UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLOFacultad de Ciencias
BiolgicasEscuela acadmico profesional de Microbiologa y
ParasitologaTRANSCRIPCINEn eucariotas y
procariotasIntegrantes:Rodriguez Jara, Brenda Elizabeth Saguma
Moreno, Angie PaolaSantos Montero, Wendy YajhayraCurso: Gentica
GeneralCiclo:VSeccin: B2014
INTRODUCCIN
La transcripcin es un proceso en el que la informacin gentica
del ADN pasa al ARN mensajero (ARNm). Es el primer paso de la
sntesis de protenas. El ARNm transporta la informacin desde el
ncleo, donde est codificada en el ADN, hasta el citoplasma, donde
se encuentran los ribosomas. El paso de ADN a ARNm se hace
construyendo una copia complementaria nucletido a nucletido
teniendo en cuenta que en el ARNm el uracilo es el complementario a
la adenina. Esta copia la realiza la enzima ARN polimerasa II en
tres etapas: iniciacin, elongacin y terminacin. La ARN polimerasa
II se une a un sitio especfico del ADN llamado promotor para
comenzar la transcripcin. No todos los genes se expresan sino que
en cada tipo celular y en cada momento funcional hay un perfil de
expresin gnica que proporciona a cada clula su identidad y le
permite adaptarse a las funciones que debe realizar. Los procesos
de regulacin de la transcripcin dirigen esta expresin diferencial
de genes en los distintos tipos celulares y en los distintos
estados funcionales.La transcripcin del ADN es el primer proceso de
la expresin gnica, mediante el cual se transfiere la informacin
contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de protena
utilizando diversos ARN como intermediarios. Durante la
transcripcin gentica, las secuencias de ADN son copiadas a ARN
mediante una enzima llamada ARN polimerasa que sintetiza un ARN
mensajero que mantiene la informacin de la secuencia del ADN. De
esta manera, la transcripcin del ADN tambin podra llamarse sntesis
del ARN mensajero.
TRANSCRIPCIN
I. TRANSCRIPCION EN EUCARIOTAS
1.1. Pre iniciacin
Figura 1. Caractersticas del proceso de transcripcin Al
contrario de lareplicacin de ADN, durante el inicio de la
transcripcin no se requiere la presencia de un cebador para
sintetizar la nueva cadena, de ARN en este caso. Antes del inicio
de la transcripcin se necesita toda una serie defactores de
transcripcinque ejercen los factores de iniciacin. Estos se unen a
secuencias especficas de ADN para reconocer el sitio donde la
transcripcin ha de comenzar. Esta secuencia de ADN en la que se
ensamblan los complejos de transcripcin se llamapromotor. Los
promotores se localizan en los extremos 5'-terminales de losgenes,
antes del comienzo del gen, y a ellos se unen losfactores de
transcripcinmediantefuerzas de Van der Waalsyenlaces de hidrgeno.
Los promotores tienensecuencias reguladorasdefinidas, muy
conservadas en cada especie, donde las ms conocidas son lacaja TATA
(situada sobre la regin -10), con la secuencia consenso
TATA(A/T)A(A/T); y la caja TTGACA (situada en el punto -35). La
formacin del complejo de transcripcin se realiza sobre el promotor
TATA, all se forma el ncleo del complejo de iniciacin. Sobre la
caja TATA se fija una protena de unin (TBP) junto con el factor de
transcripcin TFII D(TF proviene del ingls:transcription factor).
Despus, a ellos se unen otros factores de transcripcin especficos:
TFII Bse une a TBP, TFII A(opcional), que estabiliza el complejo
TFII B-TBP; luego se une el complejo TFII Fy ARN polimerasa, y al
final TFII Ey TFII H. Todo ello forma un complejo que se llama
complejo de preiniciacin cerrado o PIC. Cuando la estructura se
abre por mediacin del factor de transcripcin TFII H, da comienzo la
iniciacin y al complejo abierto (por su accinhelicasa dependiente
deATP).
1.2. Iniciacin
Figura 2. Factores especficos de transcripcin Primero, una
Helicasa separa las hebras de ADN en estas denominadas cajas TATA,
ya que entre adenina y timina se establecen dos enlaces de
hidrgeno, mientras que entre citosina y guanina se forman tres.
Posteriormente se unen los factores y las protenas de transcripcin
(TBP, TF2D, TF2B) permitiendo, de esta manera, el acceso de la ARN
polimerasa al molde de ADN de cadena simple, siendo esta la ltima
en posicionarse. Aunque la bsqueda del promotor por la ARN
polimerasa es muy rpida, la formacin de la burbuja de transcripcin
o apertura del ADN y la sntesis del cebador es muy lenta. La
burbuja de transcripcin es una apertura de ADN desnaturalizado de
18 pares de bases, donde empieza a sintetizarse el ARN cebador a
partir del nucletido nmero 10 del ADN molde de la burbuja de
transcripcin. La burbuja de transcripcin se llama complejo abierto.
La ARN polimerasa es una enzima formada por 5 subunidades: 2
subunidades , 1 subunidad , 1 subunidad ' y 1 subunidad que tiene
como funcin la unin deribonucletidostrifosfato. Cuando se forma el
complejo abierto, la ARN polimerasa comienza a unir ribonucletidos
mediante enlacesfosfodister, y una vez que se forma el primer
enlace fosfodister, acaba la etapa de iniciacin y comienza as la
siguiente etapa.1.3. Disgregacin del promotorUna vez sintetizado el
primer enlace fosfodister, se debe deshacer el complejo del
promotor para que quede limpio para volver a funcionar de nuevo.
Durante esta fase hay una tendencia a desprenderse el transcrito
inicial de ARN y producir transcritos truncados, dando lugar a una
iniciacin abortada, comn tanto en procariontes como eucariontes.
Una vez que la cadena transcrita alcanza una longitud de unos 23
nucletidos, el complejo ya no se desliza y da lugar a la siguiente
fase, la elongacin.La disgregacin del promotor coincide con una
fosforilacin de la serina 5 del dominio carboxilo terminal de la
ARN polimerasa, que es fosforilado por el TFII H(que es una
protenaquinasadependiente de ATP)
1.4. ElongacinLa ARN polimerasa cataliza la elongacin de cadena
del ARN. Una cadena de ARN se une por apareamiento de bases a la
cadena de ADN, y para que se formen correctamente los enlaces de
hidrgeno que determina el siguiente nucletido del molde de ADN, el
centro activo de la ARN polimerasa reconoce a los ribonucletidos
trifosfato entrantes. Cuando el nucletido entrante forma los
enlaces de hidrgeno idneos, entonces la ARN polimerasa cataliza la
formacin delenlace fosfodisterque corresponde. A esto se le llama
elongacin, la segunda etapa de la transcripcin del ARN.1.5.
TerminacinAl finalizar la sntesis de ARNm, esta molcula ya se ha
separado completamente del ADN (que recupera su forma original) y
tambin de la ARN polimerasa, terminando la transcripcin. La
terminacin es otra etapa distinta de la transcripcin, porque justo
cuando el complejo de transcripcin se ha ensamblado activamente
debe desensamblarse una vez que la elongacin se ha completado. La
terminacin est sealizada por la informacin contenida en sitios de
la secuencia del ADN que se est transcribiendo, por lo que la ARN
polimerasa se detiene al transcribir algunas secuencias especiales
del ADN. Estas secuencias son ricas enguaninaycitosina, situadas en
el extremo de los genes, seguidas de secuencias ricas entimina,
formando secuenciaspalindrmicas, que cuando se transcriben el ARN
recin sintetizado adopta una estructura en horquilla que
desestabiliza el complejo ARN-ADN, obligando a separarse de la ARN
polimerasa, renaturalizndose la burbuja de transcripcin. Algunas
secuencias de ADN carecen de la secuencia de terminacin, sino que
poseen otra secuencia a la que se unen una serie de protenas
reguladoras especficas de la terminacin de la transcripcin
comorho.
Figura 3. Etapas del proceso de Transcripcin en Eucariotas
II. TRASCRIPCIN EN PROCARIOTAS
La transcripcin es la sntesis de ARN tomando como molde el ADN,
y significa el paso de la informacin contenida en el ADN hacia el
ARN. Es realizada por las enzimas ARN polimerasas (ARNpol) que
utilizan como molde una cadena de ADN. Las ARNpol recorren la
cadena de ADN en sentido 3` 5`y aaden los nucletidos
complementarios a los de la cadena de ADN que se transcribe.
La ARN polimerasa empareja A,C,G y T del ADN con A,C,G y U de la
cadena de ARN que va creciendo. As la secuencia de bases del ARN es
complementaria a la secuencia de la cadena codificadora e igual a
la secuencia de la cadena estabilizadora del ADN, cambiando T por
U. La molcula de ARN crece en sentido 5`-> 3`, pues aaden los
ribonucletidos en el extremo 3`OH libre de la cadena naciente.Cada
vez que se aade un nucletido trifosfato (NTP), el extremo 5del
nucletido se une al 3`libre de la cadena que se est formando
mediante un enlace fosfodister y se libera un pirofosfato. La
transcripcin es asimtrica: solamente se trascribe para cada gen una
de las dos cadenas del ADN. La cadena trascrita se llama
codificadora, y la cadena de ADN que no se transcribe se denomina
estabilizadora. En los organismos eucariotas, para cada gen,
solamente se transcribe una cadena de ADN (la codificadora), de
forma que genes distintos del mismo cromosoma pueden utilizar como
codificadora una cadena diferente a la de otros genes.
Figura 4.Sub unidades de ARN polimerasaEn bacterias existe
solamente una ARN polimerasa que sintetiza todos los tipos de ARN.
La ARN polimerasa de E. coli est formada por varios polipptidos:
dos , uno , otro `. Adems la enzima completa u holoenzima tiene el
factor (sigma) necesario para iniciar la transcripcin, aunque una
vez iniciada la transcripcin se libera y el ncleo central prosigue
con la elongacin del ARN. En la transcripcin se distinguen tres
etapas: iniciacin, elongacin y terminacin.
Figura 5. Ganancia y prdida de la enzima que permitir la
iniciacin de replicacinLas bacterias, como E. coli, contienen un
solo tipo de polimerasa de RNA compuesto de cinco subunidades en
estrecha relacin para formar un ncleo enzimtico. Si el ncleo de la
enzima se purifica de las clulas bacterianas y agrega a una solucin
de molculas de DNA bacteriano y trifosfatos de ribonuclesido, la
enzima une al DNA y sintetiza RNA. Sin embargo, las molculas de RNA
generadas por una polimerasa purificada no son las mismas que las
halladas dentro de las clulas debido a que el ncleo de la enzima se
une a sitios del DNA de manera aleatoria y stos, en condiciones
normales, se ignoran in vivo. No obstante, si un polipptido
accesorio purificado llamado factor sigma () se agrega a la RNA
polimerasa de RNA antes que sta se una al DNA, la transcripcin
comienza en sitios especficos (figura 5). En el modelo tradicional
ilustrado aqu, el factor se disocia de la enzima central, la cual
es capaz de realizar la elongacin transcripcional. Estudios
recientes sugieren que podra permanecer unido a la polimerasa.
Figura 6. Cadena de ARN naciente y secuencias del promotor:
secuencia -35 y secuencia -10, que permitirn unin especfica.
La RNA de E.coli tiene una serie de caractersticas que son
comunes a las dems polimerasas, pero tambin tiene caractersticas
especficas de la RNA polimerasa bacteriana. Algunas caractersticas
de la RNA polimerasa son: Est formada por diversas subunidades. Su
funcin es la de sintetizar RNA a partir de NTP, por lo que
necesitarn un DNA molde. La sntesis de RNA se produce en direccin 3
5. No necesita primer. El enzima entero, el holoenzima, consta de 5
subunidades, distribuidas as: (2). Podemos diferenciar dos partes
en el enzima, el ncleo o core y la subunidad . Si bien el core
tiene la capacidad de sintetizar nuevo RNA, slo el enzima entero
sera capaz de realizar correctamente la transcripcin, ya que la
subunidad es bsica para el reconocimiento del punto de inicio, ya
que sin ella, la transcripcin empezara en cualquier punto. Unidad
Gen Peso RpoA 40 KDa RpoB 155 KDa RpoC 160 KDa rpoD 32 90 KDa
El conjunto de toda la RNA polimerasa pesa unos 455 KDa. La
funcin de es la de mantener unido el enzima y la de permitir la
unin de otras protenas reguladoras. y forman el centro cataltico,
que sintetiza el RNA. Existen antibiticos que pueden actuar a nivel
de estas protenas, como la rifampicina. Estas dos subunidades
tienen unidos dos tomos de Zn. es la parte que es capaz de
reconocer especficamente y de manera estable el promotor. Su funcin
es la de aumentar las probabilidades de que se una donde debe. Una
vez se ha iniciado la transcripcin, se desprende y contina el core
la Transcripcin. La transcripcin consta de 4 partes.
2.1. Reconocimiento del promotorSe cree que la RNA polimerasa
est unida al DNA y se va deslizando por encima de l, hasta
encontrar un promotor. Se considera probable que el enzima tenga la
capacidad de reconocer las estructuras de los puentes de hidrgeno
de las cajas de 10 y 35. La RNA polimerasa se coloca principalmente
sobre una de las dos cadenas que componen el DNA. El DNA, cuando la
RNA polimerasa reconozca al promotor, deber pasar de un complejo
cerrado, con las dos cadenas unidas, a uno abierto, con las cadenas
separadas, para poder realizar la transcripcin. La regin de DNA
cuyas dos cadenas se separan va de 9 a +20. Esta es la primera
funcin de la RNA polimerasa, separar las dos cadenas. El enzima
completo cubre desde la posicin 55 a la +20. Se cree que la
secuencia de 35 es la de reconocmiento por el enzima, mientras que
la de 10 es la que indica el punto donde se deberan separar las dos
cadenas. Se trata de una regin rica en T y A, por lo que ser ms
fcil de separar. Adems se forma una pequea curva en el DNA, donde
se transcribe, que es bsica para el inicio de la transcripcin. 2.2.
Iniciacin
El primer nucletido puede ser cualquier purina, aunque
normalmente se trata de A, en ms del 50% de los casos. El inicio de
la transcripcin es una iniciacin abortiva, en la cual la RNA
polimerasa sintetiza un oligonucletido de entre 2 y 9 bases. Despus
deja ir a este nucletido e inicia la sntesis de nuevo. Este proceso
se repite unas cuantas veces, momento en que se dice que la RNA
polimerasa est en forma de iniciacin. La subunidad sigue unida
todava al RNA en esta fase, hasta que consiga alcanzar la siguiente
fase. Es en esta fase cuando la RNA polimerasa puede ser inhibida
por la rifampicina.
La fase se conoce como promotor clearance o despeje del
promotor. Esta fase implica una limitacin de velocidad, el tiempo
que tarda en superar esta fase. Los promotores fuertes tardan menos
tiempo. Pasado un cierto tiempo, se consigue superar esta fase y se
entra en la siguiente fase, mucho ms estable.
En el ADN existen unas secuencias llamadas promotoras donde se
inicia la transcripicin. Para que se incicie la transcripcin, el
factor debe estar unido al ncleocentral de la ARN polimerasa,
porque es el responsable de la enzima reconozca al promotor y se
una a el. A continuacin comienza a separar las dos cadenas de ADN y
comienza la transcripcin. La actividad de los promotores puede
modificarse por la presencia de otras secuencias, que suelen estar
cercad de las promotoras y pueden ser estimuladoras (aumentan la
tasa de transcripcin) o atenuadoras (que disminuyen la tasa de
transcripcin). 70 (factor de iniciacin) reconoce las secuencias
caractersticas del promotor y se une a ellas
Figura 7. Iniciacin del proceso de Transcripcin procariota
2.3. ElongacinMientras an est ligada al promotor, la ARN
polimerasa genera transcritos cortos en forma repetida (2 a 6
nucletidos de longitud) y los libera. Despus de varios intentos
fallidos, la polimerasa sintetiza una molcula de ARN de 9 a 12
nucletidos de longitud que le permite avanzar hacia la de
elongacin.
Comienzo de la elongacin
Figura 8: Transcripcin del ADN.Al final del inicio, la ARN
polimerasa sufre un cambio de conformacin (morfolgica) y ya no es
capaz de unirse a las secuencias consenso del promotor. Esto
permite escaparse del promotor y comenzar a moverse corriente
abajo. La subunidad sigma suele ser liberada despus del inicio
aunque algunas poblaciones de ARN polimerasa pueden el factor sigma
durante toda la elongacin. A medida que la ARN polimerasa se mueve
corriente abajo sobre el molde y desenrolla en forma progresiva el
ADN en el extremo lder (downstream) de la burbuja de transcripcin,
sta une nucleotidos a la molecula de ARN de acuerdo con la
secuencia presente en el molde y vuelve a enrollar el ADN corriente
arriba de la burbuja (upstream).La transcripcin se produce dentro
de un tramo de alrededor de 18 nucletidos de ADN desenrollado: la
burbuja de transcripcin. Dentro de esta regin el ARN se sintetiza
en forma continua mediante el uso de ADN de cadena simple como
molde. En cualquier momento dado, alrededor de 8 nucletidos de ARN
recin sintetizado se aparean con los nucletidos del molde de ADN. A
medida que el apartado de transcripcin avanza sobre el molde de
ADN, genera un superenrollamiento positivo por delante de la
burbuja de transcripcin y un superenrollamiento negativo por detrs
de ella. Es probable que la topoisomerasas alivie la tensin
asociada con el desenrollamiento del ADN y su nuevo enrollamiento
durante la transcripcin, como lo hace en la replicacin del ADN.
Figura 9: Sntesis de ARN. Puede observarse la ARN polimerasa
(figura ovoide) y la formacin de una burbuja en el ADN, que se
desplaza conforme se separan renen las dos cadenas de este ltimo.A
pesar de la gran precisin que posee la ARN polimerasa al incorporar
nucletidos a la cadena creciente, es frecuente que ocurran errores.
La ARN es capaz de realizar algn tipo de correccin (proofreading)
mientras transcribe. Cuando la ARN polimerasa incorpora un
nucletido no complementario al que se encuentra en la cadena molde
de ADN, retrocede y elimina hasta dos nucletidos de la cadena de
ARN creciente (incluido el nucletido errneo). Despus, la ARN
polimerasa contina con la transcripcin del ADN molde otra vez.
2.4. Terminacin
La ARN polimerasa se mueve sobre el molde y aade nucletidos al
extremo 3 de la cadena creciente de ARN hasta que se transcribe un
terminador. La polimerasa no detiene abruptamente la transcripcin
cuando llega un terminador sino que la transcripcin finaliza una
vez transcrito el terminador. En el terminador se requieren varios
eventos superpuestos para que finalice la transcripcin: La ARN
plorimerasa debe dejar de sintetizar ARN, la molcula de ARN debe
ser liberada de la ARN polimerasa, la nueva molcula de ARN debe
disociarse por completo del ADN y la ARN polimerasa debe
desprenderse del molde de ADN.Las bacterias poseen dos tipos
principales de terminadores. Los terminadores dependientes de rho
son capaces de provocar la terminacin de la transcripcin slo en
presencia de una protena auxiliar denominada factor rho. Los
terminadores independientes de rho pueden provocar la finalizacin
de la transcripcin en ausencia de rho. Adems, en las bacterias,
generalmente se transcribe un grupo de genes en una nica molcula de
ARN, que es llamada ARN policistrnico. Entonces, este ARN
policistrnico se produce cuando hay un solo terminador presente al
final de un grupo de genes que se transcriben juntos, en lugar de
que cada gen tenga su propio terminador. Por el contrario, los
genes eucariontes se suelen transcribir por separado, cada uno con
su terminador; por lo que es poco comn encontrar ARNm policistrnico
en eucariontes.
REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS
1. Arderiu, X. F., Lacambra, M. C., & Compa, J. Q. (1998).
Bioqumica clnica y Patologa molecular (Segunda ed., Vol. II).
2. Revert, S. A. Gilbert, Scott F (2006). Biologa del
Desarrollo. Buenos Aires, Argentina: Editorial Mdica
Panamericana.
3. Marx, Robert E.; Stern, Diane (2003). Oral and maxillofacial
pathology: a rationale for diagnosis and treatment. Chicago:
Quintessence. p. 684. Klug William S., Cummings Michael R., Spencer
Charlotte A. (2006).
4. Conceptos de Gentica (Octava ed.) Pearson J.A. Kiernan (1999)
.
5. Histological and Histochemical Methods, Theory and Practice.
Third Edition.