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Definición de transcripción de ADN
La transcripción de ADN, también conocida como síntesis de ARN, es el proceso mediante el cual la información genética contenida en el ADN se reescribe en ARN mensajero (ARNm) mediante una enzima ARN polimerasa.
- El ARNm sintetizado se transporta fuera del núcleo celular, donde posteriormente ayudará en la síntesis de proteínas mediante el mecanismo de traducción.
- Regulación de la producción de ARNm en el núcleo, la célula regula automáticamente la tasa de expresión génica.
- El proceso de transcripción es ayudado por la enzima ARN polimerasa, que copia las secuencias correctas en la plantilla de ADN para producir una copia de ARN complementaria del gen.
- El mecanismo básico de transcripción es el mismo tanto en eucariotas como en procariotas, sin embargo, puede diferir de varias maneras entre ellos.
Enzimas y función de la transcripción del ADN
La principal enzima utilizada en la transcripción del ADN es la ARN polimerasa . En procariotas, se usa un tipo de enzima ARN polimerasa, mientras que en eucariotas, se usan tres tipos de ARN polimerasas, es decir, ARN polimerasa I, II y III.
- Formación del complejo iniciador que ayuda en el proceso de desenrollado de la estructura de doble hélice del ADN.
- Síntesis y alargamiento de la transcripción de ARN mediante la adición de bases de nucleótidos, adenina (A), citosina (C), guanina (G) y uracilo (U).
- Forma las secuencias de terminación que detienen y terminan la transcripción.
Más información: ARN polimerasa: definición, tipos y funciones
Pasos de la transcripción de ADN
Resumen: pasos de la transcripción
- 50 factores de transcripción de proteínas diferentes se unirán a los sitios promotores , en el lado 5 ‘del gen que se va a transcribir.
- La ARN polimerasa se une al complejo del factor de transcripción, lo que permite que se abra la doble hélice del ADN.
- La ARN polimerasa luego lee una hebra en el 3 ‘al 5; dirección
- En las células eucariotas, el nucleosoma de la ARN polimerasa (Pol II) en avance, para los genes que codifican proteínas.
- El complejo de factores de transcripción y ARN polimerasa reemplaza al nucleosoma después de que el ADN se ha transcrito y Pol II ha avanzado.
- A medida que la ARN polimerasa se mueve a lo largo de la cadena de ADN, ensambla ribonucleótidos en una cadena de ARN mediante la utilización de trifosfato (ATP).
- Cada ribonucleótido se inserta en la cadena de ARN en crecimiento mediante un emparejamiento de bases, es decir, cada citosina (C) está vinculada a guanina (G), mientras que un uracilo (U) está vinculado a una adenina (A).
- La síntesis de ARN tiene lugar en la dirección 5′-3 ′.
- A medida que se añade cada nucleósido trifosfato al extremo 3 ‘de la hebra en crecimiento, se eliminan los dos fosfatos terminales.
- Cuando la transcripción llega a su fin, la transcripción se libera de la polimerasa y la enzima polimerasa también se libera del ADN.
Proceso de transcripción de ADN
- En las células procariotas, todo el mecanismo de transcripción se resume en tres etapas: inicio, alargamiento y terminación.
- Al final de la terminación en procariotas, el ARNm formado está listo para la traducción.
- A diferencia de los eucariotas, después de la terminación, se forma un ARNm inmaduro y, por lo tanto, se necesitan más procesos para formar un ARNm maduro que luego se traduce en proteínas.
- Generalmente, el proceso de transcripción transcribe el ADN en ARNm, el tipo de ARN que transporta la información que se necesita en la síntesis de proteínas.
- En eucariotas, hay dos pasos amplios que tienen lugar en la transcripción;
- Formación de ARN pre-mensajero usando una enzima ARN polimerasa
- Edición de ARN pre-mensajero por empalme
- La formación de ARN pre-mensajero implica las fases de inicio, alargamiento y terminación que terminan formando ARNm.
- Luego, el ARNm pasa por diferentes etapas de empalme para formar ARNm maduro.
Formación de ARN pre-mensajero
- Cuando comienza la transcripción, el ADN debe desenrollarse, con la ayuda de la ARN polimerasa, que cataliza el proceso.
- En la transcripción, solo se transcribe una de las cadenas de ADN, la cadena que tiene la secuencia iniciadora. esta hebra se conoce como hebra sentido, mientras que la hebra complementaria se conoce como hebra antisentido.
- El ARNm que se transcribe normalmente es una copia de la hebra sentido, sin embargo, es la hebra antisentido la que se transcribe.
- El ribonucleósido trifosfato (NTP) se alinea a lo largo de la hebra de ADN antisentido por apareamiento de bases, luego la ARN polimerasa une los ribonucleótidos formando una molécula de ARN pre-mensajero, complementaria a una región en la hebra antisentido.
- La transcripción se completa cuando la enzima ARN polimerasa encuentra un triplete de bases leídas como una señal de parada. En esta etapa, la molécula de ADN se rebobina para reformar la doble hélice.
- La formación del ARN mensajero (ARNm) se realiza en tres etapas: iniciación, alargamiento y terminación
Iniciación
Promotor e iniciación en procariotas
- El inicio de la transcripción se señala en una región conocida como promotora.
- El promotor es el sitio para la unión de la ARN polimerasa, de modo que el promotor guía a la polimerasa donde debe asentarse en el ADN para iniciar la transcripción.
- La ARN polimerasa es la enzima que cataliza el mecanismo de transcripción.
- La enzima ARN polimerasa tiene un factor sigma (σ), que es la unidad disociativa, que permite que la enzima reconozca la secuencia promotora (punto de partida de la transcripción), que está espaciada entre las regiones -35 y -10.
- La secuencia promotora es reconocida por la subunidad holoenzima de la ARN polimerasa, uniéndose y moviéndose a lo largo de la molécula de plantilla de ADN. Esto forma un complejo promotor cerrado.
- Una sola molécula de ADN puede tener múltiples secuencias promotoras o complejos promotores cerrados.
- El promotor que está unido a factores de transcripción junto con la ARN polimerasa forma un complejo.
- Los factores de transcripción son proteínas reguladoras que controlan la tasa de transcripción.
- Cuando la ARN polimerasa se une a la secuencia promotora, desnaturaliza el ADN dúplex localmente, formando un complejo promotor abierto que se convierte en la parte desenrollada del ADN bicatenario, exponiendo las bases de cada una de las dos cadenas de ADN.
Promotor e iniciación en eucariotas
- En eucariotas, la ARN polimerasa no se une directamente a la secuencia promotora como en los procariotas.
- Un promotor auxiliar conocido como factor de transcripción basal (general) se une primero al promotor, lo que ayuda a que la ARN polimerasa se adhiera a la plantilla de ADN.
- Los eucariotas tienen una secuencia promotora llamada caja TATA, que es reconocida por los factores de transcripción, que eventualmente permiten la unión de la ARN polimerasa.
- La caja TATA tiene muchos A y Ts que facilitan la separación de las hebras de ADN.
Alargamiento
- Después de iniciar la transcripción, el factor sigma (σ) se disocia de la ARN polimerasa.
- La hebra molde se lee en la dirección 3 ′ a 5 ′, lo que significa que la síntesis de ARN tiene lugar en la dirección 5 ′ a 3 ′, con el nucleósido trifosfato (NTP) actuando como sustratos para la enzima.
- La otra hebra de la plantilla de ADN se conoce como hebra codificante, porque la secuencia de bases del nuevo ARNm es idéntica a ella, excepto por el reemplazo de tiamina con base de uracilo.
- La ARN polimerasa cataliza la formación de un enlace fosfodiéster entre los ribonucleótidos adyacentes.
- La energía utilizada por la ARN polimerasa se deriva de la división del trifosfato de alta energía en monofosfato, liberando los difosfatos inorgánicos (PPi).
- Se forma una burbuja de transcripción y debe mantenerse sin que la transcripción tenga lugar en la plantilla de ADN de doble hebra. La burbuja se mueve a lo largo del dúplex de ADN durante el alargamiento.
- Los atascos o pausas son comunes, que luego son esenciales para la terminación de la transcripción.
Terminación
- Este es el proceso de finalización de la transcripción, que ocurre cuando se indica mediante una secuencia de parada conocida como secuencia de terminación.
- Esto sucede cuando la ARN polimerasa transcribe la secuencia del terminador.
- La ARN polimerasa luego libera el templo del ADN que se desenrolla hacia una estructura de doble hélice.
Terminación en bacterias
Hay dos métodos de terminación en bacterias.
Terminación dependiente de Rho
Este es el proceso de terminación en el que la molécula de ARN contiene un sitio de unión para una proteína conocida como factor Rho, que se une a la secuencia de ADN. Comienza a subir por la transcripción hacia el anuncio de la ARN polimerasa que alcanza la burbuja de transcripción. En la burbuja, el factor Rho separa la transcripción de ARN y la hebra de la plantilla de ADN, liberando la molécula de ARN y terminando el proceso de transcripción. Una secuencia de punto de parada de la transcripción que se encuentra más adelante en el ADN hace que la ARN polimerasa se detenga y permita que el factor Rho se ponga al día y termine el proceso.
Terminación independiente de Rho
Este proceso depende de una secuencia específica que se encuentra en la hebra de la plantilla de ADN. Durante la transcripción, a medida que la ARN polimerasa se acerca al punto final del gen que se transcribe, alcanza una región rica en citosina (C) y guanina (G). El ARN que se transcribe desde esta región se pliega sobre sí mismo, y el C y el G complementarios se unen formando una horquilla estable que hace que la ARN polimerasa se detenga. La horquilla es seguida por un uracilo (U) en el terminador de ARN que complementa a la plantilla de ADN Adenina (A). La región UA forma una interacción débil con la plantilla de ADN y con la ARN polimerasa estancada provoca una inestabilidad que permite que la enzima se caiga y termine en la nueva transcripción de ARN.
Conferencia en video: Transcripción de ADN y procesamiento de ARNm (Video de Khan Academy)
Procesamiento de ARNm pretraduccional
- En eucariotas, el ARNm que se ha transcrito se conoce como pre-ARNm y, por lo tanto, debe someterse a otros procesos para que madure y se convierta en ARNm maduro.
- Estos se conocen como procesos de ARNm pretraduccionales. Incluyen:
5 ′ Taponado
- Esta es la adición de una capa de guanina metilada al extremo 5 ‘del ARNm
- La tapa 5 ‘ayuda en el reconocimiento de la molécula de ARNm por los ribosomas y también protege el ARNm inmaduro de la degradación de las ARNasas.
Poliadenilación
- Esta es la adición de una cola de poli (A) al extremo 3 ‘del ARNm. La cola de poli (A) está formada por varias moléculas de monofosfato de adenosina, que estabiliza el ARN debido a su inestabilidad natural.
Empalme
- Esta es la codificación de una secuencia genética para diferentes proteínas, conservando el material genético.
- El proceso implica:
- Eliminación de las secuencias no codificantes conocidas como intrones mediante escisión del espliceosoma.
- Unión de las secuencias codificantes conocidas como exones por ligación.
- El empalme depende de la secuencia, por lo que ocurre dentro de la transcripción.
- Esto permite que se fabriquen muchas proteínas a partir de un solo pre-ARNm.
- Al final del proceso de empalme, se habrá elaborado ARNm maduro.
- El ARNm maduro se convierte entonces en el portador mensajero que permite que se produzca la síntesis de proteínas.
- El ARNm maduro tiene marcos de lectura abiertos (ORF), una región que se traduce en proteínas. La traducción de los ORF se realiza en tres bloques de tres nucleótidos conocidos como codones.
- Al final de los extremos 5 ‘y 3’ hay regiones no traducidas (UTR) que no se traducen durante la síntesis de proteínas.
Transcripción de ADN en eucariotas (diferencia de procariotas)
La transcripción en eucariotas y procariotas tiene algunas similitudes y diferencias.
Similitudes
Algunas de las similitudes comunes incluyen;
- El ADN se utiliza como plantilla en ambos organismos.
- La ARN polimerasa es la principal enzima que facilita todo el mecanismo en ambos organismos.
- La molécula de ARN es el producto final en ambos organismos.
- La composición química de la transcripción es la misma en ambos organismos.
Diferencias
Las principales diferencias en la transcripción entre eucariotas y procariotas incluyen:
Promotor :
- Los procariotas tienen tres elementos promotores, es decir, promotores -10, -35 y elementos cadena arriba
- Los eucariotas tienen muchos elementos promotores diferentes, es decir, la caja TATA, los elementos iniciadores, el promotor del núcleo aguas abajo, la caja CAAT y la caja CG
Polimerasa de ARN:
- Los procariotas tienen un tipo de ARN polimerasa que ayuda en la síntesis de la cadena de ARN.
- Los eucariotas tienen tres tipos de ARN polimerasas I, II y III que ayudan en la síntesis de la cadena de ARN.
Iniciación:
- El complejo de iniciación de los eucariotas está formado por varios factores de transcripción que se disocian al finalizar el proceso de iniciación.
- Mientras que los procariotas no forman un complejo iniciador
Concurrencia de transcripción y traducción
- Otra diferencia importante es que, en los procariotas, la transcripción y la traducción ocurren simultáneamente, mientras que en los eucariotas, las transcripciones deben estar completas antes de que se inicie el mecanismo de traducción.
- El ARN en eucariotas sufre modificaciones postranscripcionales como taponamiento, poliadenilación y empalme para formar un ARNm maduro que procede a la traducción. Estos procesos no tienen lugar en procariotas.
Genética del ARN
- El ARNm en procariotas tiene muchos genes diferentes en el ARNm único, por lo que se denominan policistrónicos.
- Los eucariotas tienen un solo gen en una molécula de ARNm, por lo que se denominan monocistrónicos.
Terminación
- La terminación en procariotas es ayudada por factores dependientes de Rho o independientes de Rho, mientras que en eucariotas, la transcripción es terminada por la señal poliadenilada (A) y la secuencia del terminador aguas abajo.
Transcripción inversa
- Se trata de la conversión de ARN en ADN, mediante la cual el ARN actúa como molde en la síntesis de un tipo de ADN conocido como ADN complementario (ADNc).
- El dogma central define los mecanismos que involucran la síntesis de ADN (replicación), la síntesis de ARN (transcripción), la síntesis de proteínas (traducción) y la síntesis de ADNc (transcripción inversa). Por lo tanto, el ADN codifica el ARN, el ARN codifica las proteínas y el ARN también puede codificar el ADN en el caso de la transcripción inversa.
- Los virus codificados por ARN se someten al mecanismo de transcripción inversa en el que su ARN genómico se convierte en ADN con la ayuda de la enzima transcriptasa inversa.
- La transcripción inversa también se conoce como retrotranscripción o retrotras. Es un proceso extremadamente erróneo que puede conducir a mutaciones que pueden causar resistencia a los medicamentos.
- La conversión de ARN en ADN normalmente se aplica de manera deseable en el laboratorio principalmente como una herramienta de diagnóstico para la mayoría de los virus de ARN, como el VIH, la hepatitis, la influenza, los coronavirus, etc.
Inhibidores de la transcripción
Los inhibidores de la transcripción son elementos que se utilizan para inhibir la acción y el mecanismo de la enzima ARN polimerasa, lo que dificulta el proceso de transcripción. Los inhibidores de la transcripción se utilizan principalmente para obstaculizar los mecanismos bacterianos de transcripción en patógenos causantes de enfermedades. Algunos de los inhibidores más utilizados incluyen
- α-amanitina: este es un inhibidor extraído de la levadura, que es selectivo para la ARN polimerasa II y la ARN polimerasa III.
- La rifampicina inhibe la transcripción bacteriana al inhibir la ARN polimerasa dependiente de ADN al unirse a la subunidad beta.
- La 8-hidroxiquinolina también es un inhibidor de la transcripción antifúngico.
- Otros incluyen actinomicina D, inhibidores de CDK9 como DRB y flavopiridol, triptolida.
- Un mecanismo inhibidor es la metilación de histonas que impide la acción de la transcripción.
Dr. Martin Passen, a dedicated nutrition educator with a master’s in nutrition education and nearing completion of a clinical nutrition and dietetics master’s. Passionate about sharing valuable information effectively.