Transcripción del ARN

El dogma central de la biología molecular es:

ADN ———> ARN ——–> PROTEINAS replicación –> transcripción –> traducción

Es un flujo unidireccional de información aunque en algunos virus se sintetiza ADN a partir de ARN con la retrotranscripción o transcripción inversa.

El ARN mensajero (ARNm)

A partir de una cadena de ADN molde se forma una cadena de ARN monocatenario llamado ARNm o mensajero.

El ARNm es un completo reflejo de las bases del DNA, es muy heterogéneo con respecto al tamaño, ya que las proteínas varían mucho en sus pesos moleculares. Es capaz de asociarse con ribosomas para la síntesis de proteínas y poseen una alta velocidad de recambio debido a que se degradaría rápidamente también contienen U en lugar de T.

Los productos de la transcripción no son sólo ARNm sino que también se forma ARNt y ARNr. Dentro del ADN hay genes que codifican para ARNt y ARNr. La replicación y la transcripción difieren en un aspecto muy importante, durante la replicación se copia el cromosoma de ADN completo, pero la transcripción es selectiva, se puede regular as¡ la transcripción del ADN. Secuencias reguladoras específicas indican el principio y el fin de los segmentos de ADN que se tienen que transcribir, as¡ como que cadena se utilizar de molde. La cadena que sirve como molde al ARN es la 3′-5′ y se llama con sentido y la otra es la antisentido cuya secuencia coincide con la del ARNm transcrito.

El ARN mensajero puede ser editado por mecanismos biológicos como se explica en este artículo.

El ARN transferente o de transferencia (ARNt)

Los ARNt son relativamente pequeños y monocatenarios. Como mínimo, ocho de los residuos de nucleótidos de todos los tRNA tienen bases modificadas infrecuentes pero que son derivados metilados de las principales. Tienen un residuo de G en el extremo 5′, y una secuencia 5’CCA3′ en el extremo 3′. Forman una estructura en forma de hoja de trébol con cuatro brazos mientras que su estructura tridimensional tiene el aspecto de una L retorcida. En el ARNt est n los anticodones que son tres bases complementarias del ARNm que codifican las proteínas.

Brazos

Brazo AAI o del aminoácido: porta un aminoácido específico esterificado por su grupo carboxilo al grupo hidroxilo 2′ o 3′ del residuo de A en el extremo 3′. Brazo del anticodón: contiene el anticodón: Py-U-ANTICODÓN-Pu-Base (que no se aparea según el modelo Watson y Crick).

Brazo DHU: contiene el nucleótido dihidrouridina.

Brazo TYCG: contiene ribotimina y pseudouridina.

Aminoacil-tRNA-sintetasas

Las aminoacil-tRNA sintetasas tienen dos sustratos: el tRNA y el aminoácido. La reacción que catalizan es cargar el tRNA con un aminoácido cosa que realizan en dos pasos y mediante la hidrólisis de ATP. Se tiene que formar un enlace éster entre el grupo carboxilo del aminoácido con el 3’OH del tRNA. Esta reacción se hace en dos pasos: Primero se activa el aminoácido mediante su reacción con el ATP:

aa + ATP <———> aminoacil-AMP + PPi

Segundo este compuesto reacciona con el tRNA para dar:

aa-AMP <———> aminoacil-tRNA + AMP

Hay dos tipos de aminoacil-tRNA sintetasas que colocan el aminoácido en una u otra posición: en 2′ teniendo que sufrir despusé un proceso de transesterificación y en 3’OH directamente. Son muy específicas. Las tRNA sintetasas pueden reconocer sólo el anticodón, parcialmente el anticodón y elementos estructurales o no reconocen el anticodón.

El ARN ribosómico (ARNr)

El ARN ribosómico forma parte de los ribosomas y los hay de diferentes coeficientes de sedimentación. En procariotas el ribosoma es de 70 S, siendo su subunidad pequeña de 30 S y la grande de 50 S. La subunidad pequeña está formada por ARNr 16 S, y la grande por ARNr 5 S y 23 S. En eucariotas el ribosoma es de 80 S, siendo su subunidad pequeña de 40 S y la grande de 60 S. La subunidad pequeña está formada por ARNr 18 S, y la grande por ARNr 5 S, 5.8 S y 28 S. Los genes del ARNr actúan como organizadores nucleolares.

ARN polimerasa

Es una RNA polimerasa dirigida por ADN. Es una enzima que forma el enlace fosfodiéster en el RNA en crecimiento mediante un ataque nucleofílico al nucleótido entrante. No necesita cebador y sintetiza en dirección 5′-3′.

En los fagos tiene un peso de 11 KDa. En procariotas es una única RNA pol (polimerasa) la que transcribe todos los ARNs. Tiene cuatro subunidades proteicas: dos alfas, beta, beta prima y sigma. Las dos alfa, beta y beta prima forman el núcleo de la enzima que es la estructura que lleva a cabo el proceso de polimerización (es el centro catalítico).

El factor sigma reconoce el sitio de iniciación de la transcripción y por ello puede haber diferentes sigmas. Reconoce secuencias específicas llamadas centros promotores. Una vez que la RNA pol lleva iniciados dos o tres NTP se suelta sigma y sigue el núcleo, este factor sigma se une a otro núcleo y continúa la transcripción hasta que encuentra la señal de terminación que son diferentes. Su masa total son 480 kDa.

En eucariotas hay tres tipos de ARN polimerasas: I, II y III. Son mayores de 600 kDa y se dividen en dos partes L y L’. Hay una ARN pol para cada tipo de ARN. ARN pol I (nucleolo) se encarga de rRNA 18 S, 5.8 S y 28 S. La RNA pol II (nucleoplasma) se encarga de precursores de mRNA y snRNA. La RNA pol III (nucleoplasma) se encarga del tRNA y rRNA 5 S.

La a-amanitina (procede del hongo Amanita phalloides) es un poderoso veneno que inhibe fuertemente a la RNA pol II, y a altas concentraciones inhibe a ARN pol III. Con respecto a ARN pol I es insensible. Afecta en primer lugar al hígado y puede excretarse por la orina. Si el tejido hepático afectado es lo suficientemente importante se produce la muerte. La dosis a la cual esta toxina es letal es la cantidad que se encuentra en el sombrero de este hongo madurno.

En procariotas la transcripción y la traducción es simultánea, mientras que las eucariotas requieren primero una maduración del ARNm y después se produce la traducción.

Fases de la transcripción

Se requiere una región promotora y otra terminadora. El factor sigma es el factor de la transcripción como figura más arriba. La RNA pol se une al molde en los centros promotores, es decir, en secuencias específicas del ADN para la unión de ARN pol. Poseen una serie de características y reciben el nombre de secuencias consenso. Los promotores están alineados de acuerdo con sus homologías, o secuencias de bases similares que aparecen justo delante de la primera base transcrita llamada punto de iniciación. El factor sigma permite que la enzima reconozca y se una específicamente a las regiones promotoras. En primer lugar la holoenzima busca un promotor e inicialmente se une a ‚l de una manera laxa.

Iniciación

Una vez que sigma se ha unido al promotor, se une el resto de la enzima y se forma una estructura llamada “complejo del promotor cerrado”. A continuación se desenrolla un tramo de ADN con lo que queda al descubierto el sitio de iniciación. La RNA pol se fija más fuertemente formando el “complejo del promotor abierto”. Cuando entra el segundo nucleótido empieza a formarse el enlace fosfodiéster. Cuando la RNA pol se ha elongado un número pequeño de nucleótidos sigma se separa del núcleo.

Elongación

La RNA pol debe sintetizar ARN. Se sintetiza siempre en dirección 5′-3′. Pero para sintetizarlo se debe desenrollar el ADN una corta distancia llamada “burbuja de replicación”. La elongación presenta dos problemas: el dúplex debe enrollarse por detrás y desenrollarse por delante. Así la RNA sigue el sentido de desenrollado y el RNA se enrolla alrededor del dúplex con lo que no se produce superenrollamiento.

Además las topoisomerasas alivian las tensiones eliminando los superenrollamientos. Se da entonces una región infraenrollada por detrás y otra sobreenrollada por delante. El ARN se sintetiza por emparejamiento de bases con una de las cadenas de ADN en una región desenrollada transitoriamente. A medida que la región de desenrollamiento avanza, el ADN de doble cadena se reconstituye por detrás de ella, desplazando al ARN en forma de una cadena polinucleotida simple. Así, hay un momento en el que se forma un híbrido de ADN:ARN.

Terminación

La polimerasa de RNA reconoce también señales de terminación de la cadena. Se dan dos tipos de terminación: directa o mediada por proteínas.

La terminación directa hace referencia a determinadas secuencias palindrómicas que cuando el ARN se transcribe se enrollan en forma de horquilla y pierde estabilidad con lo que la cadena se disocia.Después de la horquilla viene una región de poli(U) que parece actuar como señal para que se suelte la polimerasa de ARN y termine la transcripción.

La terminación mediada por proteínas necesita de la proteína rho que reconoce la señal de terminación. No tienen la cadena de poli(U) cuando se produce este mecanismo. Rho es un hexámero formado por seis subunidades idénticas que aprovecha la hidrólisis de ATP para desencadenar la reacción de terminación. EN primer lugar rho se une a un sitio específico del ARN llamado rut, tras unirse a él rho viaja en dirección 5′-3′ hasta que encuentra a la ARN pol y desenrolla el segmento bicatenario RNA-DNA formado, por lo que se libera el RNA y la RNA pol cesando la transcripción.

Procesamiento del ARNm

En primer lugar se le añade un casquete de 7′-metilguanosina también llamado CAP. Mediante una guanidiltransferasa, se ataca al fosfato interno del 7′-metilGTP y se libera un pirofosfato, el Gp que queda se une al mRNA y se pierde un P del mRNA inicial.Así se añade la gorra de metilguanosina.

En segundo lugar se le añade una cola de poli(A). La RNA-pol sintetiza mRNA más allá de la secuencia de corte: AUAAA. Esta secuencia sirve de señal para la adición de residuos de adenina al complejo mediante la poliadenilato polimerasa mediante la hidrólisis de ATP y una endonucleasa que elimina entre 11 y 20 nucleótidos del extremo 3′ y después es cuando la poliadenilato adiciona 20-250 nucleótidos de A. En el sitio de corte de la endonucleasa es donde comienza a añadir A.

En tercer lugar se produce el corte y empalme de intrones y exones. Es necesario eliminar los intrones y empalmar los exones en un proceso conocido como corte y empalme. No necesita ATP. Por diferentes mecanismos se cortan los intrones y se separan (el ARN todav¡a con los intrones se llama ARNhn), posteriormente se fusionan los exones y nos da lugar a un ARNm maduro, con su gorra de metilguanosina, su cola de poli(A) y sin intrones.

Un Comentario

Deja un comentario

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos necesarios están marcados *

Puedes usar las siguientes etiquetas y atributos HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>