El ácido ribonucleico (ARN) es un ácido presente en todas las células vivas que tiene similitudes estructurales con el ADN, pero, a diferencia de este, está formado por una sola cadena. Es un compuesto complejo de alto peso molecular que funciona en la síntesis de proteínas celulares y reemplaza al ADN (ácido desoxirribonucleico) como portador de códigos genéticos en algunos virus. El ARN consta de nucleótidos de ribosa (bases nitrogenadas unidas a un azúcar de ribosa) unidos por enlaces fosfodiéster, formando hebras de diferentes longitudes. Las bases nitrogenadas del ARN son adenina, guanina, citosina y uracilo, que reemplaza a la timina en el ADN.
El azúcar ribosa del ARN es una estructura cíclica que consta de cinco carbonos y un oxígeno. La presencia de un grupo hidroxilo (-OH) químicamente reactivo unido al segundo grupo de carbono en la molécula de azúcar ribosa hace que el ARN sea propenso a la hidrólisis. Se cree que esta labilidad química del ARN, en comparación con el ADN, que no tiene un grupo −OH reactivo en la misma posición en el resto de azúcar (desoxirribosa), es una de las razones por las que el ADN evolucionó para convertirse en el portador preferido de información genética en la mayoría de los organismos. La estructura de la molécula de ARN fue descrita por R.W. Holley en 1965.
Existen diferentes tipos de ARN en las células: ARN mensajero (ARNm), ARN ribosómico (ARNr) y ARN de transferencia (ARNt).
En la síntesis de proteínas, el ARNm transporta códigos genéticos desde el ADN en el núcleo hasta los ribosomas, los sitios de traducción de proteínas en el citoplasma. Los ribosomas están compuestos de ARNr y proteínas. Las subunidades de proteína del ribosoma están codificadas por ARNr y se sintetizan en el nucléolo. Una vez ensamblados por completo, pasan al citoplasma, donde, como reguladores clave de la traducción, "leen" el código que lleva el ARNm.
Estos y otros tipos de ARN llevan a cabo principalmente reacciones bioquímicas, similares a las enzimas. Algunos, sin embargo, también tienen funciones reguladoras complejas en las células. Debido a su participación en muchos procesos reguladores, a su abundancia y a sus diversas funciones, los ARN juegan un papel importante tanto en los procesos celulares normales como en las enfermedades.
Los miRNAs son de particular importancia. Tienen alrededor de 22 nucleótidos de largo y funcionan en la regulación de genes en la mayoría de los eucariotas. Pueden inhibir (silenciar) la expresión génica al unirse al ARNm objetivo e inhibir la traducción, evitando así que se produzcan proteínas funcionales. Muchos miARN juegan un papel importante en el cáncer y otras enfermedades. Por ejemplo, los miARN supresores de tumores y oncogénicos (iniciadores de cáncer) pueden regular genes diana únicos, lo que conduce a la tumorigénesis y la progresión del tumor.
También tienen importancia funcional los piRNA, que tienen entre 26 y 31 nucleótidos de longitud y existen en la mayoría de los animales. Regulan la expresión de los transposones (genes saltadores) evitando que los genes se transcriban en las células germinales (espermatozoides y óvulos). La mayoría de los piRNA son complementarios a diferentes transposones y pueden dirigirse específicamente a esos transposones.
El ARN circular (circRNA) es único de otros tipos de ARN porque sus extremos 5 'y 3' están unidos entre sí, creando un bucle. Los circRNA se generan a partir de muchos genes que codifican proteínas y algunos pueden servir como moldes para la síntesis de proteínas, de forma similar al mRNA. También pueden unirse a miARN, actuando como "esponjas" que evitan que las moléculas de miARN se unan a sus objetivos. Además, los circRNA desempeñan un papel importante en la regulación de la transcripción y el empalme alternativo de los genes de los que se derivaron los circRNA.
Se han descubierto conexiones importantes entre el ARN y las enfermedades humanas. Por ejemplo, como se describió anteriormente, algunos miARN son capaces de regular los genes asociados con el cáncer de maneras que facilitan el desarrollo del tumor. Además, la desregulación del metabolismo de miARN se ha relacionado con varias enfermedades neurodegenerativas, incluida la enfermedad de Alzheimer. En el caso de otros tipos de ARN, los ARNt pueden unirse a proteínas especializadas conocidas como caspasas, que están involucradas en la apoptosis (muerte celular programada). Al unirse a las proteínas caspasa, los ARNt inhiben la apoptosis; la capacidad de las células para escapar de la señalización de muerte programada es un sello distintivo del cáncer. También se sospecha que los ARN no codificantes conocidos como fragmentos derivados de ARNt (tRF) desempeñan un papel en el cáncer.
