Casquete 5' y cola de poli-A. Empalme, intrones y exones.

Puntos más importantes:

  • Cuando se produce inicialmente un transcrito de ARN en una célula eucarionte, se considera un pre-ARNm y se debe procesar para obtener un ARN mensajero (ARNm).
  • Al inicio del transcrito de ARN se añade un cap 5' y al final, una cola de poli-A en 3'.
  • En el empalme, algunas secciones del transcrito de ARN (intrones) se eliminan y las secciones restantes (exones) se vuelven a unir.
  • Algunos genes pueden experimentar empalme alternativo, lo que conduce a la producción de diferentes ARNm maduros a partir del mismo transcrito inicial.

Introducción

Imagina que estás a cargo de una fábrica de libros y acabas de imprimir todas las páginas de tu libro favorito. Ya que tenemos las páginas, ¿el libro estaría completamente listo? Pues... los libros generalmente tienen cubierta y contraportada; tal vez se las quieras agregar. Además, ¿no habrán quedado páginas en blanco o en desorden durante la impresión? Sería bueno revisar eso y quitar esas páginas antes de vender tus libros, o podrías terminar con algunos clientes descontentos.
Los pasos que acabamos de comentar son bastante similares a lo que ocurre con los transcritos de ARN en las células de tu cuerpo. En seres humanos y otros eucariontes, un transcrito de ARN recién hecho (apenas salido de la "prensa" que es la ARN polimerasa) todavía no está listo realmente. En realidad, esta molécula se llama pre-ARNm y tiene que pasar por algunos pasos de procesamiento para convertirse en un ARN mensajero (ARNm) maduro que puede ser traducido en una proteína. Estos pasos incluyen:
  • La adición de las moléculas cap y cola a los dos extremos del transcrito. Estas desempeñan un papel protector, como la cubierta y la contraportada de un libro.
  • La eliminación de secuencias de "basura" llamadas intrones. Los intrones son algo así como páginas en blanco o sin sentido que se hacen durante la impresión de un libro y deben ser eliminadas para que el libro sea legible.
En este artículo, revisaremos de cerca el cap, la cola y las modificaciones de empalme que experimentan los transcritos eucariontes de ARN, veremos cómo se realizan y por qué son importantes para asegurar que obtenemos la proteína correcta de nuestro ARN.

Resumen sobre el procesamiento del pre-mRNA en eucariontes

Como un rápido repaso, la expresión génica (la "lectura" de un gen para producir una proteína o un pedazo de proteína) ocurre de forma un poco diferente entre bacterias y eucariontes como los seres humanos.
En bacterias, los transcritos de ARN están listos para desempeñarse como ARN mensajeros y se traducen en proteínas inmediatamente. En eucariontes, las cosas son un poco más complejas, aunque de una manera bastante interesante. La molécula que produce la transcripción directamente en una de tus células (eucariontes) se llama pre-ARNm, lo que refleja que tiene que que pasar por algunos pasos más para convertirse en un ARN mensajero (ARNm) real. Estos son:
  • Añadir un cap 5' al inicio del ARN
  • Añadir una cola de poli-A (cola de nucleótidos A) al final del ARN
  • Cortar y quitar los intrones, o secuencias "basura", y pegar las secuencias restantes, las buenas (exones)
Una vez que se han completado estos pasos, el ARN es un ARNm maduro. Este puede viajar fuera del núcleo y ser utilizado para hacer una proteína.

El cap 5' y la cola de poli-A

Ambos extremos de un pre-ARNm se modifican con la adición de grupos químicos. El grupo del inicio (extremo 5') se llama cap y el grupo del final (extremo 3') se llama cola. El cap y la cola protegen el transcrito, ayudan a que sea exportado del núcleo y traducido en los ribosomas (las "máquinas" que fabrican proteínas) que se encuentran en el citosol1^1.
El cap 5' se agrega al primer nucleótido del transcrito durante la transcripción. El cap es un nucleótido modificado de guanina (G) que protege al transcrito de la degradación. También ayuda al ribosoma a unirse al ARNm y a comenzar a leerlo para hacer una proteína.
¿Cómo se añade la cola poly-A? El extremo 3' del ARN se forma de una manera un poco extraña. Cuando durante la transcripción aparece una secuencia llamada señal de poliadenilación en la molécula del ARN , una enzima corta el ARN en dos en ese sitio. Otra enzima añade de 100100 200200 nucleótidos de adenina (A) en el extremo cortado para formar una cola de poli-A. La cola le brinda al transcrito mayor estabilidad y lo ayuda a ser exportado del núcleo hacia el citosol.

Empalme de ARN

El tercer evento más importante en el procesamiento del ARN que sucede en tus células se conoce como empalme de ARN. En el empalme de ARN, ciertas regiones del transcrito del pre-ARNm, conocidas como intrones, son reconocidas y eliminandas por un complejo enzimático especializado llamado espliceosoma. Los intrones pueden considerarse secuencias "basura" que se deben cortar para que se pueda conformar la "versión con las partes buenas" de la molécula de ARN.
¿Cuáles son las "partes buenas"? Los fragmentos de ARN que no se eliminan se llaman exones. El espliceosoma pega los exones para generar el ARNm final y maduro, el cual se envía fuera del núcleo.
Un punto clave aquí es que es solo los exones de un gen codifican proteína. Los intrones no solo carecen de información para construir una proteína, en realidad tienen que ser eliminados para el ARNm codifique una proteína con la secuencia correcta. Si el espliceosoma no quita un intrón, se obtendrá un ARNm con "basura" extra y se producirá una proteína errónea durante la traducción.

Empalme alternativo

¿De qué sirve el empalme? No sabemos realmente por qué existe el empalme y, de cierta forma, parece un sistema derrochador. Sin embargo, el empalme posibilita un proceso llamado empalme alternativo, en que puede hacerse más de un ARNm del mismo gen. Mediante el empalme alternativo, los humanos (y otros eucariontes) podemos codificar secretamente un número mayor de proteínas que los genes que tenemos en nuestro ADN.
En el empalme alternativo, un pre-ARNm se puede empalmar en cualquiera de dos (¡a veces muchas más que dos!) maneras diferentes. Por ejemplo, en el siguiente diagrama, el mismo pre-ARNm puede empalmarse de tres maneras diferentes, según los exones que se conservan. Esto resulta en tres ARNm maduros diferentes que se traducen en proteínas con estructuras diferentes.

Inténtalo tú mismo: empalma el mensaje

Tu misión, si decides aceptarla, es descifrar el siguiente mensaje ultra secreto. Primero, elimina las letras "basura", de color púrpura y subrayadas. Después, coloca las letras restantes en grupos de tres desde el comienzo.
UNA VEZ F\maroonD{\textbf{UNA VEZ F}}AM APQ\purpleC{\underline{\text{AM APQ}}} UIC ONL\maroonD{\textbf{ UIC ONL}} ZAP TQM \purpleC{\underline{\text{ ZAP TQM }}}OSD OS\maroonD{\textbf{OSD OS}}
¿Ya lo intentaste?
  • Si eliminas las secuencias púrpura, deberías obtener esta serie de letras:
  • Si agrupas las letras restantes en grupos de tres, deberías obtener este mensaje:
El proceso que acabas de realizar es básicamente lo que deben hacer tus células cuando expresan un gen. Como ya comentamos anteriormente en este artículo, la mayoría de los pre-ARNm eucariontes contienen secuencias "basura" llamadas intrones, que son como las letras púrpuras en el mensaje. Estas secuencias deben retirarse y las secuencias con significado (exones), equivalentes a las letras de color marrón en el mensaje anterior, deben volver a unirse para obtener un ARNm maduro.
Durante la traducción, la secuencia de ARNm se lee en grupos de tres nucleótidos. Cada "palabra" de tres letras corresponde a un aminoácido que se agrega a un polipéptido (proteína o subunidad de proteína). Si un ARN no se ha empalmado, este contendrá nucleótidos adicionales que no debería y producirá un "mensaje" de proteína erróneo. Algo similar ocurre si intentamos descifrar el mensaje anterior sin quitar las letras púrpuras:
UNA VEZ F\maroonD{\textbf{UNA VEZ F}}AM APQ\purpleC{\underline{\text{AM APQ}}} UIC ONL\maroonD{\textbf{ UIC ONL}} ZAP TQM \purpleC{\underline{\text{ ZAP TQM }}}OSD OS\maroonD{\textbf{OSD OS}}
Así como el eliminar las letras púrpuras de la oración es clave para encontrar el mensaje correcto, el empalme es clave para asegurar que un ARNm lleve la información correcta (y dirija la producción del polipéptido correcto).
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