las Instrucciones del ADN al ARN Mensajero (ARNm)
Transcripción
Descubre el Mundo del ADN
Transcripción
¿Qué es la transcripción?
La transcripción del ADN es un proceso fundamental en la expresión genética que implica la copia de la información genética contenida en una secuencia específica de ADN en forma de una molécula de ARN. Este proceso es crucial tanto para la síntesis de proteínas como para la formación de moléculas de ARN que desempeñan roles importantes en diversos procesos celulares, como la regulación génica y la señalización.
Características
- Mecanismo celular por el cual la información genética contenida en el ADN es transferida a una molécula de ARN.
- Ocurre mediante la polimerización de ribonucleósidos trifosfato a lo largo de una cadena molde de DNA.
- La síntesis de ARN está catalizada por la ARN polimerasa.
- Proceso conservativo (el ADN utilizado va a permanecer Intacte) y selectivo (se selecciona la parte de Información genética que se transcribe).
- Selección del gen transorial.
- Selección de la cadena de ADN con la información, es decir, sólo se transcribe una de las hebras.
- Independiente del ciclo celular.
- Estrictamente reculado cuanto principal control de la expresión genética.
- Unidireccional 5' -> 3'.
- Sin posibilidad de corrección de errores. Si bien, el ARN tiene una vida muy corta en la célula.
- Velocidad de 50 nucleótidos/segundo.
- Tasa de error 10`^4-10.
- Realizado por las ARN polimerasas.
Transcripción en Procariotas
Enzimas claves
ARN polimerasa
La ARN polimerasa de E. coli consta de cinco subunidades: α2ββ’σ. La subunidad σ es crucial para el reconocimiento del punto de inicio. El holoenzima, formado por estas subunidades, sintetiza ARN a partir de NTP sin necesitar un cebador.
Subunidades:
- α: Mantiene unido el enzima y permite la unión de proteínas reguladoras.
- β y β’: Forman el centro catalítico para la síntesis de ARN.
- σ: Reconoce el promotor y aumenta la probabilidad de unión en el sitio correcto.
"La RNA polimerasa añade nucleótidos en sentido 3' -> ´35.
Promotores
Los promotores son secuencias de ADN que sirven como puntos de inicio para la transcripción. En procariotas, se identifican características clave en estos promotores:
- Inicio (+1): Suelen contener una purina, mayoritariamente A en un 90% de los casos.
- Posición -10: Presenta la Pribnow Box.
- Posición -35: Contiene otra secuencia consenso.
Mutaciones en promotores pueden ser "down" (disminuyen la producción) o "up" (aumentan la producción), afectando la regulación génica. La similitud con la secuencia consenso afecta la fortaleza del promotor.
Características
En los procariotas, el material genético no está encerrado en un núcleo encerrado en la membrana y tiene acceso a ribosomas en el citoplasma.
Se sabe que la transcripción está controlada por una variedad de reguladores en procariotas. Muchos de estos factores de transcripción son homodímeros que contienen motivos de unión a ADN de hélice-vuelta-hélice.
La regulación adicional de la transcripción proviene de factores de transcripción que pueden afectar la estabilidad de la estructura holoenzimática al inicio.
Promotor
Fases
Reconocimiento del Promotor:
La ARN polimerasa se desliza sobre el ADN hasta encontrar el promotor.
La región de -35 y -10, reconocida por σ, indica dónde separar las cadenas.
La ARN polimerasa induce la separación de las cadenas y forma una curva en la región transcrita.
Iniciación de la Transcripción:
El primer nucleótido, generalmente A, inicia una síntesis abortiva.
La fase de promotor clearance o despeje del promotor es esencial.
σ permanece unida hasta esta fase.
Elongación de la Transcripción:
Liberación de σ y continuación por el core de la enzima.
Formación de la burbuja de transcripción.
Velocidad de elongación variable, con zonas de pausa.
Contracción y elongación del enzima durante el proceso.
Terminación:
Dos tipos de señales: dependiente e independiente de Rho.
La liberación de la polimerasa y el ARNm ocurre al finalizar la transcripción.
La Transcripción la realizan 3 tipos de RNA polimerasas:
Transcripción en Eucariotas
Enzimas claves
La Transcripción la realizan 3 tipos de RNA polimerasas:
Conjunto de enzimas que se encarga de la síntesis de distintos tipos de RNAs no codificantes.
ARN polimerasa I: sintesis, reparaciòn, revisión y retiro de cebadores (primers),Sintetiza precursores de ARN ribosómico.
ARN polimerasa II: reparación, Sintetiza precursores de ARN mensajero. Esta polimerasa es el tipo más estudiado, y se requieren factores de transcripción para que se una a los promotores del ADN. Es la enzima principal responsable de la transcripción de genes que codifican ARN mensajero (ARNm).
ARN polimerasa III: enzima principal de polimerización. Sintetiza ARN de transferencia, ARN ribosómico de 5S y otros pequeños ARN (ARNpequeños) encontrados en el núcleo celular (ARNpnucleares) y en el citoplasma (ARNpcitoplasmáticos).
Otros: ARN polimerasa IV y V (Pol IV y Pol V) pero son típicas de plantas y se encargan de la transcripción de ARN pequeños de interferencia.
Promotores
Cada polimerasa reconoce promotores con características específicas.
- CBP/p300: Proteínas que actúan como coactivadores y están involucradas en la acetilación de histonas.
- Proteínas de Modificación de Histonas:
Histona acetiltransferasas (HATs): Agregan grupos acetilo a las histonas, relajando la estructura de la cromatina y facilitando la transcripción.
Histona desacetilasas (HDACs): Remueven grupos acetilo de las histonas, compactando la cromatina y reprimiendo la transcripción.
- Proteínas Reguladoras de la Cromatina:
SWI/SNF y NuRD: Son complejos remodeladores de la cromatina que afectan la estructura de la cromatina para permitir o restringir el acceso de la ARN pol II.
Características
- En eucariontes, las moléculas de ARN deben ser procesadas después de la transcripción: se empalman y se les añade un cap 5' y una cola de poli-A en sus extremos.
- La transcripción de cada gen en tu genoma se controla por separado.
- Regulación de la Expresión Génica: La transcripción en eucariotas está sujeta a una regulación fina y compleja. Factores de transcripción específicos, proteínas reguladoras de la cromatina y señales celulares pueden modular la actividad transcripcional.
- Diversidad de Promotores y Elementos Reguladores: La regulación de la transcripción en eucariotas es más compleja que en procariotas, ya que hay una mayor diversidad de promotores y elementos reguladores, lo que permite una regulación más precisa y específica de la expresión génica.
Estas características reflejan la complejidad y la precisión del proceso de transcripción en eucariotas, que es esencial para la expresión coordinada y regulada de los genes en organismos más complejos.
Fases:
- Reconocimiento del Promotor: Los factores de transcripción (como TFIID) reconocen y se unen a secuencias específicas en el promotor del gen.
- Formación del Complejo de Iniciación de la Transcripción (PIC): La ARN polimerasa II (ARN pol II) y otros factores generales de transcripción se unen al promotor, formando el complejo de iniciación.
- Desenrollamiento de la Doble Hélice de ADN:La ARN pol II desenrolla la doble hélice del ADN en la región del promotor, permitiendo que comience la síntesis de ARN.
Elongación
Procesamiento del ARN:
- Adición de la Cap 5' y la Cola Poli-A 3'
- Splicing
Terminación
- Desprendimiento de la ARN pol II: La ARN pol II se desprende del ADN y se libera junto con el ARN recién sintetizado.
Conceptos Claves
secuencia de ADN que contiene la información necesaria para la síntesis de un ARN funcional. Los genes son unidades de información genética y actúan como las instrucciones para la síntesis de proteínas o, en algunos casos, para moléculas de ARN con funciones específicas.
Son proteínas de unión a Secuencias Potenciadoras (Enhancers). Aumentan la frecuencia de iniciación de Pol II via CO-ACTIVADORES Tienen 2 dominios:
Dominios de unión al DNA (enhancers )
Dominios de unión a factores Transcripcionales Coactivadores
Son necesarios para el ensamblaje del Aparato básico de Transcripción. Permiten la comunicación entre RNA pol II y Transactivadores: Integran señales de los activadores y represores de la transcripción e interaccionan con los factores de transcripción. Para el ensamblaje del Aparato básico de Transcripción son necesarios los coactivadores.
Interacción con RNA pol. II y transactivadores
Modificación de las histonas por: acetilacion (histone acetyle transferases or HAT’s.),metilación, fosforilacón, etc. Remodelan la cromatina
Hebra del DNA con la misma secuencia que el RNA (codificante, informativa, no molde, no transcrita,+)
Hebra molde de la RNA polimerasa (no codificante,transcrita, no informativa, )
Las secuencias promotoras en la transcripción de eucariotas son regiones específicas del ADN que se encuentran en la proximidad de los genes y que actúan como señales para la ARN polimerasa II y otros factores de transcripción.
Elemento TATA:
Una característica común en muchos promotores eucariotas es la presencia de un elemento TATA (o caja TATA), que es una secuencia de nucleótidos (generalmente TATAAA) ubicada aproximadamente 25-30 pares de bases aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción. Esta secuencia es reconocida por la subunidad TATA-binding protein (TBP) del complejo TFIID.
Caja Inr (Initiator Element):
La caja Inr es otra secuencia consenso que se encuentra cerca del sitio de inicio de la transcripción. Aunque no es tan común como el elemento TATA, también juega un papel en la iniciación de la transcripción.
Regiones Reguladoras:
Además de las secuencias consenso, los promotores también contienen regiones reguladoras específicas que interactúan con factores de transcripción adicionales. Estos factores pueden aumentar o disminuir la eficiencia de la transcripción.
Cajas CCAAT y GC (Cajas CAAT y GC):
Algunos promotores eucariotas también contienen secuencias llamadas cajas CAAT y cajas GC, que son reconocidas por diferentes factores de transcripción y contribuyen a la regulación de la transcripción.
Elementos Enhancer y Silencer:
Además de las secuencias promotoras directamente asociadas con el inicio de la transcripción, existen regiones llamadas elementos enhancer y silencer que pueden estar ubicadas a distancias variables del gen. Estos elementos pueden modular la actividad del promotor, aumentando o disminuyendo la tasa de transcripción.
Es un concepto asociado con la transcripción del ADN, particularmente durante la fase de iniciación. Durante la transcripción, la ARN polimerasa desenrolla una pequeña porción de la doble hélice del ADN para exponer la secuencia de una de las hebras, creando así una región de ADN de cadena simple.
La burbuja de transcripción representa, la región local de ADN donde tiene lugar la síntesis de ARN. Este proceso es dinámico y ocurre repetidamente a medida que la ARN polimerasa II se desplaza a lo largo del gen. Una vez que la ARN polimerasa ha completado la transcripción de un gen específico, la burbuja se disuelve, y el ADN vuelve a su conformación de doble hélice.
La formación y disolución de la burbuja de transcripción son fundamentales para la iniciación y progresión de la transcripción en eucariotas.
En eucariotas, las secuencias de terminación de la transcripción no son tan definidas y uniformes como las secuencias de terminación en procariotas. Sin embargo, hay ciertas características comunes y elementos asociados con la terminación de la transcripción en eucariotas. Algunas de estas características incluyen:
Secuencias de Poliadenilación:
En muchos genes eucariotas, la terminación de la transcripción está asociada con la señal de poliadenilación. La secuencia de señal de poliadenilación, que típicamente incluye la secuencia AAUAAA, sirve como una señal para la adición de la cola de poli-A al extremo 3′ del ARN mensajero (ARNm).
Secuencias Rica en U (Uracyl) en la Hebra de Codificación:
Algunos genes eucariotas presentan regiones ricas en uracilo (U) en la hebra de codificación que actúan como señales de terminación. Estas secuencias de uracilo pueden formar estructuras de horquilla que contribuyen al proceso de terminación.
.
Dominio carboxilo terminal de RPB1 con múltiples repeticiones de la secuencia YSPTSPS, regulable por fosforilación.
Participan en el reconocimiento de señales de activación y en la iniciación de la Transcripción.
CTD no fosforilado, RNApol II puede iniciar la transcripción pero no puede elongar
CTD fosforilado, RNApol II puede elongar pero no iniciar
.