel, s-a născut o nouă industrie, pe măsură ce cercetătorii se străduiesc să oprească genele în scopuri experimentale, iar cercetătorii din domeniul medical investighează dacă acest lucru poate fi folosit pentru terapii, cum ar fi oprirea virușilor sau a altor gene dăunătoare.

De asemenea, a mai avut loc o altă descoperire interesantă – cercetătorii au descoperit că, deși doar o mică parte din genomul nostru codifică proteine, aproximativ 2%, o proporție mult mai mare este încă copiată în ARN.

Funcția multora dintre aceste ARN-uri lungi care nu codifică proteine, numite ARNlnc, este încă în curs de investigare, dar se pare că unele acționează pentru a cataliza reacții chimice și că altele sunt implicate în activarea sau dezactivarea genelor, fie prin legarea ARN-urilor mesageriale, fie prin legarea directă la genele ADN cu care se potrivesc.

Dacă lumea a început cu ARN, atunci nu este cu adevărat surprinzător faptul că ecourile acelei lumi ARN au rămas și că ARN-urile sunt încă implicate în procesele cheie ale vieții și au o importanță fundamentală în reglarea genelor.

Noile clase de molecule de ARN vor continua să fie descoperite și se pare că este probabil ca din acest teren fertil să apară în viitor și alte perspective în biologia fundamentală.

.