INSTITUTO
TECNOLÓGICO DE CIUDAD ALTAMIRANO GRO
UNIDAD 6 Transcripción genética
Que
Presenta
luz eugenia ruiz najera
Número
de Control
08930132
Carrera
Lic
biología
Ciudad
Altamirano, Gro.México. 6 mayo del 2012
UNIDAD 6 Transcripción genética
Este trabajo tiene la finalidad de
conocer los diferentes procesos
de transcripción genética que
se presenta organismos
procariontes y eucariota cabe mencionar La transcripción consiste en la síntesis
de ARN tomando como molde ADN y significa el paso de la información contenida
en el ADN hacia el ARN. La transferencia de la información del ADN hacia el ARN
se realiza siguiendo las reglas de complementaridad de las bases nitrogenadas y
es semejante al proceso de transcripción de textos, motivo por el que ha
recibido este nombre. El ARN producto de la transcripción recibe el nombre de
transcrito.
En las bacterias la transcripción y la
traducción tienen lugar en el citoplasma bacteriano y al mismo tiempo, son
simultáneas. Sin embargo, en eucariontes la transcripción tiene lugar en el
núcleo y la traducción en el citoplasma.
Mediante experimentos de pulso y caza, se
suministran precursores radiactivos que marcan específicamente el ARN (uridina
tritiada) a las células durante un breve período de tiempo (pulso). Una vez que
las células han incorporado la uridina tritiada se transfieren a un medio con
precursores sin marcar (caza). De este forma es posible seguir el destino del
ARN marcado durante el pulso, ya que la síntesis del nuevo ARN se produce con
precursores sin marcar (uridina normal). Las muestras de células tomadas después
de la caza, mostraban marcaje en el núcleo, indicando que ARN se sintetiza allí,
sin embargo, las muestras de células tomadas después de la caza mostraban el
marcaje radiactivo en el citoplasma. Por tanto, parece que el ARN se sintetiza
en el núcleo y se transporta posteriormente al citoplasma.
Objetivo general
Conocer las etapas de la síntesis ARN en
procariotas y eucariota
Identificar las diferencias entre trascripción en
eucariotas y procariotas
Objetivo específicos
Conocer la diferente tipo de polimerasa y el
lugar trascribe
Metodología
Esta investigación se
realizo por medio de la
investigación documental que se realizo
en libros paginas de interne con
finalidad de de
conocer los diferentes procesos
de la trascripción genética
UNIDAD 6. TRANSCRIPCIÓN GENÉTICA
6.1 Organismos procarióticos
La formación de una
cadena de ARNm por una secuencia particular de ADN se denomina transcripción.
Antes de que
termine la transcripción, el ARNm comienza a desprenderse del ADN.
La trascripción utiliza una de las cadenas del DNA como
molde
La trascripción
depende de la complementariedad entre las bases. Se produce una separación
local de las dos cadenas del DNA, y una de las dos cadenas actúa como molde (guia) para la síntesis de RNA. A
lo largo del DNA los genes utilizan una u otra cadena para copiarse aRNA (pero un gen especifico siempre usara una
cadena y solo una como molde).
A continuación,
nucleotidos libres se emparejan con el DNA molde “atraidos” por las bases
complementarias. El nucleotido A empareja con T en el DNA, G con C, C con G y U
con A.
Polimerasas
de RNA
En las procariotas
una sola enzima polimerasa trascribe todos los RNAs, pero en eucariota setas
especializadas asi:
- polimerasa de RNA I (Pol I) trascribe los genes que determinan
RNAr.
- la polimerasa de RNA II (Pol II) trascribe los genes que determina
proteinas, o lo que es lo mismo RNAm.
la polimerasa de RNA III (Pol III) trascribe otros RNA función
Promotores bacterianos
La secuencia reconocida por la RNA-polimerasa
en el DNA para comenzar la transcripción se denomina promotor. Sus características
estructurales fueron resueltas en 1975 por David Pribnow y Heinz Schaller de
manera independiente (téngase en cuenta que la secuenciación se estandarizó en
1977). Presentan una secuencia común rica en A y T en la posición -10 (caja
TATA o Pribnow); la presencia de pares AT en esta caja permite la separación
fácil de las dos cadenas de DNA. Esta es la secuencia que reconoce
específicamente la subunidad σ. A -35 se encuentra otra secuencia conservada
cuyo consenso es TTGACA.. Los nucleótidos de la región -10 y -35 son los
principales puntos de contacto entre la proteína y el DNA. La distancia óptima
entre las cajas es de 17 nt,
6.1.1
Etapas de síntesis del ARN.
Iniciación
Se puede subdividir en varias etapas: en
cuanto la holoenzima RNA-polimerasa se encuentra con la secuencia promotora, se
forma el complejo promotor cerrado y la afinidad de esta unión es muy alta.
la enzima protege en el DNA abarca desde +20
hasta -55. A continuación la propia RNA polimerasa desenrolla 12 pb del DNA
desde -10 hasta -1 (complejo promotor abierto).
Mediante una isomerización dependiente de
Mg2+, la separación de las cadenas se extiende desde -12 hasta +2 y el DNA se
curva fuertemente en forma de U en la RNA-polimerasa.
Elongación
Basta la polimerasa
central para realizar toda la etapa de elongación. La burbuja de transcripción
abarca 18 nt de los que 8-9 nt forman un heteroduplex con los últimos nt
transcritos del RNA (extremo 3’).
El avance de la polimerasa no es continuo,
sino a saltos, por lo que se denomina avance en forma de gusano.
Este avance en gusano se ve, además, retrasado
debido a que durante la elongación se producen numerosas paradas porque hay
secuencias que se transcriben peor que otras.
En estas paradas,
la RNA-polimerasa retrocede unos nucleótidos, de manera que el extremo 3’ del
RNA naciente queda protuberante y sin aparear, lo cual impide que se pueda
seguir transcribiendo.
Cuando la RNA-polimerasa se acerca a la región
terminadora, pasa sobre una secuencia denominada nut que sirve para incorporar a la polimerasa central la subunidad
NusA
Terminación intrínseca
También se denomina —independiente de Ro—.
Necesita dos regiones ricas en GC simétricas y complementarias con lo que se
puede formar una horquilla, seguidas de una región rica en A. Al llegar a las
secuencias ricas en GC, la RNA-polimerasa con NusA reduce su velocidad, dando
tiempo para que el transcrito pueda formar la horquilla y deshaciendo la
interacción con HBS. Cuando la enzima pasa sobre la secuencia rica en A, el
híbrido DNA-RNA es muy débil y se disocia.
Terminación dependiente de Ro
(ρ)
Es menos abundante en los organismos. Necesita
el factor de terminación Ro (NusD) de 46 kDa que actúa como homohexámero
(275 kDa). Hace separarse el RNA naciente, la polimerasa y el DNA.
6.2
Organismos eucarióticos:
Buena parte de las peculiaridades de la
transcripción eucariótica se debe a que estas células producen más tipos de RNA
que los procariotas, lo que lleva a una clara distinción entre los que es un
transcrito primario (o RNA precursor) y un transcrito maduro que
será el RNA funcional.
Localización
intracelular
La localización intracelular también va a ser
específica: en una célula eucariota, por ejemplo un fibroblasto, encontramos
aproximadamente 6 pg de DNA que corresponde a su material genético
Todos los transcritos primarios y algunos de
los maduros (por ejemplo los snRNA, véase más adelante) se encuentran en el núcleo,
mientras que en el citoplasma sólo se encontrarán formas maduras de la
mayoría de los transcritos.
Diferencias
entre la transcripción procarióticos y eucariótica
- La mayor parte del DNA eucariota (como mínimo
la mitad) no se transcribe nunca, mientras que en los procariotas se
transcribe práticamente todo.
- Todos los transcritos eucariotas han de madurarse
en el núcleo, aunque algunas etapas pueden ocurrir en el citosol.
- En los eucariotas, la transcripción y la
traducción no están acopladas, y se producen en compartimentos diferentes.
Esto implica una regulación distinta para cada proceso.
- Las secuencias 5’ y 3’ no traducidas de los
mRNA son mucho más largas que las que se encuentran en los procariotas.
- Los genes eucariotas son monocistrónicos.
- En los eucariotas hay 3 polimerasas nucleares
distintas, y también una característica de mitocondrias y una quinta para
los cloroplastos.
- Las polimerasas eucariotas necesitan muchos
factores de transcripción para funcionar. La mayoría son activadores.
- Los eucariotas producen más tipos de
transcritos distintos
- La transcripción eucariótica es muy específica
y regulada, lo que les confiere una expresión muy controlada, compleja y
precisa.
Las tres RNA-polimerasas eucarióticas
codificadas en el núcleo se numeran I, II y III en función del orden en el que
eluyen cuando se cromatografía un extracto nuclear en columna de intercambio
iónico al ir aumentando la fuerza iónica del tampón de elución. Las tres se
transcriben desde distintos genes, se localizan en diferentes compartimentos,
son susceptibles a distintos inhibidores
La RNA-polimerasa II transcribe todos los genes que se traducen y los snRNA de tipo U (menos el U6 que lo hace la RNA-polimerasa III), por lo que se considera la más representativa y es a la que se suele aludir cuando no se especifica el tipo de polimerasa. Es menos activa que la RNA-polimerasa I porque debe eliminar los nucleosomas a su paso.
La RNA-polimerasa III es la más compleja y menos abundante, y trancribe todo tipo de RNA pequeños
Las RNA-polimerasas de los orgánulos son un único polipéptido codificado por un gen nuclear. Tienen clara homología con las polimerasas fágicas (la de mitocondria) o de cianobacterias (la cloroplastídica).
Decondensación del
DNA para la transcripción
Durante la
elongación de la transcripción, la RNA-polimerasa es capaz de desplazar los
nucleosomas en la zona codificante: cuando la RNA-polimerasa se encuentra con
uno, lo empuja sin esfuerzo los primeros 30 nt y luego se ralentiza hasta el nt
80 —con paradas cada 10 nt—, momento en el que el nucleosoma es desplazado por
detrás de la enzima gracias a la energía potencial topológica que se acumula en
las superhélices por la tensión del DNA
6.2.1
Etapas de síntesis del ARN.
los promotores se
analizaban por deleciones seriadas desde el extremo 5' del gen, por lo que se
consideraba que el promotor empezaba a partir del nucleótido más distal cuya
deleción provocaba la pérdida de la capacidad transcriptora. Siguiendo este
criterio, quedaban excluidos del promotor muchos elementos reguladores que no
influían decisivamente sobre la transcripción del gen. factores de
transcripción que se nombran empezando por la abreviatura TF,
Iniciación
se produce el
reconocimiento del promotor y asociación de la polimerasa. Es la parte más
compleja de la transcripción y sobre la que se ejercerán la mayoría de las
actividades reguladoras. Debido al gran tamaño del genoma, los factores de
transcripción y la polimerasa tienen muy difícil reconocer sus sitios
específicos. Para conseguir especificidad se requieren mecanismos más
intrincados como el superenrollamiento —poner en forma de heterocromatina las
regiones de DNA que no se tienen que expresar— con el objeto de disminuir la
cantidad de DNA a rastrear
La función del
promotor es, esencialmente, facilitar la unión de la RNA-polimerasa al DNA y
asegurar que el inicio de la transcripción se realice muy eficazmente y en un
nucleótido determinado. El complejo de iniciación produce en la región de
inicio de transcripción el desenrollamiento y separación de las dos cadenas del
DNA (complejo abierto) que es donde va a tener lugar la síntesis de la
cadena de RNA. Esta estructura se desplazará por el DNA a medida que avanza la
elongación (burbuja de transcripción). Es necesario que se en torno a la
RNA-polimerasa forme el complejo holoenzimático polimerasa para que se
pueda empezar a transcribir. El modelo más aceptado propone que en la región
promotora se van asociando los factores de transcripción y subunidades de la
holoenzima de manera ordenada y constante, hasta que se une la polimerasa
central. También se requiere la presencia de una DNA-helicasa
Decondensación del DNA para la transcripción
Para poder iniciar una
transcripción, la maquinaria transcriptora ha de poder acceder a la hebra de DNA,
lo que implica la descondensación previa de la región implicada del cromosoma.
Durante la
elongación de la transcripción, la RNA-polimerasa es capaz de desplazar los
nucleosomas en la zona codificante: cuando la RNA-polimerasa se encuentra con
uno, lo empuja sin esfuerzo los primeros 30 nt y luego se ralentiza hasta el nt
80 —con paradas cada 10 nt
Elongación
La holoenzima ha
permanecido inmóvil mientras se polimerizan los primeros nucleótidos, hasta que
el TFIIK fosforila el CTD, activado por el TFIIE. Tras la fosforilación, la
polimerasa se libera de todos los factores de iniciación excepto la helicasa
del TFIIF y comienza su avance por el DNA
Una actividad
helicasa sigue abriendo el DNA por delante, lo que genera importantes tensiones
en la molécula que se compensan por la acción de las topoisomerasas. Por detrás
de la polimerasa el RNA recién sintetizado se va desapareando del DNA molde y
quedando en forma de cadena sencilla de RNA.
- la eliminación de las pausas o paradas de la polimerasa. Los mejor
identificados son TFIIS (antes llamado SII) que sirve para evitar
que la RNA-polimerasa se detenga prematuramente, y los que alteran la Km y
la Vmax de la enzima para incrementar su capacidad catalítica: ELL, CSB
y SIII (elonguina).
- el mantenimiento del estado fosforilado del CTD (PTEFb y
otros), ya que su desfosforilación inhibe la elongación.
- factores que posteriormente intervendrán en el ayuste, así como
proteínas que intervienen en la remodelación de los nucleosomas durante la
elongación (SWI/SNF, FACT, HMG14, elongator...), ya que sigue siendo
necesario despejar el camino.
Terminación Las secuencias
terminadoras propiamente dichas están aún poco caracterizadas, pero se ha visto
que provocan dos efectos:
- detención o pausa en el avance de la polimerasa
al pasar por ellas
- desestabilización del híbrido RNA—DNA.
El resultado final
es la separación de los componentes del complejo de transcripción (incluida la
desfosforilación del CTD de la RNA-polimerasa II) y desensamblaje de la
holoenzima para ser reciclada en otro complejo de iniciación
Terminación de la RNA-polimerasa I
los rRNA es una secuencia de 18 pb duplicada
que se encuentra triplicada, de la que hay dos copias cerca del extremo 3’ del
gen 28S (T1 y T2) y la tercera a 200 pb del inicio de transcripción del gen
siguiente (T3).
Esta enzima tiene
un mecanismo equivalente al de la terminación independiente de ρ en
procariotas. En una secuencia indeterminada se une una proteína terminadora (Reb1p
en levaduras o TTF-I en mamíferos) que detiene el avance de la
RNA-polimerasa.
Terminación de la RNA-polimerasa II
Esta enzima tiene
un mecanismo equivalente al de la terminación dependiente de ρ de procariotas
se detiene en la región de terminación debido bien a secuencias específicas en
el DNA
Terminación de la RNA-polimerasa III
Esta enzima tiene un mecanismo equivalente al de la
terminación intrínseca en procariotas. La detención de la RNA-polimerasa se
produce en alguna de las T que hay al final del gen. Se producen diferencias en
la terminación dependiendo del tipo de promotor que se ha utilizado en la
iniciación:
- Si es un promotor de tipo «a», el TFIIIA atrae los
factores de terminación específicos que van a reconocer las T si van
precedidas de un palíndromo de GC.
- Si es un promotor de tipo «b» es TFIIIC el que atrae
los factores de terminación.
- Si es un promotor de tipo «c», SNAPc es la que va a reclutar los factores de terminación que van a reconocer las T dentro de una zona rica en A puesto que se ha visto que la presencia de G inhibe la terminación en este caso.
-
Los procesos de maduración son los que llevan a los transcritos primarios a convertirse en transcritos maduras. Mostrados sobre un mRNA, son:
Todos estos procesos
ocurren mientras el RNA se está transcribiendo, demostrándose en algunos casos
la interdependencia entre transcripción y maduración
Intrones y exones
En 1977 Philip Sharp y Richard
Roberts probaron por separado que los genes que codifican polipéptidos en
eucariotas se encuentran interrumpidos por secuencias no codificantes (intrones
o secuencias intercaladas). La eliminación de los intrones se denomina ayuste
(splicing) o «corte y empalme» porque se eliminan secuencias internas
del propio transcrito y se reúnen los exones.
las
secuencias que permanecen en el transcrito maduro, y que flanquean a los
intrones, se llaman exones.En
general, son la parte codificante del gen, pero el primer y el último exón
también incluye las regiones 5’ y 3’ no codificantes.
Las diferencias entre los
procariotas y las eucariotas relativas a la maduración del RNA se centran en el
mRNA, además del ayuste, sufre una serie de modificaciones en 5’ y en 3’ que,
de forma sucesiva o simultánea, van a ocurrir en el núcleo. Estas
modificaciones son la adición de la caperuza, la poliadenilación,
ayuste de intrones nucleares y la riboedición (corrección del
mRNA).
La
caperuza o casquete de los mRNA es un 7-metilguanilato unido al primer
nucleótido del RNA por un enlace 5’-5’ trifosfato. Esto hace que la guanosina
añadida se una en sentido opuesto al del resto de la cadena polinucleotídica.
Vimos que los snRNA trascritos por la RNA-polimerasa II también llevan esta
caperuza.
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Las probables funciones de la caperuza son:
- Proteger la molécula frente a la acción de exonucleasas
inespecíficas.
- Marcar el hnRNA como sustrato de otras
reacciones de procesamiento en el núcleo.
- Ayudar a los ribosomas a reconocer el mRNA para
iniciar la traducción; se ha visto que la caperuza es reconocida por uno
de los factores de traducción, aunque no es una etapa imprescindible.
- Ayudar al desalojo del promotor en el comienzo
de la elongación, o sea, a la eliminación de los factores de iniciación
que no se necesitan en la elongación. O lo que es lo mismo: intervenir en
el paso de iniciación a elongación
Ayudar a procesar el
primer intrón del transcrito
El extremo 3’ de los
mRNA no se corresponde con la posición donde se termina la transcripción, sino
que es más corto, aunque presente una secuencia adicional en 3’: la cola de
poli-A. Para añadir esta cola existe un complejo que posee todas
actividades enzimáticas necesarias que se denomina poliadenilosoma
Aunque la
poliadenilación del mRNA se descubrió en 1970, su función todavía no está
clara:
- parece
intervenir en el transporte del mRNA al citoplasma;
- parece
determinar la duración de la semivida del mRNA;
- interviene
en la correcta o eficiente traducción del mRNA;
- parece
ser la señal que indica los hnRNA que van a madurar y los que no;
- parece
ser esencial para el ayuste del último intrón.
Adición de la cola de poliA
El corte de la endonucleasa deja un
3’-OH que es reconocido por una RNA-polimerasa que no utiliza molde, sino que
sólo acepta ATP como sustrato, por lo que se llama poliadenilato-polimerasa
(PAP). La PAP añade hasta 250 A (los vertebrados las tienen poliA muy largos, y
las plantas e insectos algo más cortos). La PABP o PBP (proteína que se une al poli-A: Poli(A) Binding Protein) se une a esta cola de manera específica para estabilizarla.
Cuando el mRNA está
en el citoplasma, la cola poli(A) se suele acortar, de manera que la mayoría de
los mRNA en transcripción tienen del orden de 30-50 residuos de A.
Ayuste
de los intrones nucleares (grupo «III»)
El ayuste es un
proceso que puede ocurrir mientras se está transcribiendo el gen o, más
habitualmente, una vez que el gen completo está transcrito. La eliminación de
un intrón de grupo III (y también de los de grupo II) está determinada por su
secuencia o secuencia, pero no por su tamaño. Para definir un intrón se
necesitan dos secuencias específicas en la unión intrón-exón, que se denominan sitio
5’ o donador y sitio 3’ o aceptor, así como una
secuencia interna, denominada sitio de ramificación o CURAY,
situada a 18-40 nt
Formación del ayustosoma
El ayuste está
mediado por una asociación macromolecular denominada ayustosoma (spliceosome)
cuya composición no es específica de tejido u órgano, sino que es constante en
todos los tipos celulares. Forman parte del ayustosoma, además del pre-mRNA
asociado
a proteínas (pre-mRNP),
las ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (snRNP o snurps)
denominadas U1 a U6 (excepto U3). Cada una de estas snRNP contiene un RNA
nuclear pequeño (snRNA) con el mismo nombre y unas 10 proteínas de 9 a 70 kDa
que reciben el nombre de familia Sm. Algunas de las proteínas son
meramente estructurales, pero otras van a intervenir directamente en la
catálisis del ayuste. Las proteínas B, B’, D, D’, E, F, y G de la familia Sm
son comunes a todas las snRNPs
Las etapas de formación del ayustosoma y eliminación del
intrón se resumen en la siguiente figura:
- La unión de U1 en el centro 5’ se produce gracias a la hibridación entre el snRNA U1 (o U11) y la
secuencia del pre-mRNA. Se aparean de 5 a 7 nucleótidos, lo que
justifica la gran conservación del sitio 5’.
- La unión de U2 (o U12) al
sitio de ramificación necesita ATP. La secuencia del
snRNA es complementaria a la del sitio de ramificación, pero no aparea la
A.
- U4 y U6 se añaden en forma de un único complejo
ya que las secuencias de sus snRNA son parcialmente complementarias.
- La
liberación de U1 y U4, con gasto de ATP, permite que U6 interaccione con
U2. La doble hélice formada por U2/U6 forma
el centro catalítico del ayustosoma
Tras
la reacción de ayuste, las snRNP U2, U5 y U6 quedan unidas al lazo del intrón
Modificación de bases
Se varía la
composición de bases, no su número. Lo más frecuente es el cambio C por U
mediante la acción de una enzima denominada citidina-desaminasa. Otra
modificación menos frecuente es la de A por G causada por la adenosina-desaminasa
acumularían mutaciones. Estas
desaminasas reconocen unos 26 nt alrededor del sitio a editar, que tienen que
estar en forma de RNA bicatenario.
En los mamíferos se
ha visto que la apolipoproteína B produce una proteína de 521 kDa en el hígado,
pero una forma truncada de 250 kDa en el intestino.
Inserción o deleción de bases
- Introducción en el mRNA de cox2 de 4 U en un punto que hace
cambiar la pauta de lectura
- Más de la mitad de los las bases del mRNA de cox3 son U que
no estaban codificadas en el genoma
·
Las U que se incluyen no entran en
grupos sino de una en una, aunque vayan seguidas en la secuencia.
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