Transcripción (biología)

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La transcripción (del latín  transcriptio "reescritura") es el proceso de  síntesis de ARN que se produce en todas las células vivas utilizando el ADN como plantilla ; transferencia de información genética del ADN al ARN.

La transcripción es catalizada por la enzima ARN polimerasa dependiente de ADN. La ARN polimerasa se mueve a lo largo de la molécula de ADN en la dirección 3`-5` [1] .

Si hablamos de la transcripción de regiones codificantes de proteínas, entonces la unidad de transcripción bacteriana es un operón  , un fragmento de una molécula de ADN que consiste en un promotor (un operador al que se une la proteína represora), una parte transcrita (que puede contener varias secuencias codificantes de proteínas) y un terminador. En eucariotas, la porción transcrita normalmente contiene una única secuencia codificante de proteína.

La cadena de ADN que sirve de molde para completar el ARN se llama codificante o molde . La secuencia resultante de dicha síntesis de ARN será idéntica a la secuencia de la hebra de ADN no codificante (excluyendo la sustitución del ADN de timina por ARN de uracilo ) según el principio de complementariedad .

Transcripción de pro y eucariotas

En bacterias, la transcripción es catalizada por una única ARN polimerasa. Consta de un cuerpo principal de cinco subunidades (α 2 ββ'ω) y una subunidad σ (factor sigma) que determina la unión al promotor y es el único iniciador de la transcripción. En Escherichia coli , por ejemplo, la forma más común del factor sigma es σ 70 .

Las células eucariotas contienen al menos 3 ARN polimerasas , mientras que las plantas contienen 5, que requieren de un conjunto de factores para su iniciación y elongación. La ARN polimerasa II es la principal enzima de las células eucariotas que cataliza la transcripción de los ARNm  que codifican proteínas (y algunos otros ARN).

En las bacterias, el ARNm no se modifica de ninguna manera después de la transcripción y la traducción puede ocurrir directamente durante la transcripción . En las células eucariotas, el ARNm se modifica en el núcleo: se cuelga una tapa 5' y se sintetiza una cola 3'-polyA, se produce el empalme . Luego, el ARNm puede ingresar al citoplasma, donde tendrá lugar la traducción.

Proceso de transcripción

La transcripción consta de las etapas de iniciación, elongación y terminación.

Iniciación

El inicio de la transcripción es el proceso por el cual la ARN polimerasa dependiente de ADN se une a un promotor y forma un complejo estable para continuar la transcripción.

El inicio de la transcripción se puede dividir en varios pasos [2] .

  1. La ARN polimerasa (junto con los factores de iniciación de la transcripción en eucariotas) se une a un promotor para formar un complejo cerrado . De esta forma, la doble hélice del ADN se encuentra dentro del complejo.
  2. Transformación a complejo abierto . La hélice de ADN a una distancia de unos 13 pares de bases desde el punto de inicio de la transcripción se funde, es decir, las hebras de ADN se separan entre sí. La sección de hebras de ADN que se han separado se denomina burbuja de transcripción.
  3. La separación de cadenas proporciona acceso a la cadena de ADN no codificante. Los primeros dos ribonucleótidos se alinean con la plantilla de ADN y se unen. Se produce una mayor elongación del ARN cuando los ribonucleótidos se unen al extremo 3' de la cadena. La unión de los primeros 10 nucleótidos es un proceso ineficaz, por lo que la transcripción a menudo finaliza en esta etapa, se libera una transcripción corta y la síntesis comienza de nuevo. Este deslizamiento de la polimerasa se llama transcripción abortiva .
  4. Tan pronto como el complejo polimerasa-promotor forma una transcripción de más de 10 nucleótidos, se vuelve lo suficientemente estable para continuar la transcripción y entra en la etapa de elongación. También llamada evitación del promotor .

El inicio de la transcripción es un proceso complejo que depende de la secuencia de ADN cercana a la secuencia transcrita (y en eucariotas también de partes más distantes del genoma - potenciadores y silenciadores ) y de la presencia o ausencia de varios factores proteicos .

Elongación

El momento de transición de la ARN polimerasa desde el inicio de la transcripción hasta la elongación no se ha determinado con precisión. Tres eventos bioquímicos principales caracterizan esta transición en el caso de la ARN polimerasa de E. coli : la separación del factor sigma, la primera translocación de la molécula de enzima a lo largo de la plantilla y la fuerte estabilización del complejo de transcripción que, además del ARN polimerasa, incluye una hebra de ARN en crecimiento y ADN transcrito. Los mismos fenómenos son característicos de las ARN polimerasas eucarióticas. La transición de iniciación a elongación está acompañada por la ruptura de los enlaces entre la enzima, el promotor , los factores de iniciación de la transcripción y, en algunos casos, por la transición de la ARN polimerasa a un estado de competencia de elongación (por ejemplo, fosforilación del dominio CTD ). en la ARN polimerasa II). La fase de elongación termina después de la liberación del transcrito en crecimiento y la disociación de la enzima de la plantilla (terminación).

En la etapa de elongación, aproximadamente 18 pares de bases de nucleótidos están desenroscados en el ADN . Aproximadamente 12 nucleótidos de la hebra plantilla de ADN forman una hélice híbrida con un extremo creciente de la cadena de ARN. A medida que la ARN polimerasa se mueve a lo largo de la plantilla, se desenrolla delante de ella y detrás se produce la restauración de la doble hélice de ADN. Al mismo tiempo, el siguiente eslabón de la cadena de ARN en crecimiento se libera del complejo con la plantilla y la ARN polimerasa. Estos movimientos deben ir acompañados de una rotación relativa de la ARN polimerasa y el ADN. Es difícil imaginar cómo puede suceder esto en una célula, especialmente en la transcripción de la cromatina . Por lo tanto, es posible que para evitar dicha rotación, la ARN polimerasa que se mueve a lo largo del ADN esté acompañada de topoisomerasas .

La elongación se lleva a cabo con la ayuda de los principales factores de elongación necesarios para que el proceso no se detenga prematuramente [3] .

Recientemente, ha surgido evidencia que muestra que los factores reguladores también pueden regular el alargamiento. La ARN polimerasa se detiene en ciertas regiones del gen durante la elongación . Esto es especialmente claro a bajas concentraciones de sustratos . En algunas partes de la matriz, largos retrasos en la promoción de la ARN polimerasa, los llamados. se observan pausas incluso a concentraciones óptimas de sustratos. La duración de estas pausas puede controlarse mediante factores de elongación.

Terminación

Las bacterias tienen dos mecanismos para terminar la transcripción:

La terminación de la transcripción en eucariotas está menos estudiada. Termina con el corte del ARN, después de lo cual la enzima agrega varias adeninas (…AAAA) en su extremo 3', cuyo número determina la estabilidad de este transcrito [4] .

Fábricas de transcripción

Hay una serie de datos experimentales que indican que la transcripción se lleva a cabo en las llamadas fábricas de transcripción: enormes, según algunas estimaciones, complejos de hasta 10 M Da que contienen alrededor de 8 ARN polimerasas II y componentes de procesamiento y empalme posteriores , como así como la corrección de la transcripción recién sintetizada [5] . En el núcleo celular, hay un intercambio constante entre grupos de ARN polimerasa soluble e involucrada. La ARN polimerasa activa está involucrada en dicho complejo, que a su vez es una unidad estructural que organiza la compactación de la cromatina . Datos recientes [6] indican que las fábricas de transcripción también existen en ausencia de transcripción, están fijadas en la célula (aún no está claro si interactúan con la matriz nuclear de la célula o no) y representan un subcompartimento nuclear independiente. El complejo de fábrica de transcripción que contiene ARN polimerasa I, II o III se analizó mediante espectrometría de masas. [7]

Transcripción inversa

Algunos virus (como el virus de la inmunodeficiencia humana que causa la infección por VIH ) tienen la capacidad de transcribir el ARN en ADN. El VIH tiene un genoma de ARN que se integra en el ADN. Como resultado, el ADN del virus se puede combinar con el genoma de la célula huésped. La principal enzima responsable de la síntesis de ADN a partir de ARN se denomina reversatasa . Una de las funciones de la reversasa es crear ADN complementario (ADNc) a partir del genoma viral. La enzima asociada, la ribonucleasa H , escinde el ARN y la reversasa sintetiza el ADNc a partir de la doble hélice del ADN. El ADNc se integra en el genoma de la célula huésped mediante una integrasa . El resultado es la síntesis de proteínas virales por parte de la célula huésped, que forman nuevos virus. En el caso del VIH, también se programa la apoptosis (muerte celular) de los linfocitos T. [8] En otros casos, la célula puede seguir siendo distribuidora de virus.

Algunas células eucariotas contienen la enzima telomerasa , que también exhibe actividad de transcripción inversa. Con su ayuda, se sintetizan secuencias repetidas en el ADN. La telomerasa a menudo se activa en las células cancerosas para la duplicación interminable del genoma sin pérdida de la secuencia de ADN que codifica la proteína. Algunos virus animales que contienen ARN, que utilizan ADN polimerasa dependiente de ARN, pueden sintetizar ADN complementario al ARN viral. Se integra en el genoma de una célula eucariota, donde puede permanecer oculto durante muchas generaciones. Bajo ciertas condiciones (por ejemplo, exposición a carcinógenos), los genes virales pueden activarse y las células sanas se convertirán en cancerosas.

Notas

  1. ↑ Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts. Biología Molecular de la Célula . — 4to. - Garland Science, 2002. - ISBN 978-0-8153-3218-3 , 978-0-8153-4072-0.
  2. ↑ James D.Watson. Biología Molecular del Gen . - W. A. ​​Benjamin, 1965. - 530 p.
  3. ↑ DB Nikolov, SK Burley. Iniciación de la transcripción de la ARN polimerasa II: una vista estructural  //  Actas de la Academia Nacional de Ciencias. — 1997-01-07. — vol. 94 , edición. 1 . — págs. 15–22 . - ISSN 1091-6490 0027-8424, 1091-6490 . -doi : 10.1073/ pnas.94.1.15 .
  4. ↑ Benjamín Lewin. genes 9 . - Jones & Bartlett Learning, 2008. - 912 p. - ISBN 978-0-7637-4063-4 .
  5. ↑ Peter R. Cook. La organización de la replicación y la transcripción  (inglés)  // Ciencia. — 1999-06-11. — vol. 284 , edición. 5421 . — Pág. 1790–1795 . — ISSN 1095-9203 0036-8075, 1095-9203 . -doi : 10.1126 / ciencia.284.5421.1790 .
  6. ↑ Jennifer A. Mitchell, Peter Fraser. Las fábricas de transcripción son subcompartimentos nucleares que permanecen en ausencia de transcripción  //  Genes & Development. — 2008-01-01. — vol. 22 , edición. 1 . — págs. 20–25 . — ISSN 1549-5477 0890-9369, 1549-5477 . -doi : 10.1101/ gad.454008 .
  7. ↑ Svitlana Melnik, Binwei Deng, Argyris Papantonis, Sabyasachi Baboo, Ian M. Carr. Los proteomas de fábricas de transcripción que contienen ARN polimerasas I, II o III  //  Nature Methods. — 2011-11. — vol. 8 , edición. 11 _ — pág. 963–968 . — ISSN 1548-7105 . - doi : 10.1038/nmeth.1705 .
  8. ↑ Irina Nikoláyevna Kolesnikova. Algunas características de los mecanismos de apoptosis en la infección por VIH . - Rostov del Don, 2000.
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