Transcripción

Tanto en procariotas como en eucariotas, la segunda función del ADN (la primera fue la replicación) es proporcionar la información necesaria para construir las proteínas necesarias para que la célula pueda realizar todas sus funciones. Para hacer esto, el ADN se "lee" o se transcribe en una molécula de ARNm. El ARNm luego proporciona el código para formar una proteína mediante un proceso llamado traducción. A través de los procesos de transcripción y traducción, se construye una proteína con una secuencia específica de aminoácidos que se codificó originalmente en el ADN. Este módulo discute los detalles de la transcripción.

El dogma central: el ADN codifica el ARN; ARN codifica la proteína

El flujo de información genética en las células del ADN al ARNm a la proteína se describe en el dogma central, que establece que los genes especifican las secuencias de los ARNm, que a su vez especifican las secuencias de las proteínas.

El dogma central establece que el ADN codifica el ARN, que a su vez codifica la proteína.

La copia de ADN en ARNm es relativamente sencilla, con un nucleótido agregado a la cadena de ARNm por cada nucleótido complementario leído en la cadena de ADN. La traducción a proteína es más compleja porque los grupos de tres nucleótidos de ARNm corresponden a un aminoácido de la secuencia de la proteína. Sin embargo, como veremos en el próximo módulo, la traducción a la proteína todavía es sistemática, de modo que los nucleótidos 1 a 3 corresponden al aminoácido 1, los nucleótidos 4 a 6 corresponden al aminoácido 2, y así sucesivamente.

Transcripción: del ADN al ARNm

Tanto los procariotas como los eucariotas realizan fundamentalmente el mismo proceso de transcripción, con la importante diferencia del núcleo unido a la membrana en los eucariotas. Con los genes unidos en el núcleo, la transcripción ocurre en el núcleo de la célula y la transcripción del ARNm debe transportarse al citoplasma. Los procariotas, que incluyen bacterias y arqueas, carecen de núcleos unidos a la membrana y otros orgánulos, y la transcripción ocurre en el citoplasma de la célula. Tanto en procariotas como en eucariotas, la transcripción ocurre en tres etapas principales: iniciación, alargamiento y terminación.

Iniciación

La transcripción requiere que la doble hélice de ADN se desenrolle parcialmente en la región de síntesis de ARNm. La región de desenrollado se denomina burbuja de transcripción. La secuencia de ADN sobre la cual se unen las proteínas y enzimas involucradas en la transcripción para iniciar el proceso se denomina promotor. En la mayoría de los casos, los promotores existen corriente arriba de los genes que regulan. La secuencia específica de un promotor es muy importante porque determina si el gen correspondiente se transcribe todo el tiempo, algunas veces o casi nada.

El inicio de la transcripción comienza cuando el ADN se desenrolla, formando una burbuja de transcripción. Las enzimas y otras proteínas involucradas en la transcripción se unen al promotor.

Alargamiento

La transcripción siempre procede de una de las dos cadenas de ADN, que se denomina cadena de plantilla. El producto de ARNm es complementario a la cadena de plantilla y es casi idéntico a la otra cadena de ADN, llamada cadena sin plantilla, con la excepción de que el ARN contiene un uracilo (U) en lugar de la timina (T) que se encuentra en el ADN. Durante el alargamiento, una enzima llamada ARN polimerasa avanza a lo largo de la plantilla de ADN agregando nucleótidos mediante el emparejamiento de bases con la plantilla de ADN de una manera similar a la replicación de ADN, con la diferencia de que se está sintetizando una cadena de ARN que no permanece unida a la plantilla de ADN. A medida que avanza el alargamiento, el ADN se desenrolla continuamente por delante de la enzima central y se rebobina detrás de ella.

Durante el alargamiento, la ARN polimerasa sigue a lo largo de la plantilla de ADN, sintetiza el ARNm en la dirección de 5 'a 3' y se desenrolla y luego rebobina el ADN a medida que se lee.

Terminación

Una vez que se transcribe un gen, se debe instruir a la polimerasa procariota para que se disocie de la plantilla de ADN y libere el ARNm recién creado. Dependiendo del gen que se transcribe, hay dos tipos de señales de terminación, pero ambas implican secuencias repetidas de nucleótidos en la plantilla de ADN que dan como resultado el estancamiento de la ARN polimerasa, dejando la plantilla de ADN y liberando el transcrito de ARNm.

Al finalizar, el proceso de transcripción está completo. En una célula procariota, para cuando se produce la terminación, la transcripción ya se habría utilizado para sintetizar parcialmente numerosas copias de la proteína codificada porque estos procesos pueden ocurrir simultáneamente utilizando múltiples ribosomas (polirribosomas). Por el contrario, la presencia de un núcleo en las células eucariotas impide la transcripción y traducción simultáneas.

Múltiples polimerasas pueden transcribir un solo gen bacteriano, mientras que numerosos ribosomas traducen simultáneamente las transcripciones de ARNm en polipéptidos. De esta manera, una proteína específica puede alcanzar rápidamente una alta concentración en la célula bacteriana.

Procesamiento de ARN eucariota

Los ARNm eucarióticos recién transcritos deben someterse a varios pasos de procesamiento antes de que puedan transferirse del núcleo al citoplasma y traducirse en una proteína. Los pasos adicionales involucrados en la maduración del ARNm eucariota crean una molécula que es mucho más estable que un ARNm procariota. Por ejemplo, los ARNm eucariotas duran varias horas, mientras que el ARNm procariota típico no dura más de cinco segundos.

El transcrito de ARNm se recubre primero con proteínas estabilizadoras de ARN para evitar que se degrade mientras se procesa y exporta fuera del núcleo. Esto ocurre mientras el pre-ARNm todavía se está sintetizando agregando un "límite" especial de nucleótidos al extremo 5 'de la transcripción en crecimiento. Además de prevenir la degradación, los factores involucrados en la síntesis de proteínas reconocen el límite para ayudar a iniciar la traducción por los ribosomas.

Una vez que se completa el alargamiento, una enzima agrega una cadena de aproximadamente 200 residuos de adenina al extremo 3 ', llamada cola poli-A. Esta modificación protege aún más el pre-ARNm de la degradación y las señales a los factores celulares de que la transcripción debe exportarse al citoplasma.

Los genes eucariotas están compuestos por secuencias codificadoras de proteínas llamadas exones (ex-on significa que se expresan) y secuencias intermedias llamadas intrones (int-ron denota su papel interviniente). Los intrones se eliminan del pre-ARNm durante el procesamiento. Las secuencias de intrones en el ARNm no codifican proteínas funcionales. Es esencial que todos los intrones de un pre-ARNm se eliminen por completo y con precisión antes de la síntesis de proteínas para que los exones se unan para codificar los aminoácidos correctos. Si el proceso se equivoca incluso con un solo nucleótido, la secuencia de los exones unidos se desplazaría, y la proteína resultante sería no funcional. El proceso de eliminación de intrones y reconexión de exones se llama empalme. Los intrones se eliminan y degradan mientras el pre-ARNm todavía está en el núcleo.

El ARNm eucariota contiene intrones que deben ser empalmados. También se agregan una tapa de 5 'y una cola de 3'.

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