TRANSCRIPCIÓN DEL ADN EN ARN Dra. Carmen Aída Martínez

Transcripción Proceso a través del cuál se sintetizan las diferentes clases de ARNs, usando como plantilla segmentos específicos de ADN que contienen la información necesaria para producir ARNm, ARNt, ARNr ADN ARN polimerasa ARN

Tipos de ARN ARN r : constituye a los ribosomas ARN m : contiene el mensaje genético, la estructura primaria de la proteínas ARN t : transfiere los aminoácidos en la cadena de síntesis proteica Todos los ARNs están contenidos en moléculas mas grandes llamadas pre ARN Además existen otros tipos de ARNs con actividad catalítica, que son ARNsn, ARNsc, ARNsno.

TRANSRIPCIÓN Los ARNs producidos, dirigen el proceso a través del cuál se sintetizan las proteínas necesarias para el metabolismo celular Proteínas ribosomales Ribosomas TRADUCCIÓN Polipéptidos ENSAMBLADO Proteínas

TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS

Requerimientos Enzima ARN polimerasa 1 2 Ribonucleótidos trifosfatos (ATP, GTP, CTP y UTP 2

ARN polimerasa Solamente un tipo de ARN polimerasa transcribe los 3 tipos de ARNs en procariotas Cataliza la polimerización de ribonucleótidos a partir de un molde ADN únicamente en dirección 5´ → 3´. Consiste de: Factor s (sigma): reconoce el sitio de inicio de transcripción Núcleo de la enzima: es la parte catalítica (constituida por 4 cadenas diferentes 2 α, β, β´)

Gen procariota REGIÓN REGULADORA REGIÓN CODFICADORA Promotor -35 -10 Terminador ADN..... Sitio de entrada TATAATG TTTTTTTT Transcripción ARN mensajero AUG UAA AUG UAA Terminación Inicio Terminación Inicio Proteína A Proteína B policistrónico

Proceso de transcripción Unidad de transcripción Unión de la ARN polimerasa y desenrollamiento del ADN ADN desenrollado Factor s reconoce sitio promotor Inicio de la síntesis del ARN Hebra codificante Hebra molde Elongación del ARN

Proceso de transcripción Elongación del ARN Elongación del ARN Señal de terminación Liberación de la ARN polimerasa Terminación de síntesis del ARN Transcrito de ARN

Inicio de la transcripción La subunidad s sirve para unirse específicamente al sitio de inicio de la transcripción, denominado sitio promotor El sitio promotor en procariotas se encuentra ubicado a -10 o -35 hacia la izquierda a partir del nucleótido +1 que es el primero de la secuencia génica.

Promotor Procariota Hebra codificante Hebra molde

Inicio de la transcripción El complejo promotor cerrado: ARN polimerasa unida al sitio promotor, ADN todavía sin abrirse La polimerasa desenrolla unas 15 bases en el sitio promotor, para que una sola de las dos hebras sirva de molde Conforme avanza la polimerasa desenrolla el ADN por delante y enrolla nuevamente los segmentos que van quedando por atrás.

Elongación Cadena sin sentido o molde de ADN es la que se transcribe

Terminación de la transcripción Señal de terminación (secuencia palindrómica G-C, seguida de 4 adeninas): se forma un bucle que altera la unión del ARN con el ADN Sin señal de terminación: utilizan Factor rho (proteína)

Terminación de la transcripción Rho independiente Rho dependiente

Resumen transcripción en procariotas Inicio: Reconocimiento del promotor por el factor s Unión de la ARN polimerasa y desenrollamiento del ADN (burbuja de transcripción) La cadena molde de ADN (3´5´) dirige la síntesis del ARN (5´ 3´) Elongación: Adición de ribonucleótidos trifosfatos por enlaces fosfodiéster al nuevo ARN El ARN corta su unión al ADN y se va liberando La polimerasa continúa abriendo la cadena de ADN en el extremo 3´y la va cerrando en el extremo 5´ Terminación: Se desprende el ARN al alcanzar la secuencia de terminación Se libera la ARN polimerasa

Síntesis extensa de ARN Subunidad s Forma inicial del complejo ARN polimerasa ADN Complejo promotor cerrado Subnunidad s reconoce secuencia promotor Complejo promotor abierto Unión de factores de elongación Liberación de la Subnunidad s Polimerasa elongando ARN ARN naciente Síntesis extensa de ARN

Transcripción en eucariotas

ARN polimerasa eucariotas Localización Productos principales I Nucleolo ARN ribosomal 45S (precursor de ARNr 28S, 18S y 5.8S) II Nucleoplasma preARN mensajeros y la mayoría de ARN sn III preARN de transferencia, ARN ribosomal 5S y otros ARN pequeños Mitocondrial Matriz mitocondrial ARN mitocondrial Cloroplastos Cloroplasto ARN de cloroplasto

Ribosomas Ribosoma Procariota Ribosoma Eucariota Subunidad menor Subunidad mayor Subunidad menor Subunidad mayor Ribosoma Procariota Ribosoma Eucariota

Transcripción del ARN ribosomal El ARNr se trascribe de una región del ADN que se conoce como Región Organizadora del Nucleolo por la ARN polimerasa I Se produce un ARNr 45 S que debe ser procesado para originar los ARN r maduros

Ubicación del promotor de la ARN polimerasa I ARN polimerasa I se encuentra en el nucleolo reconocido por los factores de transcripción UBF y SL1

Transcripción del ARN ribosomal Unidad de transcripción Espaciador no transcrito Unidades de transcripción en tándem Espaciador transcrito 1 Unidad de transcripción Transcripción por la ARN polimerasa I Pre ARN ribosomal 45S Procesamiento del ARN r Degradación de los espaciadores transcritos ARN ribosomales maduros

Transcripción del ARN de transferencia Sintetizado por la ARN polimerasa III Es la clave para descifrar las palabras del código del ARNm Necesario para la síntesis de proteínas durante la traducción Sus promotores se encuentran dentro de la secuencia transcrita

Ubicación de los promotores de la ARN polimerasa III Promotores de genes de ARNt Promotores de genes de ARNr 5S Reconocidos por: TFIIIA, TFIIIC y TFIIIB

Transcripción del ARN transferencia Unión del aminoácido Remoción de secuencia 5´ Adición de secuencia CCA Procesamiento Modif. química de bases Escición de intrón Anticodón Transcrito primario de ARNt (tirosina) de levaduras Estructura secundaria del ARNt maduro

Maduración o procesamiento ARNt Corte de un intrón en el extremo 5‘, por una ribozima ARNasa p Corte en el extremo 3‘ por una ARNasa convencional y agrega la terminación CCA. Modificación química de sus bases por bases no convencionales: Inosina Metilguanosina Dihidrouridina Ribotimidina Ppseudouridina

Transcripción de ARN mensajero Proceso altamente regulado En eucariotas tiene un proceso de maduración previo a ser utilizado para la traducción Preparación para la exportación Remoción de intrones Modificaciones adicionales

Inicio de la transcripción del ARN mensajero en eucariotas Proceso complejo Se requiere una variedad de factores de transcripción (proteínas) generales y específicos La combinación específica de factores de transcripción determina la cantidad en la que un gen se transcribe

Gen eucariota típico de ARN mensajero (transcrito por la la ARN polimerasa II) Núcleo promotor Elementos de control proximales Inicio transcripción

Ubicación del promotor de la ARN polimerasa II BRE - Elemento de unión de la TBP (tata binding protein) DPE – Elemento promotor corriente abajo (downstream) Inr - Iniciación de la transcripción

ARN polimerasas II Factores de transcripción Son enzimas complejas que se componen de 8 a 14 subunidades. Requieren de varios factores de trascripción (proteínas) que no son parte de la polimerasa y se unen a las secuencias promotoras del ADN Factor de transcripción TFIID

Factores de transcripción generales de ARN polimerasa II Núcleo promotor Fatores generales de transcripción son universales Punto de inicio Se adicionan secuencialmente Cada uno tiene una función específica Adicionalmente, otros factores específicos actúan como acentuadores de la transcripción

Helicasa fosforilasa Complejo ARN polimerasa II ensamblado Inicia la transcripción

Factores de transcripción específicos de la ARN polimerasa II Activadores Proteínas activadoras se unen a elementos de control en la secuencia enhancer Activadores Coactivadores ADN se dobla para acercar a los activadores al núcleo promotor Coactivadores unen a: (enhancer + activadores) al TFIID y lo posicionan en el promotor Se unen los otros factores de transcripción generales y la ARN polimerasa II. La transcripción inicia Transcripción

Modelo combinatorio para transcripción del gen de albúmina hepatocito neurona Tasa de Transcripción de albúmina elevada Tasa de Transcripción de albúmina baja

Transcripción en eucariotas Factor de elongación Sitio de inicio de ARN ARN poli II Adición de cola poliA Transcripción en eucariotas Transrito naciente Adición de casquete Elongación de cadena CASQUETE 5´ Continúa elongación, transcritos sin casquete son degradados corte Terminación Transcrito primario (pre ARNm)

Maduración de ARN mensajero El ARNm sintetizado en el núcleo (pre ARNm ó ARNhn) debe sufrir cambios antes de ser trasladado al citoplasma

Maduración de ARN mensajero Adición de casquete 5´ Adición de cola poliA Remoción de intrones y empalme de exones

Adición de casquete 5´ En el extremo 5‘ se agrega una estructura llamada casquete 7-metilguanosina que permite: Transportar al ARNm fuera del núcleo Iniciar la traducción

Casquete 7-metilguanosina en el extremo 5´

Poliadenilación (cola poliA) Se adiciona una cola poli A (Aproximadamente 200 residuos de adenosina) al extremo 3‘ Estabilizan al ARNm en el citosol Protegen al ARNm contra el desdoblamiento en el citosol

Adición cola poliA

El pre ARN mensajero Contiene secuencias de nucleótidos que no codifican información, llamados Intrones Las secuencias que codifican para un aminoácido, se denominan Exones

Transcrito primario (pre ARNm) Corte de intrones y empalme de exones

Ejemplos de Genes con Intrones Organismo No. Intrones No. Exones Actina Drosophila 1 2 b-globina Humano 3 Insulina Pollo 4 Albúmina 14 15 Tiroglobulina 36 37 Colágeno 50 51 Titina 233 234

Luego los Exones se unen por un proceso de empalmado (splicing) Los lntrones son cortados por las ribonucleoproteinas que contienen ARNsn U1, U2, U4/U6, U5 (Ribozima) Luego los Exones se unen por un proceso de empalmado (splicing) Espliceosoma: conjunto de ARNsn (ribozimas)

Remoción de intrones

Los exones pueden definir dominios diferentes de una proteína

Espliceosoma Espliceosoma Fibra de cromatina

3’ 5’ T A G C A T T A C C 1. Reconocimiento de secuencia de concenso de inicio TATA, región promotora

3’ 5’ T A G C A T T A C C TBP + TFIID 2. Unión de la Proteína de enlace a secuencia TATA (TBP) a la secuencia TATA, luego se unen los factores de transcripción de polimerasa II (TFIID). En procariotas, es el factor sigma.

3’ 5’ T A G C A T T A C C TBP + TFIID A U G 5’ 3’ 3. Unión de la polimerasa ARN II a los factores de transcripción El factor H (TFIIH) fosforila a la polimerasa para poder iniciar la transcripción

3’ 5’ T A G C A T T A C C TBP + TFIID G U A U A U 5’ 1. Reconocimiento de secuencia de concenso de inicio TATA, región promotora 3’ 4. La polimerasa se desplaza en dirección 3’ → 5’ sobre la hebra de ADN y coloca los ribonucleótidos en dirección 5’ → 3’ que son complementarios con los desoxirribonucleótidos. 2. Unión de la Proteina de enlace a secuencia TATA (PET) a la secuencia TATA, luego se unen los factores de transcripción de polimerasa II (TFIID). En procariotas, es el factor sigma.

3’ 5’ T A G C A T T A C C TBP + TFIID G U A U A U C U G 5’ 1. Reconocimiento de secuencia de concenso de inicio TATA, región promotora 3’ 4. La polimerasa se desplaza en dirección 3’ → 5’ sobre la hebra de ADN y coloca los ribonucleótidos en dirección 5’ → 3’ que son complementarios con los desoxirribonucleótidos. 3. Unión de la polimerasa de ARN II a los factores de replicación El factor H (TFIIH) fosforila a la polimerasa para poder iniciar la transcripción 2. Unión de la Proteina de enlace a secuencia TATA (PET) a la secuencia TATA, luego se unen los factores de transcripción de polimerasa II (TFIID). En procariotas, es el factor sigma.

3’ 5’ T A G C A T T A C C TBP + TFIID G U A U A U C U G U C U 5’ 3’ 4. La polimerasa se desplaza en dirección 3’ → 5’ sobre la hebra de ADN y coloca los ribonucleótidos en dirección 5’ → 3’ que son complementarios con los desoxirribonucleótidos.

3’ 5’ T A G C A T T A C C U G C A 5’ 3’

3’ 5’ T A G C A T T A C C U G C A 5’ 5. Al llegar a una secuencia de terminación, la polimerasa se separa del ADN y la hebra de ARN se separa de la de ADN, entonces el ADN vuelve otra vez a formar una doble hélice. En las procariotas, se nececita el factor rho, para liberar a la polimerasa. 3’

Referencias www.wooster.edu/biology/dfraga/BIO_305/secure/Section%202/BIO305-