ESTRUCTURA Y FUNCIÓN DEL RNA
¿Cómo controlan las secuencias de nucleótidos las características de los organismos? En experimentos realizados con el hongo ascomiceto Neurospora crassa en la década de 1940, George Beadle y Edward Tatum descubrieron la existencia de una conexión entre los genes y las enzimas. Demostraron que las variedades mutantes de Neurospora que se generaban por irradiación con rayos X requerían nutrientes adicionales para crecer. Esto probablemente se debía a que las células dañadas por la radiación carecían de enzimas específicas necesarias para sintetizar estos nutrientes. De esta forma propusieron un vínculo directo entre los genes y las reacciones enzimáticas, lo que se conoció como la hipótesis «un gen, una enzima».
El vínculo entre el DNA y las enzimas (que son, en su gran mayoría, proteínas) es el RNA. El DNA de un gen se transcribe para producir una molécula de RNA que es complementaria con el DNA. La secuencia de RNA es entonces traducida a la secuencia correspondiente de aminoácidos para formar una proteína. Esta transferencia de información biológica se resume en el llamado dogma central de la biología molecular formulado por Crick en 1958. El DNA se transcribe a RNA, y la secuencia de RNA se traduce a la secuencia de aminoácidos correspondiente, formando una proteína.
Las células contienen diversos tipos de RNA:
- El RNA ribosómico (rRNA) es el componente principal de los ribosomas y constituye hasta un 65% de su peso total. Las moléculas de rRNA suelen ser muy grandes. Desempeña un papel tanto catalítico como estructural en la síntesis de proteínas.
Tanto en los procariotas como en los eucariotas, un ribosoma consta de dos subunidades, una mayor que la otra. A su vez, la subunidad más pequeña consiste en una molécula grande de RNA y unas 20 proteínas distintas; la subunidad más grande consiste en dos moléculas de RNA en los procariotas (tres en los eucariotas) y unas 35 proteínas distintas en los procariotas (unas 50 en los eucariotas).
Para la separación de los componentes de los ribosomas, RNA y proteínas, se utiliza una técnica denominada ultracentrifugación analítica. El movimiento de una partícula en esta técnica se caracteriza por un expresado en unidades (S), llamadas así por Theodor Svedberg, el científico sueco que inventó la ultracentrífuga. El valor S aumenta con el peso molecular de la partícula en sedimentación, pero no de forma directamente proporcional, porque la forma de la partícula también afecta a la velocidad de sedimentación.
Un ribosoma de suele tener un coeficiente de sedimentación de 70S, disociándose en una subunidad menor de 30S y una mayor de 50S. La subunidad 30S contiene un rRNA 16S y 21 proteínas distintas. La subunidad 50S contiene dos rRNA, de 5S y 23S, y 36 proteínas distintas.
En cambio, los ribosomas eucarióticos tienen un coeficiente de sedimentación de 80S y las subunidades mayor y menor son 60S y 40S, respectivamente. La subunidad pequeña de los eucariotas contiene un rRNA 18S, mientras que la grande contiene tres tipos de moléculas de rRNA,5S, 5, 8S y 28S.
 | El dogma central de la biología molecular. Las flechas de línea continua indican los tipos de transferencia de información que se producen en todas las células: el DNA dirige su propia replicación para producir moléculas nuevas de DNA; el DNA se transcribe a RNA; el RNA se traduce en la síntesis de una proteína. Las flechas de línea discontinua representan las transferencias de información que se observan sólo en algunos organismos (como algunos virus). |
Composición de los ribosomas en procariotas y eucariotas. Resumen de la composición y la masa de los ribosomas en los procariotas y en los eucariotas. Las subunidades ribosómicas se identifican por sus valores del coeficiente de sedimentación S (Svedberg). |  |
- El RNA de transferencia (tRNA) consta de alrededor de 75 nucleótidos, siendo una de las moléculas de RNA más pequeñas. Es un polinucleótido de una sola cadena, con un peso molecular aproximado de 25.000 daltons.
Transporta los aminoácidos en forma activada al ribosoma para la formación de enlaces peptídicos a partir de la secuencia codificada por el mRNA molde. Existe al menos un tipo de tRNA para cada uno de los 20 aminoácidos. En el tRNA se establecen puentes de hidrógeno intracatenarios y se forman pares de bases A – U y G –C similares a os del DNA, salvo por la sustitución de la timina por uracilo. La molécula puede dibujarse como una estructura de trébol. Las porciones de la molécula unidas por puentes de hidrógeno se denominan tallos, y las otras, bucles. Algunos de estos bucles contienen bases modificadas.
Si se comparan con los tRNA de diferentes especies, se observan muchos aspectos estructurales comunes. La mayoría de tRNA tienen un residuo guanilato (pG) en el extremo 5´, y todos tienen la secuencia CCA(3´) en el extremo 3´.
El brazo del aminoácido puede llevar un aminoácido específico unido por su grupo carboxilo al grupo hidroxilo 2´o 3´ del residuo A del extremo 3´del tRNA. El contiene el anticodón que permite el apareamiento específico con los codones del mRNA en el proceso de traducción. El contiene dihidrouridina (D) y el yC contiene ribotimina (T) y pseudouridina (y). Los brazos D y TyC contribuyen al plegamiento de las moléculas del tRNA.
Durante la síntesis de proteínas, tanto el tRNA como el mRNA se unen al ribosoma de una forma definida, lo que garantiza el orden correcto de los aminoácidos en la cadena polipeptídica sintetizada.
 | Estructura en hoja de trébol de los tRNA. Los puntos grandes representan residuos nucleotídicos, mientras que las líneas azules representan pares de bases. Los residuos característicos y/o invariables comunes a todos los tRNA aparecen en rojo. En el extremo del brazo del anticodón se encuentra el bucle del anticodón, que contiene siempre siete nucleótidos no apareados. Pu: nucleótido purínico; Py: nucleótido pirimidínico; G*: guanilato o 2’-O-metilguanilato; ψ: pseudouridina; D: dihidrouridina. |
