¡Descarga Transcripcion y más Transcripciones en PDF de Genética solo en Docsity!
-Tema 14. La transcripción.
-El Dogma Central de la Biología Molecular
La información contenida en el ADN se usa para sintetizar proteínas. Para que se produzca tiene que darse la expresión de la información génica. Se realiza en dos fases:
- En primer lugar, la información del ADN se usa para sintetizar ARN (transcripción). Solo una de las dos cadenas es usada como molde para la síntesis de ARN.
- La segunda fase, se realiza en los ribosomas del citoplasma. El ARN determina allí la proteína que debe ser sintetizada (traducción). El ARNm es un intermediario que porta el mensaje del ADN a los ribosomas.
Según el Dogma Central de la Biología Molecular hay varias vías de transferencia de información (replicación, transcripción y traducción). Las vías de transferencia no son siempre unidireccionales. En los retrovirus se puede sintetizar ADN a partir de ARN (transcripción inversa).
-El ARN mensajero: complementariedad de bases con el ADN molde
Hay varias evidencias que demuestran que el ARN es el intermediario entre el ADN y proteínas:
- El ADN está formando los cromosomas en el núcleo en eucariotas. Sin embargo, la síntesis proteica se produce en los ribosomas localizados en el citoplasma.
- El ARN se sintetiza en el núcleo de las células eucariotas, donde se encuentra al ADN y es químicamente parecido a él.
- Una vez sintetizado, la mayor parte de ARN migra al citoplasma donde se produce la síntesis de proteínas.
- Normalmente, en una célula la cantidad de ARN es proporcional a la de proteínas.
Se hicieron varias pruebas para demostrar que el ARN era el intermediario:
Experimento de Volkin y colaboradores: cultivaron bacterias en un medio radiactivo con precursores del ADN (nucleótidos). Introdujeron fagos para que inyectasen su ADN en las bacterias. Vieron que se sintetizaba ARN del fago y después proteínas. Llegaron a la conclusión de que probablemente la síntesis de ARN es un paso previo a la síntesis de proteínas.
Experimento de Brener, Jacob y Meselson: pensaron que distintos tipos de ribosomas se encargan de proteínas específicas. Marcaron ribosomas de bacterias e infectaron con fagos. Si los ribosomas eran los encargados solo se deberían formar proteínas de la bacteria. Cuando vieron que los ribosomas formaban proteínas de los fagos quedo claro que no eran específicos para proteínas.
Jacob y Monod estudiaron células en proceso de transcripción. Cuando observaron moléculas de ADN en proceso de transcripción y observaron las estructuras de árbol quisieron saber que era. Usaron compuestos que degradaban ADN y desapareció la parte central del árbol. Con compuestos que degradaban ARN desparecieron las ramas. Por tanto, esa estructura consistía en la síntesis de ARN a partir de ADN. Cada rama es una molécula de ARN.
En la transcripción, la ARN polimerasa I sintetiza la cadena de ARN a partir de la molde de ADN en un proceso similar a la replicación en dirección 5’-3’ también. Sin embargo, en la síntesis de ARN no hay cebador. La ARN polimerasa I puede sintetizar desde el primer nucleótido a diferencia de en la replicación.
En la transcripción sólo se sintetiza ARN complementario a una de las dos cadenas del ADN, la cadena molde. La otra cadena se denomina cadena no molde o cadena acompañante.
Marmur y colaboradores demostraron que solo una cadena de ADN se usa en la transcripción.
Las cadenas complementarias no son iguales ya que tienen distinto peso. En el medio pusieron precursores radiactivos, el virus introduce ADN y se produce la transcripción. EL ARN que se acaba de sintetizar estará marcado radiactivamente y de esta manera aislaron el ARN recién sintetizado en el fago.
Después cogieron ADN de este virus y separaron por centrifugación las cadenas. A continuación, añadieron parte del ARN a las cadenas ligeras y la otra parte a las cadenas pesadas. Observaron que en este caso el ARN y las cadenas ligeras no hibridaban entre sí mientras que el ARN y las cadenas pesadas si lo hicieron.
La maquinaria en procariotas es muy sencilla comparada con la de eucariotas. En procariotas casi todo el proceso es llevado a cabo por la polimerasa (en eucariotas tienen otros elementos de ayuda).
El aparato reconoce que parte del ADN lleva información para la síntesis de proteínas y se une a él (interacciones entre bases y proteínas). La parte de ADN que se une al aparato se llama unidad de transcripción. Esta unidad tiene la secuencia que codifica la proteína pero también tiene más secuencia. Consta de tres partes:
- Promotor: secuencia que se encuentra por delante de la secuencia que codifica ARN. El aparato reconoce el promotor y se une a él. También le indica al aparato cual de las cadenas es la molde, la dirección de la síntesis y cuál es el primer nucleótido que debe ser transcrito. El primer nucleótido transcrito se llama sitio de inicio. El promotor no se transcribe.
- (^) Región codificadora: es la región de ADN que se transcribe.
- Terminador: indica al aparato cuando tiene que terminar de transcribir. A diferencia del promotor, el terminador si se transcribe.
Los elementos que se encuentran desde el sitio de inicio en dirección 3’ se dice que están aguas abajo (downstream). Si es en dirección 5’ se dice que está aguas arriba (upstream). Los nucleótidos en dirección 3’ se clasifican con números positivos (en dirección 5’ con negativos).
La maquinaria va añadiendo nucleótidos complementarios a la cadena molde desde el primer nucleótido transcrito (este no forma enlace fosfodiester, se mantiene unido con las uniones de las bases).
De este modo, el primer nucleótido mantiene los tres grupos fosfato mientras que el segundo ya forma enlace fosfodiester y, por ello, pierde dos grupos fosfato. Lo mismo pasa con los nucleótidos siguientes. La dirección de síntesis es 5’-3’.
Los ribonucleósidos trifosfatos son los sustratos empleados en la síntesis de ARN.
-Las ARN polimerasas
Son las enzimas que producen la sintesis de la nueva cadena a partir de la molde.
ARN polimerasas de procariotas: Solo hay un tipo. Se encarga de sintetizar todos los tipos de ARN (mensajero, ribosómico, de transferencia, etc.)
Esta polimerasa es muy grande. Esta formada por varias subunidades (cadenas polipeptídicas). El núcleo (core) es el encargado de la síntesis. Este core esta formado por 5 subunidades: 2 alfa, 2 beta (sintesis) y 1 omega (ω) (mantiene al resto unidas).
Hay otros elementos que se pueden unir a la polimerasa en determinados momentos. El factor σ se une a la polimerasa justo al inicio de la transcripción. Este factor σ es esencial para que la polimerasa reconozca y se una al promotor.
Cuando el factor σ y la polimerasa se unen se forma la holoenzima (forma activa) de ARN polimerasa.
Algunas bacterias pueden tener varios factores σ. Según que factor se una, se transcriben unos genes u otros. Por ejemplo, el factor σ 32 dirige a la polimerasa a genes que participan solo en respuestas a estrés. El factor σ 54 se une a promotores de metabolismo del nitrógeno.
ARN polimerasas de ecuariotas: Hay tres tipos. Cada uno sintetiza un ARN determinado. Estas polimerasas son más grandes que las de procariotas. Están formadas por 12 subunidades. Algunas de estas subunidades son comunes a todas las polimerasas pero otras son específicas de cada tipo. Cada tipo de polimerasa transcribe ARNs distintos:
- ARN polimerasa I: ARNr grandes.
- ARN polimerasa II: ARNm, algunos ARNsn, ARNsno.
- ARN polimerasa III: ARNt, ARNr pequeño, algunos ARNsn.
ARN polimerasa II: 2 de las subunidades son mas grandes que el resto. Estas se encargan de sujetar el ADN (forman un surco donde se coloca este). Cuando el ADN se coloca ahí, las subunidades se cierran sobre el ADN para que el conjunto sea estable (reciben el nombre de abrazadera).
En el sitio activo se produce la sintesis. Aquí es donde una de las subunidades separa las dos cadenas (actividad helicasa). También se incorporan los nucleótidos en el sitio activo (entran por el poro). El ARN ya formado sale por la “tapa”.
El promotor tiene unas secuencias determinadas (secuencias consenso) que indican a la polimerasa que el promotor se encuentra ahí (secuencia consenso -10 = se encuentra a 10 nucleótidos del sitio de inicio).
La secuencia consenso -10 no es exactamente igual en todos los organismos y promotores pero si muy parecida. Por ello, cada base de la secuencia consenso es la más abundante en esa posición. Con la secuencia consenso -35 pasa lo mismo.
Estas secuencias son clave para que la polimerasa reconozca y se una al promotor.
El resto del promotor que no es secuencia consenso cambia de unos organismos a otros. Sin embargo, también influyen en la unión del promotor produciendo que la unión sea más o menos estable.
Algunos promotores tienen una secuencia consenso alrededor de la posición -60. Esta secuencia interacciona con la subunidad alfa del promotor provocando que la unión de la polimerasa sea más estable.
En la mayoría de los promotores no se encuentran las secuencias consenso sino una secuencia muy parecida a ellas.
La polimerasa es capaz de romper los enlaces entre las bases formando la burbuja de transcripción. Esto se debe a que una de sus subunidades tiene actividad helicasa. La burbuja ocupa unos 14 nucleótidos (de -10 a +4) englobando el sitio de inicio.
El primer nucleótido en ser transcrito será aquel que se encuentre justo debajo del centro activo de la polimerasa cuando esta se une al promotor. El promotor coloca a la polimerasa en el sitio exacto gracias a las secuencias consenso.
La polimerasa empieza a meter nucleótidos. En este momento se da la fase abortiva (explicada anteriormente). Una vez pasada la fase abortiva comienza la elongación.
Elongación: La subunidad σ se separa de la polimerasa y se libera del promotor (sigue anclada al ADN pero no fija). De este modo, la polimerasa puede avanzar por la cadena introduciendo nucleótidos (unos 40 por segundo) y formando el ARN.
La horquilla siempre tiene el mismo tamaño (unos 14 nucleótidos), es decir, mientras se abre por un lado se cierra por el otro.
La polimerasa avanza por la cadena introduciendo nucleótidos hasta que llega a la secuencia de terminación. Esta también se transcribe y cuando lo hace comienza la terminación.
Terminación: Cuando llega a la zona de terminación la polimerasa se va deteniendo poco a poco (transcribe algunas bases después de la secuencia de terminación).
La molécula del ARN y la polimerasa deben separarse una de la otra y tambien del ADN.
- La estructura compacta del ADN de eucariotas debe ser modificada para que el ADN sea accesible a la maquinaria de transcripción. A este proceso se le denomina remodelación de la cromatina e intervienen numerosas proteínas.
- El ARNm producido debe de seguir un proceso de maduración previo a la síntesis de proteínas.
Iniciación: Hay varios elementos que participan en la iniciación de la transcripción de eucariotas (además de la ARN polimerasa):
- Secuencias de ADN (actúan en cis). Estan cerca del gen que se va a transcribir (o al menos en la misma molécula):
- Promotores: parecidos a los de procariotas.
- Intensificadores: participan al inicio de la transcripción. No suelen estar cerca del gen (pueden estar a miles de bases).
- Proteínas accesorias (que actúan en trans). Provienen de otra parte del genoma:
- Factores de transcripción general: proteínas que se unen a la polimerasa para formar el aparato de la transcripción. Son fundamentales para que la polimerasa se una al promotor.
- Proteínas reguladoras (activadoras o represoras) de la transcripción: activan o inhiben la transcripción.
Los promotores reconocidos por la polimerasa II tienen dos partes: promotor mínimo (más cercano al gen) y regulativo.
El promotor mínimo es la secuencia reconocida por el aparato para unirse y comenzar la transcripción. En este promotor hay secuencias consenso para que el aparato se una bien.
Una de las secuencias más comunes es la caja TATA. Se localiza alrededor de la posición -25. Es esencial para la unión correcta del aparato (esto determina el punto de inicio de la transcripción).
En la posición -35 hay otra secuencia consenso llamada elemento reconocedor TFIIB.
En algunos promotores no hay caja TATA. En su lugar hay otra secuencia consenso que realizará sus funciones. Esta secuencia se encuentra alrededor del sitio de inicio y se le llama elemento iniciador. Cuando aparece esta secuencia suele aparecer otra secuencia llamada promotor mínimo en dirección 3’ que se encuentra en la posición +30 y, por tanto, está dentro del gen.
En el promotor regulativo también hay secuencias consenso. Estas no sirven para que se una el aparato sino para que se unan proteínas reguladoras de la transcripción (activándola o inhibiendola). Cada proteína reconoce una secuencia consenso específica.
Los intensificadores son secuencias que participan al inicio de la transcripción. Si estos no funcionan correctamente la unión del aparato al promotor se haría de forma muy lenta. Como los intensificadores están lejos del promotor, el ADN debe formar un bucle (se dobla) para acercarlos y que puedan realizar su función correctamente.
El primer elemento que actua en la iniciación es el TFIID. Este reconoce la caja TATA y se une a ella. EL TFIID está formado por varias subunidades (una de ellas es la que realmente reconoce la caja TATA y se une a ella; TBP). El resto de subunidades se llaman TAFs.
El TFIID atrae al resto de los componentes para que se unan (no está muy claro esto; también se cree que puede ser una secuencia de uniones).
Se forma el aparato de transcripción (polimerasa II y los componentes) y se ancla al ADN.
En ese momento se inicia la transcripción. Actúa el intensificador para acelerar el proceso. El ADN se dobla para acercar el intensificador. La proteína activadora de la transcripción reconoce el intensificador provocando la aceleración del proceso. En este momento actúan también proteínas reguladoras activando o reprimiendo la transcripción. Pueden actuar directa o indirectamente (mediante un coactivador).
