La transcripción es el primer paso de la vía de expresión génica. Se sintetiza RNA a partir de DNA.
- CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL PROCESO
- Proceso conservativo: el DNA no se modifica, simplemente se copia.
- Proceso selectivo. Selecciona aquellos genes que se van o no a transcribir y dentro de los genes copia solamente la información de una de las hebras que es la que contiene la información.
- Independiente al ciclo celular: responde a las necesidades de la célula en cada momento.
- Tantos orígenes de transcripción como genes. Hay genes cuya transcripción puede comenzar desde diferentes puntos.
- Es unidireccional: 5’à3’
- Regulado estrictamente: es el punto principal de control de la expresión génica.
- Sin posibilidad de corrección de errores: tasa de error de 10-5– 10-6.
- Realizado por RNA polimerasas: enzimas de elevado peso molecular.
- CARACTERÍSTICAS DE ARN POLIMERASA
- Síntesis dirigida por la hebra molde de DNA.
- No requieren cebador. Las RNA polimerasas pueden comenzar la transcripción a partir de dos ribonucleótidos trifosfato libres, uniéndolos mediante enlace éster.
- Se utilizan como sustratos los nucleótidos de ribosa en forma de trifosfato, formando complejos con el Mg2. Necesita aporte de energía que proporciona el trifosfato.
- Polimeriza en sentido 5’à3’.
- No tienen capacidad exonucleásica. No puede corregir errores.
- No es un enzima de doble lectura.
2.1 RNA POLIMERASA EN PROCARIOTAS
- Una única RNA polimerasa.
- Sintetiza todos los tipos de RNA
- Autosuficiente. No requiere la ayuda de proteínas
- Holoenzima funcional, complejo (450 kDa) y completo. El núcleo del enzima posee actividad polimerásica, abre el DNA…está formado por:
- 2 subunidades α, una subunidad β y una subunidad β’. En esta partícula central reside la capacidad para unirse al DNA y realizar la síntesis de RNA.
- La subunidad σ. Le da la capacidad de reconocer los puntos de inicio de la transcripción (promotores). Encontramos diferentes subunidades σ que harán que se transcriban unos u otros genes. (la más frecuente es la subunidad 70s)
2.2 RNA POLIMERASA EN EUCARIOTAS
- 3 RNA polimerasas diferentes que transcriben ciertos genes cada una:
- RNA pol I: se sitúa en el nucléolo. transcribe RNAr.
- RNA pol II: transcribe RNAhn que madura a RNAm y RNAsn.
- RNA pol III: genes que codifican para RNAt, RNAr 5s y algunos RNAsn.
- SECUENCIAS PROMOTORAS
Marcan el inicio de la transcripción en los genes y son reconocidas por las RNA polimerasas.
Son un conjunto de secuencias que van a posicionar a la RNA pol en el inicio de la transcripción.
El primer nucleótido que se transcribe se denomina +1 y el anterior es -1.
Los que se van a transcribir están en la hebra 3’-5’ y se llama corriente abajo del gen. Lo previo a la región que se transcribe se llama corriente arriba del gen.
Una secuencia consenso es una secuencia no real, sino que está sacada por extrapolación entre muchos promotores diferentes.
Si un gen tiene un promotor que no se parece mucho al consenso se denomina promotor débil y no se transcribirá mucho.
Al contrario, un gen muy parecido al consenso, será un gen de gran frecuencia de transcripción.
La zona del promotor próxima al inicio es rica en A y T para facilitar la apertura del DNA por rotura de puentes de hidrógeno.
- MECANISMO DE LA TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS
4.1 INICIACIÓN
La transcripción se inicia en las secuencias promotoras.
La subunidad σ se une al núcleo de la RNA polimerasa y después el holoenzima se desplaza a lo largo de la hebra de DNA hasta encontrar el promotor.
Una vez en el promotor, abre las hebras de DNA (paso del promotor cerrado al promotor abierto) por las zonas ricas en adenina y timina.
A continuación comienza la síntesis de RNA uniendo los dos primeros nucleótidos trifosfato que indica la hebra mole, mediante enlace éster y sucesivamente se añaden nucleótidos por complementariedad de bases en sentido 5’-3’.
Por último la subunidad σ se libera para fortalecer la unión del DNA a la RNA pol, ya que sino el complejo no es muy estable.
Debido a esta inestabilidad hay muchas transcripciones abortivas.
4.2 ELONGACIÓN
La RNA polimerasa se desplaza a lo largo del gen estructural (burbuja de transcripción) desplazándose con todos sus componentes.
Va copiando la hebra molde y forma por complementariedad la hebra codificadora.
Al principio forma un híbrido DNA-RNA.
Avanza en dirección 5’-3’, leyendo la cadena molde en dirección 3’-5’.
4.3 TERMINACIÓN
En la transcripción hay dos tipos de procesos por los que se puede terminar la transcripción:
- Independiente de proteínas (secuencias específicas): no requiere proteínas auxiliares.
Primero aparece una zona rica en G y C, donde la RNA pol ralentiza su actividad porque esas hebras tiene tres puentes de hidrógeno que cuestan más de separar.
Continúa transcribiendo, pero la estructura que transcribe es de tipo palindrómico (complementaria) y adopta forma de horquilla por emparejamiento interno, lo que representa un impedimento mayor para la acción de RNA pol.
Después encontramos una secuencia rica en A y T que se transcribe a uracilo. Como se trata de uniones débiles, se facilita la separación de la RNA pol y la hebra de DNA. - Dependiente de proteína: (proteína Rho)
Para finalizar el proceso aparece en el RNAm la secuencia Rut, que es reconocida por la proteína Rho y a la que se une.
Rho es una helicasa dependiente de ATP con capacidad para separar la doble hélice rompiendo los puentes de hidrógeno
Cuando se une al RNA se desplaza a lo largo de él hasta alcanzar la burbuja de transcripción.
Desarrolla el híbrido de DNA-RNA y hace que la RNA pol pierda afinidad por el DNA que está copiando y se separe. Gasto de energía.
- TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
Los elementos cis son secuencias de DNa y los elementos trans son secuencias de proteínas y por interacción entre ambos se regula la transcripción.
En la zona proximal del promotor es donde se encuentra la secuencia TATbox que regula que la RNA pol se sitúe en el lugar adecuado.
Las regiones de promotores son mucho más extensas y con múltiples mecanismos de control.
Distinguimos:
- Mecanismos básicos de transcripción. Factores basales que interaccionan con la zona proximal del promotor, pero no pueden decidir por sí mismos si se aumenta o disminuye la tasa de transcripción.
- Mecanismos de regulación y control. Factores que interaccionan con los factores basales para aumentar o disminuir la tasa de transcripción (proteínas, activadores…).
OTRAS CARACTERÍSTICAS
- Un promotor para cada gen (normalmente) mientras que en procariotas hay un promotor que controla varios genes (operón).
- Mayor número de regiones promotoras y más elementos de control.
- La información génica está en una sola de las hebras de DNA y los genes están dispersos.
- La actividad de la RNApol II está regulada por fosforilación de su dominio carboxi-terminal (CTD)
- Existen factores (proteínas) reguladoras de la elongación
- Se desconocen los mecanismos de terminación
- La maquinaria de la transcripción debe tener en cuenta la compleja estructura de la cromatina eucariota.
- El RNA sintetizado debe sufrir un complejo proceso de maduración (mRNA) que permita transportar la información al citoplasma.
