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Transcripción
Para que el ADN pueda ser interpretado debe pasar por varios procesos, siendo el
primero de estos la transcripción.
En la transcripción se interpreta la molécula de ADN y se copia a una molécula de
ARN, la cual posteriormente deberá ser procesada, este ARN procesado (llamado ARN
maduro) va a poder salir del núcleo hacia el citoplasma, donde será interpretado por la
maquinaria de síntesis de proteínas en un proceso que conocemos como traducción.
Entonces, el flujo de información de la célula va a ser desde ADN pasa a ARN y luego
este ARN va a codificarse en proteínas.
• El proceso de transcripción es un proceso de síntesis de ARN el cual se genera
utilizando como molde el ADN genómico.
• Una hebra de ADN (hebra molde) es copiada, solamente esa.
• Cuando queremos decir que una región del ADN está transcribiéndose, decimos
que dicha región se está expresando, por lo tanto, está relacionado al concepto
de expresión génica.
• No todo el genoma se expresa al mismo tiempo, sino que solamente algunos lo
van a hacer, dependiendo del tipo de célula que tengamos y el momento vital en
el que se encuentre.
• Algunas regiones que se transcriben, no son traducidas a proteínas, por ejemplo
los genes del ARNr (ribosomal), del ARNt (de transferencia) o el ARNpn
(pequeños nucleorales). Estos genes no tienen como fin codificar una proteína,
sino justamente, un ARN funcional.
Requisitos
Para poder transcribir tenemos tres requisitos.
• ADN molde, debemos definir que región del genoma vamos a estar
transcribiendo.
• Ribonucleótidos trifosfatos, que serán los que van a ensamblarse para formar
esta nueva hebra de ARN.
• Aparato de transcripción, es decir, la maquinara enzimática que necesitamos que
actúe para llevar a cabo este proceso.
Características diferenciales
• La transcripción utiliza una hebra de ADN como molde, la cual se va a usar
como referencia para ir generando una hebra de ARN, la cual será
complementaria a la hebra molde. (C+G y A+U)
• Como lo que estamos generando es una hebra de ARN, donde halla una Adenina
no va a complementar con una Timina, sino con un Uracilo.
• Esta adición de ribonucleótidos, que como siempre se realiza en el extremo 3´,
es decir, la síntesis se realiza en dirección 5´a 3, se va a hacer por ARN
polimerasas, los cuales no requieren cebadores, por lo tanto estos no serán
necesarios para iniciar el proceso.
• A medida que se va generando esta molécula de ARN, se va generando un
dúplex de ARN/ADN, sin embargo, este es solo temporal. A medida que la
polimerasa vaya avanzando, el dúplex se va a liberar, teniendo como producto
final una hebra de ARN de cadena simple.
Tipos de ARN
• ARNm mensajero: ARN que se genera por transcripción (al igual que todos
los de la lista), y que va a llevar la información que finalmente va a ser
codificada para generar las proteínas en el citoplasma.
• ARNr ribosomal: No genera proteínas ribosomales, sino que el ARN
ribosomal es el producto en final en sí mismo, son los que forman los ribosomas.
• ARNt de transferencia: Son ARN que transfieren aminoácidos al ARN
mensajero durante la síntesis proteica.
• Estos últimos tres son los que están más presentes en el proceso de traducción.
• ARNsn pequeño nuclear: Son importantes en procesamiento de ARN,
específicamente en el corte y empalme de los ARN mensajeros.
• ARNsno pequeños nucleorales: Se usan para modificar químicamente
otros ARNs mensajeros.
• miARN micro ARN: Son muy importantes para regular la expresión génica, su
presencia o ausencia, por ejemplo, va a determinar si un ARNm es finalmente
codificado a proteína o no.
• Hay muchos otros tipos de ARN y todos ellos van a participar de distintos
eventos celulares, como por ejemplo la síntesis de los telómeros,
inactivación del cromosoma X, o transporte al retículo endoplasmático.
Propiedades en común de los ARNs
• Todos los mencionados son producidos por
transcripción, y varios de ellos cumplen un
papel muy importante en la traducción o la
síntesis proteica.
• Es común que los ARNs tengan estructuras
secundarias y terciarias que son complejas.
• Generalmente presentan modificaciones
químicas postraduccionales.
Características de la transcripción
• En la transcripción, vamos a ver
que una región de ADN a ser
transcripta va a tener primero
que desenrollarse, por lo tanto
va a darse un desenrollamiento
parcial del ADN.
• Una vez que se desenrolla van a
quedar libres las dos hebras de ADN y una de ellas va a ser usada como molde.
• Dicha hebra molde, va a ser leída por la ARN polimerasa, la cual tiene como
particularidad que va a agregar ribonucleótidos (no desoxirribonucleótidos)
siempre por el extremo 3´naciente, y la hebra generada va a ser antiparalela y
complementaria a la hebra molde de ADN.
• La otra particularidad que tiene la ARN polimerasa es que no depende de un
cebador, por lo tanto, puede iniciar la transcripción de forma espontánea, sin
necesitar otra enzima.
• La síntesis de ARN se hace agregando ácidos ribonucleótidos mediante enlaces
fosfodiéster.
• Se inicia la síntesis en secuencias específicas que se llaman promotores, los
promotores son regiones del ADN que tienen sitios de reconocimiento para que
la ARN polimerasa se una y a partir de allí inicie la transcripción.
Nomenclatura transcripcional
La hebra de ADN que sirve
como molde es propia de cada
gen, es decir, si nosotros
tenemos 3 genes, no
necesariamente las 3 hebras
moldes van a ser la superior o la
inferior.
Igualmente, nosotros podemos
diferenciar entre las dos hebras cual es
la molde y cual es la codificante para
cada gen.
Para un gen dado vamos a tener una de
las hebras que va a ser la hebra molde (-) y su complementaria va a ser la
hebra codificante (+).
La hebra codificante va a tener sus bases identicas a las del ARN transcripto, con la
diferencia de que donde hay timinas, vamos a tener uracilos.
Unidad transcripcional
Una unidad transcripcional es una scuencia de ADN que codifica una molécula de ARN
y las secuencias necesarias para su transcripción.
La información que la polimerasa necesita para saber cuándo codificar, dónde y cual
hebra está toda en la secuencia de ADN.
En la unidad de transcripción tenemos tres regiones críticas:
Promotor, secuencia codificante para ARN, terminador.
Promotor
Secuencia de ADN que es reconocida por la maquinaria transcripcional, la cual se une a
esta región. También indica cuál de las dos hebras de ADN es la que debe ser leída
como molde, y en que dirección debe moverse para realizar la transcripción. El
promotor enviará señales a la polimerasa que le indicaran de que forma ubicarse para
poder avanzar y transcribir,
Entontonces podemos concluir que los genes no están siempre dispuestos en la misma
hebra del ADN sino que puede cambiar, y la información para que la polimerasa
entienda donde está el gen y qué debe transcribir, está toda dada por el promotor.
Eficiencia de la transcripción.
La transcripción no es siempre igual de eficiente.
En este caso el promotor le indica situarse
de esta forma y moverse hacia la derecha,
utilizando como molde la hebra de abajo.
En este caso el promotor le indica situarse de
esta forma y moverse hacia la izquierda,
utilizando como molde la hebra de arriba.
En este caso, vemos
una transcripción de
alta eficiencia, que dio
lugar a una gran
cantidad de ARNs que
darán lugar a una gran
cantidad de proteínas.
En este caso, vemos una
transcripción de baja
eficiencia, que dio lugar
a muy poca cantidad
de ARNs que darán
lugar a muy poca
cantidad de proteínas.
La eficiencia de transcripción puede ser regulada, de acuerdo al momento de su vida en
el que esté la célula, de acuerdo al ambiente, si el producto del gen es necesario o no
entre otras cosas.
ARN polimerasa bacteriana
• La polimerasa de ARN bacteriana es una única
polimerasa, compuesta por barias subunidades por lo
tanto decimos que es un multímero, dichas
subunidades son alfa (α), beta (β) y omega (Ω).
Siendo estas las que componen el “core” de la
polimerasa.
• El core va a catalizar la elongación de la molécula de
ARN agregando los nucleótidos.
• También tenemos otra subunidad, la sigma (σ), que es
la que va a ser responsable de reconocer secuencias
específicas en el promotor.
• Cuando se une esa última subunidad, la sigma,
decimos que el multímero está completo, y comienza a
llamarse holoencima
• Holoencima refiere por lo tanto, a todo el complejo
completo con lo necesario para que la polimeraza pueda tener actividad.
• El factor sigma lo que hace es controlar la unión de la polimerasa al promotor,
sin sigma, la polimerasa de ARN podrá unirse al ADN, pero no va a reconocer
los promotores genicos.
• Las subunidades alfa α van a quedar “río arriba” es decir, en posición opuesta a
la dirección de transcripción.
• Y las unidades beta β se van a asociar con el sitio de inicio de la transcripción
“corriente abajo”.
promotores bacterianos
• La subunidad sigma de la polimerasa de ARN va a reconocer zonas específicas
en los promotores bacterianos que son necesarias para que la polimerasa sepa
cuál es la hebra que debe usar como molde y en que dirección debe moverse
sobre la hebra de ADN.
• Estas secuencias específicas están
a -10 y a -35 pb antes del sitio de
inicio de las transcripción.
• La secuencia que está a -10 pb la
conocemos como la caja tata.
• En la figura podemos ver como en una gran variedad de genes las secuencias
que están a -10 y a -35 no cambian mucho.
• Con estas secuencias podemos hacer una
secuencia consenso, secuencias que son
consenso entre varios promotores génicos.
• Esto no significa que en todos los promotores génicos vayamos a ver esa
secuencia de bases exacta, pero vamos a ver
variaciones que se asemejan mucho.
• Si nosotros generamos mutaciones en las
secuencias, baja brutamente la tasa de
transcripción, por lo tanto son muy
importantes.
• Una vez que la polimerasa encuentra estas
secuencias a -10 y -35, reconoce un promotor,
y comienza la síntesis a la derecha, podemos
decir entonces que la síntesis se realiza “río abajo”.
proceso de transcripción
Puede ser dividido en tres etapas: iniciación, elongación y terminación.
Iniciación:
• La polimerasa va a unirse de forma no específica a la molécula de ADN hasta
reconocer los promotores en forma de
secuencias específicas, y se va a unir (mediante
la subunidad sigma) al ADN en estas regiones,
formando lo que conocemos como complejo
cerrado.
• Luego va a desnaturalizar el ADN y a formar lo
que conocemos como burbuja de transcripción, a
esto se le llama complejo abierto, y acá va a
poder empezar a catalizar el agregado de
ribonucleótidos para formar el ARN.
• Una vez que se agregan los primeros 9 o 10
ribonucleótidos iniciales mediante enlace
fosfodiéster pasamos a la etapa de elongación.
• Puede ocurrir que en este proceso haya varios eventos abortivos, es decir, que la
polimerasa vaya leyendo y vaya liberando varios elementos que queden truncos,
pasando varias veces hasta que engancha bien, y ahí si comienza a leer
correctamente.
Elongación:
• Una vez que se leyeron los primeros diez nucleótidos, se libera sigma, y
comienza la etapa de elongación.
• En esta etapa la polimerasa va a poder avanzar por la molécula de ADN, yendo
en dirección 3´a 5´ moviéndose por la hebra molde.
• A medida que avanza, va desnaturalizando el
ADN, para liberar hebra molde, y sintetizando de
forma simultánea la molécula de ARN por
complementariedad de bases.
• Formándose el dúplex ADN/ARN.
Terminación:
• Para dar por finalizada la transcripción, la
polimerasa debe recibir algún tipo de señal que se
lo indique.
• En bacterias hay dos tipos de señales posibles: las
Rho independientes, y las Rho dependientes.
Las Rho independientes: generan, en la zona de terminación, que se
sinteticen dos regiones invertidas (repetidos invertidos), y enseguida después de
ellos, una cadena de Adenina que generará la síntesis de una cadena de Uracilos,
cuando la polimerasa llega a sintetizar esa cadena de Uracilos se enlentece,
haciendo que se genere una pausa en la transcripción haciendo que estos dos
invertidos que se sintetizaron en el ARN se apareen entre ellos por
complementariedad de bases formando una horquilla, esta estructura de
horquilla desestabiliza el apareamiento ADN/ARN causando que la molécula de
ARN se separe de la hebra molde.
Por otro lado tenemos las señales Rho dependientes, estos tienen
determinadas características, por un lado tienen secuencias de ADN que haces
que la molécula haga una pausa en la transcripción, y por otro lado secuencias
de ADN que modifican una región en donde la proteína Rho pueda unirse al
ARN, cuando la proteína Rho, que tiene actividad helicasa, se une a esta región
lo que hace es desenredar o disociar el hibrido de ADN/ARN.
• Cuando la polimerasa llega a un sitio de terminación (el punto rojo), la
polimerasa va a disociarse del ADN, y va a liberar la hebra de ARN completa.
Diferencias entre eucariota y procariota.
Procariotas
Eucariotas
Tienen ARNm policistrónico, un mismo
ARNm puede tener secciones
codificantes para distintos genes en una
misma molécula.
Tienen ARNm monocistrónico, cada
ARNm va a tener la secuencia
codificante para codificar una proteína.
Dado al ARNm policistrónico y a la
inexistencia de membranas intracelulares
tienen transcripción y traducción
acopladas e incluso simultaneas.
La transcripción y el procesamiento del
ADN van a estar acoplados y van a
ocurrir en el núcleo, pero la traducción va
a ocurrir en un proceso aparte.
Tiene una única ARN polimerasa.
Tiene tres ARN polimerasa distintas.
ARN polimerasas eucariota
La principal particularidad de las polimerasas eucariotas es que no pueden reconocer al
promotor por si solas, sino que necesitan la acción de factores de transcripción que le
ayuden a reconocer las secuencias.
En células eucariotas, el reconocimiento del promotor, se lleva a cabo por proteínas
accesorias, que una vez que se unen reclutan a aquella polimerasa que sea necesaria (la
I, la II o la III) formándose así el complejo de iniciación de la transcripción.
Estructura
Al comparar con la ARN polimerasa
bacteriana, podemos ver que ambas son
similares, pero al entrar en detalle
descubrimos que a pesar de las
eucariotas tener un montón de
subunidades comunes con la procariota,
también tiene subunidades en las cuales
pueden variar, por ejemplo las
Nombre
Localización
Genes que transcribe
Polimerasa I
Nucleolo
ARNr
Polimerasa II
Nucleoplasma
ARNm, ARNpn
Polimerasa III
Nucleoplasma
ARNt, ARNr 5s
subunidades alfa en la polimerasa I, II y III son diferentes, y se combinan diferente.
Transcripción en eucariotas
En la transcripción de células eucariota, además de tener un papel importante las ARN
polimerasa, participan los factores de transcripción y otras proteínas modificadoras.
Proteínas
Estos factores de transcripción van a ser necesarior para identificar la secuencia
promotora y así reclutar a la polimerasa de ARN a este sitio.
Los modificadores van a hacer enzimas que van a modificar el ADN, ya que, en
eucariotas el ADN está asocidado con histonas, formando cromatina que puede estar
altamente compactada. Por lo tanto va a ser necesario modificar el ADN para poder
abrirlo y acceder a la informacón genética.
Señales
Además de los promotores para iniciar la
síntesis, tenemos también los potenciadores,
que se asocian a proteínas (por ejemplo los
facotres de transcripción) van a poder
modificar la eficencia de la transcripsicón de
determinado gen.
Iniciación de la transcripción
Las 3 polimerasas ARN van a depende
de factores de transcripción basales
para poder iniciar la transcripción, estos
deben reconocer los promotores para
dar pie a iniciar la transcripción.
El promotor, va a tener en general, una
o más secuencias consenso, siendo la
“caja tata” una de las más frecuentes, y
que en eucariotas se encuentra a -25
pares de bases.
Además de la caja tata, va a haber otras secuencias consenso que van a hacer
reconocidas por factores de transcripción basales.
Promotores
Al ver las secuencias consenso de los
promotores de distintos genes, podemos ver que
hay regiones de distinto tipo, las cuales
tienen una estructura modular, y pueden ser
presentadas en distintas organizaciones para
generar un promotor eucariota funcional.
Potenciadores
Cuando tenemos simplemente, un gen y su promotor,
vamos a tener un nivel de transcripción basal.
Si a esto agregamos un potenciador, que puede estar cerca o
lejos del gen, río arriba o río abajo, y en dirección de la
transcripción u opuesta a la misma, obtendremos una mayor
estimulación hacia la transcripción y por lo tanto aumentará
la obtención de ARN.
Para que el potenciador pueda realizar su función es de alta
importancia que exista en la misma molécula de ADN que
el gen a ser transcripto.
Cumplen dicha función ya que son secuencias que tienen
sitios de unión para factores de transcripción, entonces
reclutan factores de transcripción que se unen con el
promotor y así estimular la transcripción.
Factores de transcripción
Los factores de transcripción son proteínas de unión a
sitios específicos del ADN, los cuales son tanto
promotores como potenciadores.
La unión se realiza debido a su estructura modular con
dominios de unión al ADN y también dominios de
activación.
Factores de transcripción específicos.
Los factores de transcripción específicos
colaboran con los basales para formar el
complejo de iniciación de la transcripción y
ayudar a posicionar las polimerasas en el
promotor.
Los factores de transcripción específicos
pueden modificar muchísimo la eficiencia de
la transcripción, aumentando la afinidad de
la Polimerasa de ARN al promotor de ADN.
La mayoría de los genes están regulados por
múltiples factores de transcripción.
Factores basales ft ARN polimerasa
Los factores basales se van a ensamblar de forma secuencial al promotor, y luego van a
reclutar a la polimerasa de ARN para que se una formando el complejo de
preiniciación.
Luego de formando el complejo de preiniciación entra en juego uno de los factores de
transcripción basal el TFIIH que ayuda a desenrollar el ADN y fosforila la cola de
carboxilo terminal de la polimerasa de ARN, esto es fundamental para que la polimerasa
pueda avanzar por el promotor, y entrar en la etapa de la elongación de la transcripción,
transcribiendo la región codificante del gen.
Una vez que la polimerasa comienza la elongación, los factores de transcripción que
formaban el complejo de iniciación de la transcripción van a liberarse, quedando
disponibles para interaccionar con otras burbujas de transcripción.
Elongación del ARN
La región que se fosforila de polimerasa de ARN es su extremo carboxilo terminal,
siendo una propiedad exclusiva de la Polimerasa II.
Esta polimerasa tiene en su extremo carboxilo siete repetidos que se requiere que se
fosforilen para que la polimerasa pueda avanzar en la elongación, esta fosforilación la
realiza uno de los factores de transcripción generales que es el TFIIH.
Dicha fosforilación se realiza luego de que el complejo es abierto, es decir, luego de que
se desnaturalizó la molécula de ADN.
La polimerasa II es des fosforilada al terminar la elongación y ser liberada la molécula
de ARN para ser reutilizada.
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