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TRANSCRIPCIÓN y TRANSDUCCION, Guías, Proyectos, Investigaciones de Microbiología

La información existente en la memoria genética del ADN se transcribe en una molécula de un ARN mensajero (ARNm) para su posterior traducción en proteínas. La síntesis del ARNm ocurre de forma semejante a la replicación del ADN por medio de una ARN-polimerasa dependiente de ADN.

Tipo: Guías, Proyectos, Investigaciones

2019/2020

Subido el 13/09/2020

carlos4224
carlos4224 🇲🇽

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TRANSCRIPCIÓN
La información existente en la memoria genética del ADN se transcribe en una
molécula de un ARN mensajero (ARNm) para su posterior traducción en proteínas.
La síntesis del ARNm ocurre de forma semejante a la replicación del ADN por medio
de una ARN-polimerasa dependiente de ADN. El proceso comienza cuando el factor
sigma reconoce una secuencia específica de nucleótidos en el ADN (el llamado
promotor; véase capítulo 5) y se une firmemente a ella.
Las secuencias promotoras se disponen inmediatamente por delante del comienzo
de la secuencia de ADN que realmente
codifica una proteína. Los factores
sigma se fijan a estos promotores con
el objeto de proporcionar un punto de
acoplamiento a la ARN-polimerasa.
Asimismo, algunas bacterias codifican
varios factores sigma para permitir la
transcripción de un grupo de genes en
condiciones especiales, como shock
térmico, inanición, metabolismo
especial del nitrógeno o esporulación.
Tras la unión de la polimerasa a una
secuencia adecuada del ADN, se inicia la síntesis del ARN mediante la adición
secuencial de los ribonucleótidos complementarios a aquella molécula. La ARN-
polimerasa se disocia del ADN (un proceso que está mediado por «señales»
existentes en el interior del ADN) cuando se ha transcrito la totalidad de un gen o
un grupo de ellos (operón). La ARN-polimerasa dependiente del ADN es inhibida
por la rifampicina, un antibiótico utilizado a menudo en el tratamiento de la
tuberculosis. Igualmente, a partir del ADN se transcribe el ARN de transferencia
(ARNt), el cual se utiliza en la síntesis de las proteínas, y el ARN ribosómico (ARNr),
el cual forma parte de los ribosomas.
Control de la transcripción
REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA: Las bacterias han desarrollado
diversos mecanismos para adaptarse de forma rápida y eficiente a los cambios de
concentración de los nutrientes ambientales. Las bacterias ponen en marcha un
conjunto completo de enzimas en caso necesario, mientras que en ausencia de
sustrato evitan la producción de la enzima o enzimas específicas de una ruta
metabólica. En primer lugar, y en respuesta a un estímulo nutricional, la
organización de los genes de una ruta bioquímica en un operón dotado de unos
mecanismos de control genético adecuados permite la producción coordinada de
las enzimas necesarias. En segundo lugar, la transcripción delgen es regulada
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TRANSCRIPCIÓN

La información existente en la memoria genética del ADN se transcribe en una molécula de un ARN mensajero (ARNm) para su posterior traducción en proteínas. La síntesis del ARNm ocurre de forma semejante a la replicación del ADN por medio de una ARN-polimerasa dependiente de ADN. El proceso comienza cuando el factor sigma reconoce una secuencia específica de nucleótidos en el ADN (el llamado promotor; véase capítulo 5) y se une firmemente a ella. Las secuencias promotoras se disponen inmediatamente por delante del comienzo de la secuencia de ADN que realmente codifica una proteína. Los factores sigma se fijan a estos promotores con el objeto de proporcionar un punto de acoplamiento a la ARN-polimerasa. Asimismo, algunas bacterias codifican varios factores sigma para permitir la transcripción de un grupo de genes en condiciones especiales, como shock térmico, inanición, metabolismo especial del nitrógeno o esporulación. Tras la unión de la polimerasa a una secuencia adecuada del ADN, se inicia la síntesis del ARN mediante la adición secuencial de los ribonucleótidos complementarios a aquella molécula. La ARN- polimerasa se disocia del ADN (un proceso que está mediado por «señales» existentes en el interior del ADN) cuando se ha transcrito la totalidad de un gen o un grupo de ellos (operón). La ARN-polimerasa dependiente del ADN es inhibida por la rifampicina, un antibiótico utilizado a menudo en el tratamiento de la tuberculosis. Igualmente, a partir del ADN se transcribe el ARN de transferencia (ARNt), el cual se utiliza en la síntesis de las proteínas, y el ARN ribosómico (ARNr), el cual forma parte de los ribosomas. Control de la transcripción REGULACIÓN DE LA EXPRESIÓN GENÉTICA: Las bacterias han desarrollado diversos mecanismos para adaptarse de forma rápida y eficiente a los cambios de concentración de los nutrientes ambientales. Las bacterias ponen en marcha un conjunto completo de enzimas en caso necesario, mientras que en ausencia de sustrato evitan la producción de la enzima o enzimas específicas de una ruta metabólica. En primer lugar, y en respuesta a un estímulo nutricional, la organización de los genes de una ruta bioquímica en un operón dotado de unos mecanismos de control genético adecuados permite la producción coordinada de las enzimas necesarias. En segundo lugar, la transcripción delgen es regulada

directamente por unas proteínas represoras (que se unen a los operadores) como respuesta a señales nutricionales en el interior de la célula. En tercer lugar, la velocidad de síntesis de las proteínas por el ribosoma puede regular el proceso de transcripción en los procariotas. La ausencia de una membrana nuclear permite al ribosoma procariótico unirse al ARNm conforme se transcribe a partir del ADN. REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN El inicio de la transcripción puede estar sometido a unos mecanismos de control positivo o negativo. Los genes sometidos a un control negativo se expresan a menos que una proteína represora los desconecte. Esta proteína impide la expresión del gen al unirse a una secuencia específica del ADN, el denominado operador, lo que impide que la polimerasa de ARN inicie la transcripción en el promotor. Por el contrario, los genes cuya expresión se encuentra sometida a un control positivo tan sólo se transcriben en presencia de una proteína reguladora activa denominada apoinductor. El apoinductor se une a una secuencia específica del ADN y colabora con la polimerasa de ARN en los pasos iniciales mediante un mecanismo desconocido. Los operones pueden ser inducibles o represibles. La introducción de un sustrato (inductor) en el medio de crecimiento puede inducir un aumento de la expresión por parte del operón de las enzimas necesarias para el metabolismo de dicho compuesto. La acumulación de los productos finales (correpresores) de una ruta puede «señalar» la necesidad de desconectarla o reprimirla mediante una disminución de la síntesis de sus enzimas. El operón de la lactosa (lac), encargado de la degradación de este hidrato de carbono, es un operón inducible que se encuentra sometido a una regulación tanto positiva como negativa Normalmente, la bacteria utiliza glucosa y no lactosa. En ausencia de lactosa, la proteína represora se fija a la secuencia del operador y el operón queda reprimido, con lo que se impide la función normal de la polimerasa de ARN. Sin embargo, la adición de lactosa invierte esta represión en ausencia de glucosa. La expresión completa del operón lac también exige la presencia de un mecanismo de control positivo mediado por proteínas. En E. coli, una proteína denominada «proteína activadora de genes por catabolito» (PAC) forma un complejo con el monofosfato cíclico de adenosina (AMPc) y adquiere así la capacidad de fijarse a una secuencia específica del ADN presente en el promotor. El complejo PAC-AMPc favorece la unión de la polimerasa de ARN al promotor, con lo que se traduce en un incremento de la frecuencia de inicio de la transcripción. El complejo PAC-AMPc puede potenciar la transcripción del operón mediante una interacción proteína-proteína con la polimerasa de ARN o bien mediante una interacción proteína-ADN. El operón del triptófano (operón trp) contiene los genes estructurales necesarios para la biosíntesis de este aminoácido y se halla sometido a unos mecanismos de control dobles de la transcripción. Aunque el triptófano es esencial para la síntesis de proteínas, su presencia en concentraciones excesivas puede resultar tóxica para la célula, por lo que su síntesis debe estar regulada. A

mientras añade ribonucleótidos a la nueva cadena de ARNm en sentido 5'→3', siendo ambas cadenas antiparalelas. Según se va desplazando la ARN polimerasa sobre la cadena de ADN, ésta recupera su configuración inicial de doble hélice. La ARN polimerasa selecciona el ribonucleótido trifosfato cuya base nitrogenada es complementaria al desoxirribonucleótido de la cadena de ADN molde, y lo une mediante enlace éster, desprendiéndose un grupo pirofostato (PPi). C, G, A y U del ARN se emparejan con G, C, T y A del ADN. Terminación: La ARN polimerasa sigue añadiendo nucleótidos hasta que llega a una zona del ADN, llamada señal de terminación. Esta zona se caracteriza por tener una secuencia palindrómica (secuencias que se leen de la misma forma de izquierda a derecha que de derecha a izquierda) con muchos nucleótidos con G y C, seguidos de varios con T. Esto permite que se autocomplete el extremo de ARN y se genere un bucle que provoca su separación del ADN. En ese momento, la ARN polimerasa se separa y se vuelve a formar la doble hélice en el ADN. Maduración: El proceso de maduración no es necesario para sintetizar todos tipos de ARN. En procariotas, el ARNm recién formado ya puede utilizarse para sintetizar proteínas en el proceso de traducción. En cambio, el ARN que se ha transcrito (ARN transcrito primario) que originará los ARNt y ARNr tienen que tener un proceso de maduración antes de ser funcionales. Se cortan y unen fragmentos hasta obtener el ARN definitivo. En la transcripción también se producen errores (uno por cada 104-105 nucleótidos unidos), más que durante la replicación del ADN, pero no son tan importantes porque no se transmiten a la descendencia. TRADUCCIÓN La traducción es el proceso por el cual el código genético (en forma de ARNm) se convierte (traduce) en una secuencia de aminoácidos, el producto proteico. Para llevar a cabo la traducción, la secuencia de nucleótidos del ARNm se divide en grupos de tres nucleótidos consecutivos. Cada grupo formado por tres nucleótidos se denomina codón y se encarga de la codificación de un aminoácido específico. Puesto que existen cuatro nucleótidos diferentes, son posibles 64 (43 ) combinaciones, aunque cada codón codifica un sólo aminoácido (o «señal de parada de la proteína»). Sin embargo, dado que tan sólo existen 20 aminoácidos, cada uno de ellos puede estar codificado por más de un triplete. Este fenómeno se denomina degeneración del código genético y puede actuar para proteger a la célula de los efectos de mutaciones leves del ADN o el ARNm. Cada molécula de ARNt contiene una secuencia de tres nucleótidos que es complementaria de una de las secuencias del codón. Esta secuencia de ARNt se conoce como anticodón, y permite el apareamiento de bases y la unión al codón

presente en el ARNm. En el extremo opuesto del ARNt se encuentra unido el aminoácido que corresponde a cada pareja específica codón-anticodón. El proceso de síntesis de proteínas comienza con la fijación de la subunidad ribosómica 3OS y un ARNt «iniciador» especial de la formil-metionina (fmet) al codón de iniciación AUG (metionina) para formar el llamado complejo de iniciación. A continuación, la subunidad ribosómica 50S se fija al complejo para iniciar así la síntesis del ARNm. El ribosoma contiene dos zonas para la fijación del ARNt, el sitio A (aminoacilo) y el sitio P (peptidilo), cada uno de los cuales permite el emparejamiento de bases del ARNt fijado y la secuencia del codón del ARNm. En una reacción conocida como transpeptidación, el ARNt correspondiente al segundo codón ocupa el sitio A. El grupo amino del aminoácido unido al sitio A forma un puente peptídico con el grupo carboxilo del aminoácido que se encuentra en el sitio P. Este proceso mantiene en el sitio P a la molécula de ARNt sin carga (es decir, sin ningún aminoácido unido), lo que permite su liberación del ribosoma. A continuación, el ribosoma avanza exactamente tres nucleótidos en la molécula de ARNm, con lo que se transfiere el ARNt al nuevo péptido unido al sitio P y coloca el siguiente codón en el sitio A. Un ARNt cargado se acerca al sitio A, y el proceso comienza de nuevo. La traducción continúa hasta que el codón nuevo del sitio A corresponde a uno de los codones de terminación (para el cual no existe ningún ARNt correspondiente). En ese momento, la nueva proteína se libera al citoplasma y el complejo de traducción se desmonta o el ribosoma se desplaza hasta el siguiente codón de iniciación para comenzar la formación de una nueva proteína. La capacidad de desplazamiento a lo largo de la molécula de ARNm para formar una nueva proteína caracteriza al ribosoma 70S de las bacterianas, pero no al ribosoma 80S de los eucariotas. Esta diferencia tiene implicaciones en la síntesis de proteínas de algunos virus. El proceso de síntesis de proteínas por el ribosoma 70S constituye un objetivo importante de la acción de los agentes antimicrobianos. Así, tanto los aminoglucósidos, como las tetraciclinas se unen a la subunidad menor del ribosoma y provocan una inhibición de la función normal de este. De manera semejante, los

Formación del enlace peptídico. El enlace peptídico se establece entre el grupo carboxilo del último aa de la cadena en crecimiento del último aa de la cadena en crecimiento con el grupo amino del nuevo aa a unir. La función de catalizar la unión del enlace peptídico lo realiza la enzima Peptidil Transferasa. Translocación del Ribosoma. El ARNt descargado abandona el centro P y simultáneamente el ribosoma se desplaza avanzando 3 nucleótidos o sea un codón a lo largo del ARNm. Como son los aa del centro P los que se transfieren al aa del centro A, entonces después de establecer el enlace peptídico: •En el centro A habrá momentáneamente un nuevo Peptidil ARNt. •y en el centro P un ARN descargado (sin aa). La translocación del Ribosoma tiene 2 consecuencias: •Que en el centro P quede el Peptidil ARNt. •Que el centro A quede vacío exponiendo un nuevo Codón del ARNm. Quedando el centro A , libre se vuelve a iniciar otro ciclo de elongación, para unir otro aa.Estos ciclos de elongación se continuarán sucesivamente hasta que aparezca en el centro A un codón de Terminación en el ARNm. Terminación: El ribosoma de 70s se disocia en las dos subunidades que lo componen.Para poder iniciar la síntesis se ha de formar el complejo de iniciación.

  • A unos 10 nucleótidos del inicio podemos encontrar una secuencia de purinas conocida como la secuencia de Shine – Delgarno, que es reconocida por el ARN–r 16s, mediante una secuencia de pirimidinas. - En este proceso pueden intervenir factores de iniciación, que son los IF, de los que hay 1,2,3. Los fragmentos de iniciación se unen al ribosoma para provocar la liberación del 50s. Cuando se va a iniciar la síntesis, los IF se separan. El ARNm contiene sitios de terminación los cuales son cualquiera de los 3 Codones de Terminación Éstos se denominan de la siguiente manera: UAA: Ocre UAG: Ámbar UGA: Ópalo El ARNm contiene sitios de terminación los cuales son cualquiera de los 3 Codones de Terminación Éstos se denominan de la siguiente manera: UAA: Ocre UAG: Ámbar UGA: Ópalo. Estos Codones de Terminación no son reconocidos por ningún ARNt solo por proteínas llamadas Factores de Liberación que son: RF-1 y RF-2. •RF-1 reconoce a UAA ó UAG. •RF-2 reconoce a UAA ó UGA. Para finalizar la traducción se une uno de los factores de liberación al codón de terminación expuesto en el centro A. Esta unión causa una modificación de la enzima Peptidil Transferasa que permite liberar a: La cadena de aa •Al ARNm •Al ARNt descargado •A la subunidad pequeña de la subunidad grande. BIBLIOGRAFÍAS:
    • Butel , Microbiología Medica de Jawetz, Melnick y Adelberg , 2008, Ed Manual Moderno, pags
  • Anónimo, transcripción de procariotas, biología molecular, consulta web: https://biologia- geologia.com/biologia2/10511_transcripcion_en_procariotas.html 13/08/2019.
  • L. Betancor, M. Gadea, K. Flore, Genética bacteriana, 1993,microbiología, pags 60 - 71.consulta web: http://www.higiene.edu.uy/cefa/2008/GeneticaBacteriana.pdf 13/08/