El Material Genético en Acción

Dogma Central de la Biología Molecular

Transcripción

Transcripción

• es el proceso mediante el cual se produce un ácido nucleico a partir de otro tipo de ácido nucleico • consiste en la formación de moléculas de ARN (ARNm, ARNr, ARNt) a partir de una cadena molde de ADN • a diferencia de la replicación, la transcripción es un proceso localizado • los segmentos que se transcriben y que portan la información necesaria son los genes

¿qué es un gen? • La palabra gen fue utilizada por primera vez en 1909 por el botánico danés Wilhelm Johannsen a partir de una palabra griega que significa "generar", refiriéndose a la unidad física y funcional de la herencia biológica. • Hacia 1950, se impuso el concepto estructural de gen como “la cadena de ADN que dirige la síntesis de una proteína”.

• Más tarde se comprobó que muchas proteínas están formadas por más de una cadena polipeptídica y se consideró al gen como “la cadena de ADN capaz de dirigir la síntesis de un ARNm que codifica para un polipéptido”. • Actualmente se puede considerar que “un gen es una secuencia lineal de nucleótidos (ADN o ARN, en algunos virus), que contiene la información necesaria para la síntesis de una macromolécula con función celular específica, normalmente proteínas, pero también ARNm, ARNr y ARNt”.

Partes de un Gen

Promotor

Secuencia Codificante

Terminador

es una secuencia que señala el final de la transcripción, evitando que continúe hacia otros genes es el fragmento de ADN que determina la secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptídica codificada es una secuencia que establece cuándo y en qué cantidad se transcribirá el gen

un gen está formado por 3 partes principales

Características de la Transcripción • el ADN se separa temporalmente en dos cadenas sencillas

• la síntesis de ARN ocurre en una burbuja de transcripción • sólo una de las cadenas se utiliza como molde • la transcripción se produce por complementariedad de bases • la burbuja se desplaza a medida que avanza la síntesis • es realizada por la ARN polimerasa

ARN polimerasa Propiedades • gran afinidad por el ADN de doble cadena

• reconoce y se une a secuencias de iniciación (promotor) • separa las cadenas del ADN • tiene actividad polimerasa 5’-3’ • no requiere primer • separa el ARN sintetizado del molde de ADN

• reconoce secuencias de terminación (terminador)

Partes de la ARN polimerasa

Mecanismo de Transcripción

1.

a través del factor sigma, la ARN polimerasa reconoce y se une al promotor

2. ubica el sitio de inicio (+1) y separa las cadenas, creando una burbuja de transcripción

Mecanismo de Transcripción

3. la polimerasa agrega nucleótidos por complementariedad de bases, uniéndolos por enlaces fosfodiéster en dirección 5’-3’

4. mientras avanza, la polimerasa separa las cadenas de ADN por delante y las reasocia hacia detrás

solamente se transcribe una de las dos cadenas de ADN

Mecanismo de Transcripción

5. se libera el factor sigma del núcleo de la enzima

6. a medida que avanza la polimerasa separa el ARN formado del molde de ADN

la ARN polimerasa transcribe y separa las cadenas

Mecanismo de Transcripción

7. cuando la ARN pol encuentra una secuencia de terminación, detiene la transcripción, separa el ARN formado y se disocia del molde

8. el factor sigma se vuelve a unir al núcleo de la enzima para sintetizar otra molécula de ARN

Terminación de la Transcripción

al formarse un bucle se altera la unión ARN-ADN y finaliza la transcripción

Producto de la Transcripción

la molécula de ARN es complementaria al molde de ADN

ARN polimerasa en Bacterias

• una sola ARN polimerasa es responsable la síntesis de ARNr, ARNt y casi todo el ARNm • en una célula hay alrededor de 7.000 moléculas de ARN polimerasa • no todas participan activamente en la transcripción • se estima que hay entre 2.000-5.000 moléculas que están sintetizando ARN en un mismo momento

ARN polimerasa en Bacterias • la holoenzima se puede separar en dos componentes: el núcleo y el factor sigma • la transcripción sólo puede ser iniciada por la holoenzima • el factor sigma hace que la polimerasa se una a los promotores en forma estable

• el factor sigma es liberado cuando la cadena de ARN alcanza 8-9 bases • el núcleo puede sintetizar ARN, pero no iniciar la transcripción en el sitio correcto • el núcleo de la enzima no distingue entre promotores y otras secuencias de ADN • el factor sigma cambia la afinidad de la ARN polimerasa por el ADN • el factor sigma también confiere la capacidad de reconocer sitios de unión específicos

ARN polimerasa en Bacterias • la enzima completa u holoenzima tiene un peso molecular de - 465 kDa • las subunidades  y ’ componen el centro catalítico • la subunidad  puede formar enlaces covalentes con el ADN molde, el ARN y otros sustratos ribonucleótidos • la subunidad  es requerida para ensamblar el núcleo ("core") enzimático • la subunidad  tiene un rol inportante en el reconocimiento del promotor • la subunidad  también interviene en la interacción de la ARN polimerasa con factores auxiliares. • la subunidad  interviene en el reconocimiento del promotor

Promotores Bacterianos

• el sitio de iniciación es generalmente una purina, por lo común la base central de la secuencia CAT. • la conservación de este triplete no es lo suficientemente grande como para que se considere como una señal obligatoria. • la secuencia –10 se ubica 10 pb corriente arriba del sitio de iniciación y la secuencia que ésta siempre es TATAAT • la secuencia -35 es un hexámero altamente conservado se encuentra a -35 pb corriente arriba del sitio de iniciación, que tiene como secuencia de consenso a TTGACA

ARN polimerasa en Fagos

• son mucho más pequeñas

• están formadas por una única cadena polipeptídica • sólo reconocen unos pocos promotores en el ADN del fago • no tienen la capacidad de cambiar el grupo de promotores a los que responden • en los fagos T3 y T7, las polimerasas son cadenas polipeptídicas sencillas de menos de 100 kDa cada una • sintetizan ARN a velocidades de 200 nucleótidos/seg a 37°C

ARN polimerasas Eucariotas

ARN polimerasas Eucariotas

Holoenzima de la ARN polimerasa II

La holoenzima consta de la ARN polimerasa y los factores de transcripción (TFII) llamados B, F, E y H.

TFIID El factor de transcripción D (TFIID) se compone múltiples subunidades, incluyendo la proteína de unión a TATA (TBP) y otros 1012 polipéptidos, denominados factores asociados a TBP (TAF).

ARN polimerasas Eucariotas

El primer paso es la unión del factor general de transcripción TFIID a la secuencia TATA.

La TBP se une a un segundo factor de transcripción general (TFIIB) formando un complejo TBP- TFIIB en el promotor.

ARN polimerasas Eucariotas El TFIIB a sirve de puente para la ARN polimerasa, que se une al complejo TBPTFIIB en asociación con un tercer factor, TFIIF.

Tras la unión de la ARN polimerasa II al promotor, se produce de la unión de otros dos factores adicionales (TFIIE y TFIIH).

Maduración del ARN

Maduración del ARNm

1. Splicing 2. Capping 3. Poliadenilación transcrito primario o ARNm precursor

el producto de la transcripción no es el ARNm funcional

Splicing el ARNm precursor tiene segmentos que no codifica proteínas

pre-ARN

eliminación de intrones y unión de los exones o regiones codificantes

se elimina la información del ARN que no se traduce a proteínas

Splicing en la mayoría de los pre-ARNm el 25% de la información no codifica proteínas

las secuencias no codificantes tienen 4-10 veces la longitud de las codificantes

Spliciosoma

los intrones son eliminados por un complejo macromolecular

Splicing

el proceso de splicing se realiza en dos pasos

Spliciosoma

5 ARNsn + 6-10 proteínas

el spliciosoma contiene moléculas de ARNsn

Intrones Autoempalmantes

Corte y empalme alternativo del ARNm

Capping • protege el ARNm de las propias enzimas del citoplasma • permite que el ARNm pueda ser transportado hacia el citosol • sirve para que el ribosoma pueda reconocer al ARNm

el capping es un nucleótido inusual, la 7-metil-guanosina

Poliadenilación

• sirve para proteger a la molécula de ARN de algunas enzimas que podrían dañarlo en el citoplasma • en algunos ARNm, tiene la función de darle mayor estabilidad a la molécula la poliadenilación no se produce en todos los ARNm

Maduración del ARNt

Molécula de ARNt en 2 dimensiones

Maduración del ARNt

Molécula de ARNt en 3 dimensiones

Maduración del ARNt

los ARNt llevan los aminoácidos a los ribosomas durante la síntesis proteica

Maduración del ARNt unidad repetitiva precursor cortado modificación

Número de Repeticiones Levaduras = 300 Drosophila = 850

Hombre = 1300

los 61 ARNt se sintetizan juntos en una misma unidad de transcripción

Maduración del ARNt

una vez cortados adquieren estructura secundaria y sufren la modificación de bases

Maduración del ARNt

una vez cortados adquieren estructura secundaria y sufren la modificación de bases

Maduración del ARNt • en el citoplasma cada ARNt es cargado con un aminoácido específico según la secuencia del anticodón • los aminoácidos se unen por enlaces covalentes al extremo 3' del ARNt por medio de la enzima aminoacil-ARNtsintetasa • las sintetasas son específicas de cada a.a. y tienen la capacidad de reconocer al aminoácido y unirlo en forma específica a su ARNt • cada ARNt está cargado con un aminoácido particular que depende de la secuencia que tenga el loop anticodón finalmente los ARNt son cargados con un aminoácido específico

Maduración del ARNt 1. En la primera reacción, el aminoácido se une a ATP para formar aminoacil-AMP.

2. En la segunda reacción se transfiere el aminoácido al extremo CCA 3’ del ARNt receptor.

reacción de unión del aminoácido a un ARNt específico

Maduración del ARNt ¿cómo identifican las ARNt sintetasas a sus ARNt? • las sintetasas reconocen un pequeño número de bases (de 1 a 5) • por lo general reconocen una de las bases del anticodón • a menudo se reconoce uno de los tres últimos pares de bases del tallo aceptor • reconocen una base ubicada entre el tallo aceptor y el extremo CCA

reconocimiento de los ARNt por las ARNt sintetasas

Maduración del ARNr

el ARNr forma parte de los ribosomas que realizan la síntesis proteica

Maduración del ARNr

los ARNr se sintetizan en una única unidad de transcripción

el ARNr adquiere estructura secundaria por apareamiento interno de las bases

Composición del Nucleolo

en el nucleolo se ensamblan con proteínas para formar las subunidades ribosómicas

Composición del Nucleolo satélite constricción secundaria brazo 1 segmento proximal centrómero

brazo 2

cromosomas humanos con ADNr

los genes que codifican el ARNr están repetidos cientos de veces

Composición del Nucleolo Región Fibrilar está formada por las moléculas de ARNr que se encuentran sintetizando

Región Granular está formada por la subunidades de los ribosomas en diferentes etapas de maduración

en interfase las regiones con genes ribosómicos se agrupan formando el nucleolo