Modificación de los extremos de la molécula
Para que la molécula de ARNm pueda funcionar de forma segura y participar en la síntesis proteica, sus extremos deben estar protegidos. Este proceso comprende dos modificaciones químicas clave.
La primera etapa es el capping (adición de la caperuza). Ocurre en el extremo 5' de la molécula. La esencia del proceso consiste en la unión de un nucleótido modificado: la 7-metilguanosina. Se forma un enlace inusual: la guanina se une al primer nucleótido de la cadena mediante un puente trifosfato específico (enlace 5'-5'). La «caperuza» o cap así formada cumple dos funciones fundamentales. En primer lugar, protege firmemente al transcrito frente a la acción destructiva de las 5'-endonucleasas en el citoplasma. En segundo lugar, esta región es reconocida posteriormente por la subunidad ribosomal pequeña para iniciar la traducción.
La segunda etapa es la poliadenilación. Esta modificación afecta al extremo opuesto, el 3' del ARNm, donde se localiza una secuencia de señales de nucleótidos (AAYAAA). A esta región se le une una cola de poli-A larga (poly-A tail), que es una cadena de 100 a 200 residuos de ácido adenílico. La presencia de dicha cola es de importancia crítica: determina la estabilidad de la molécula y su semivida, ayuda a que el ARNm maduro salga del núcleo hacia el citoplasma y participa en la regulación de la transcripción.
Mecanismo de splicing
El transcrito primario contiene tanto regiones codificantes como inserciones no codificantes. El proceso de eliminación de las secuencias no codificantes (intrones) y la posterior unión de los fragmentos codificantes (exones) se denomina splicing (corte y empalme). Ocurre en el núcleo en paralelo con la formación del ARN sobre la plantilla de ADN.
El principal aparato ejecutor es el espliceosoma. Se trata de un complejo grande compuesto por pequeños ARN nucleares (snRNA) y decenas de proteínas enzimáticas que juntas forman partículas ribonucleoproteicas.
El funcionamiento del espliceosoma se desarrolla en varios pasos estrictamente secuenciales:
- Iniciación: el snRNA interactúa con el extremo 5' del intrón y reconoce con precisión el límite de unión entre el intrón y el exón.
- Ensamblaje del complejo: se forma el espliceosoma completo. Los extremos del intrón que va a ser eliminado se aproximan, formando un bucle.
- Formación del lazo (lariat): se corta el extremo 5' del intrón. Este extremo liberado se une a una región interna específica del intrón, más cerca de su extremo 3'. Surge una estructura en bucle denominada lazo (lariat).
- Eliminación y unión: se produce el corte en el extremo 3'. El intrón en forma de lazo se escinde definitivamente y el espliceosoma se desensambla. Los exones liberados se unen (ligan) entre sí.
El resultado es una cadena codificante continua: un ARNm maduro funcionalmente activo.
Splicing alternativo
En las células existe un mecanismo gracias al cual un solo gen puede servir de instrucción para la creación de diferentes moléculas. Este fenómeno se conoce como splicing alternativo.
Su fundamento radica en que, al eliminar los intrones del pre-ARNm, los exones restantes pueden unirse en diversas combinaciones. Por ejemplo, los exones pueden unirse en orden (1-2-3-4-5) o omitiendo algún fragmento (1-2-3-5). Como resultado, se forman diversos ARNm maduros.
Importancia biológica del proceso:
- El organismo adquiere la capacidad de sintetizar proteínas con estructura y propiedades diferentes a partir de un único gen.
- Se forman familias de polipéptidos estrechamente relacionados (isoformas).
La célula puede llevar a cabo el splicing alternativo de varias maneras:
- Uso de diferentes promotores: se generan transcritos con distintos extremos 5' y un número variable de exones.
- Modificación del sitio de splicing: desplazamiento del punto de inicio del proceso.
- Splicing en casete: inclusión o exclusión selectiva de determinados exones a partir de los mismos transcritos primarios.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué enzimas catalizan el proceso de poliadenilación?
El proceso de poliadenilación es catalizado por la enzima poli-A polimerasa. Esta enzima lleva a cabo la síntesis de la secuencia de poli-A una vez finalizada la transcripción, añadiendo entre 100 y 200 residuos de ácido adenílico al extremo 3' del transcrito primario (pre-ARNm). La formación de la cola de poli-A cumple varias funciones cruciales:
- determina la estabilidad del ARNm y su tiempo de vida en la célula;
- ralentiza la hidrólisis del ARNm en el citoplasma;
- favorece y facilita la salida de la molécula de ARNm sintetizada desde el núcleo.
¿Qué tipos específicos de pequeños ARN nucleares (snRNA) forman parte del espliceosoma?
El espliceosoma incluye pequeños ARN nucleares conocidos como ARN-U. Son moléculas cortas y estables que recibieron su nombre específico debido a su alto contenido de uracilo y sus formas modificadas. En el núcleo, se unen a proteínas para formar pequeñas ribonucleoproteínas nucleares (snRNP), a partir de las cuales se ensambla posteriormente el espliceosoma. Los ARN-U se caracterizan por una alta conservación evolutiva: las secuencias de nucleótidos de estas moléculas coinciden en un 95% en todos los vertebrados.
«Una caperuza en la cabeza, cola atrás y lo que sobra al lazo»: el cap 5' protege el inicio (como un gorro), la cola de poli-A 3' estabiliza el extremo y los intrones innecesarios se eliminan durante el splicing en forma de bucle («lazo»).
Preguntas de clases y exámenes
¿Cuál es la diferencia principal entre el transcrito primario y el ARNm maduro?
El transcrito primario (pre-ARNm) es inactivo y contiene tanto exones como intrones no codificantes. El ARNm maduro está modificado en sus extremos y consta únicamente de exones unidos, constituyendo una cadena codificante continua.
¿Para qué necesita la molécula de ARNm un cap 5'?
La caperuza de 7-metilguanosina protege al ARNm frente a la degradación por 5'-endonucleasas en el citoplasma. Asimismo, es necesaria para el reconocimiento del ARNm por la subunidad ribosomal pequeña al inicio de la traducción.
¿Por qué un solo gen es capaz de codificar varias proteínas diferentes?
Esto ocurre gracias al splicing alternativo. Durante este proceso, los exones de un mismo transcrito primario se unen en distintas combinaciones, generando una familia de isoformas proteicas.
¿Qué es el espliceosoma?
Es un gran complejo enzimático responsable de la escisión de los intrones. El espliceosoma está compuesto por pequeños ARN nucleares (snRNA) y proteínas especializadas que forman partículas ribonucleoproteicas.
Qué más repasar sobre el tema
- Estructura y funciones de los pequeños ARN nucleares (snRNA)
- Mecanismos de reconocimiento de los límites de intrones y exones por el espliceosoma
- El papel de la secuencia de señales AAYAAA en la poliadenilación
- Diferencias entre las isoformas de proteínas generadas como resultado del splicing en casete
- Naturaleza química del puente trifosfato 5'-5' en el capping
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