Síntesis de ARN Objetivos: Explicar el proceso de síntesis de ARN. Diferenciar entre el proceso de síntesis del ARN, de células bacterianas y eucariotas. Comparar los procesamientos de los ARNm, ARNt y ARNr entre las células procariotas y eucariotas. Interpretar los mecanismos de regulación del proceso de transcripción en eucariótas

Unidad estructural

Síntesis de la molécula de ARN

Tres tipos de ARNs implicados en la síntesis de proteínas ARNt ARNm ARNr

Dogma central de la biología molecular El ADN dirige la síntesis de ARN, que luego conducirá la de proteínas

Transcripción Consiste en la síntesis de ARN tomando como molde ADN.

Características y elementos de la Transcripción Características de la transcripción: Complementariedad Dirección Asimetría de la transcripción

ARNpolimerasa y transcripción

Transcripción Secuencia de origen “PROMOTOR”

Transcripción mediante la ARNpol de E coli

Terminación de la transcripción

Esquema general de transcripción en PROCARIOTAS ADN

Conceptos de regulación Control positivo: Se dice que un sistema está bajo control positivo cuando el producto del gen regulador activa la expresión de los genes, actúa como un activador. Control negativo: Se dice que un sistema está bajo control negativo cuando el producto del gen regulador reprime o impide la expresión de los genes, actúa como un represor. Sistemas enzimáticos constitutivos: Enzimas codificados por genes constitutivos, es decir que se expresan continuamente; necesarias para el metabolismo básico celular. Sistemas enzimáticos adaptativos: Se denominan así porque se expresan cuando la célula se adapta a una determinada situación ambiental. Sistemas inducibles: Cuando el sustrato sobre el que va actuar la enzima provoca la síntesis de la enzima. Al efecto del sustrato se le denomina inducción positiva. Sistemas represibles: cuando el producto final de la reacción que cataliza el enzima impide la síntesis de la misma. Este fenómeno recibe el nombre de inducción negativa. Al compuesto que impide la síntesis del enzima se le denomina correpresor.

REGULACIÓN DE LA TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS: Regulación negativa: Operón lactosa (Lac). Regulación positiva: Operón lac por la C6H12O6 .

Francois Jacob Jacques Monod (1961) (1965) Premio Nobel

OPERÓN: Grupo de genes adyacentes transcritos como un único ARN. Genes policistrónicos o poligénicos

Operón Lac: Es un sistema inducible que está bajo control negativo, de manera que la proteína reguladora, producto del gen regulador i, es un represor que impide la expresión de los genes estructurales en ausencia del inductor. Elementos de control cis y trans

Operón Lac: Es un sistema INDUCIBLE Sistemas inducibles: cuando el sustrato sobre el que va actuar la enzima provoca la síntesis del enzima. Al efecto del sustrato se le denomina inducción positiva Los sistemas inducibles se corresponden a procesos catabólicos de degradación, por ejemplo, el operón lactosa, el operón arabinosa, el operón maltosa. Se trata de sistemas enzimáticos encargados de degradar la lactosa, arabinosa, maltosa, etc. Sistemas inducibles: cuando el sustrato sobre el que va actuar la enzima provoca la síntesis de la enzima. (inducción positiva)

Control positivo de la transcripción

Elementos de control en Cis Elementos que intervienen en la regulación de la expresión génica en bacterias. Elementos del Operón. Elementos de control en Cis Promotor Operador Moléculas difusibles Proteínas reguladoras Inductores Genes Estructurales Codifican para polipéptidos Gen regulador Codifica para proteína reguladora

Transcripción en Eucariotas

ARNpolimerasa en Eucariota y Factores de Transcripción. ARNpol II: Sintetiza precursores de ARNm ARNpol I: Sintetiza precursores de ARNr que se procesa en: 28S, 18S y 5.8S ARNpol III: Sintetiza ARNt, ARNr 5S y una colección completa de ARNns estables.

ARNpol II y síntesis de ARNm

Complejo de transcripción de la ARNpol II FT + ARNpol II ARNm Complejo de transcripción de la ARNpol II

TFIID (D): Con una proteína de unión a TATA (TBP) TFIIB (B) TFIIF (F) TFIIE (E) TFIIH (H)

25 a 30n antes del sitio de inicio de transcripción Secuencia promotora: Caja TATA (TATA box): 25 a 30n antes del sitio de inicio de transcripción

Complejo de transcripción B Complejo de transcripción de la ARNpol II ARNpol y F E y H

Transcripción por las ARNpol I Las tres Polimerasas reconocen distintos tipos de Promotores. F T común de unión al promotor “TBP” ARNr 18S ARNpol I: Pre ARNr 45S ARNr 28 S ARNr 5.8 S

Gen de ARNr

Secuencia promotora reconocida por 2 FT: UBF y SL1 Mutantes TBP

Transcripción de los genes por la pol III

ARNt ARNpol III ARNr 5S Algunos ARNns implicados en el corte y empalme y transporte de proteínas

Transcripción de los genes por la Pol III

Procesamiento y maduración de los ARNs

Procesamiento del ARNr Pre-ARNr 45S

Procesamiento ARNr Intervención ARNsno U3, U8 y U22 con proteínas = RNPsno. U3, U22 U8 Eucariotas ARNt producto de un transcrito De pre-ARNr Procariotas

Procesamiento del ARNt Adición de una secuencia terminal CCA Compuesta por ARN Sidney Altman 1983 ARN de ARNasaP tiene actividad catalítica ARNasa P: RIBOZIMA

Procesamiento ARNm en Eucariotas ARNm sintetizado en el núcleo es ampliamente modificado entes de salir al citoplasma. P. A. Sharp R. J. Roberts (1977) Premio Nobel en 1993

1977 Las secuencias codificantes de la mayoría de los genes eucarióticos están interrumpidas por secuencias no codificantes “INTRONES” que son escindidas en el procesamiento del ARNm

Corte y empalme in vitro Splicing Corte y empalme in vitro

Maduración del ARNm

1er paso: modificación del extremo 5´ Adición de la caperuza 7 metilguanosina.

2do paso: formación del extremo 3´: poliadenilación ARN-hn. ARNm AAA(200) residuos A Poli A-polimerasa

¿Cómo ocurre el procesamiento del ARNm?

Corte y empalme de ARNm 2 pasos

COMPLEJOS DENOMINADOS ESPLICEOSOMAS Compuestos de proteínas y ARNns

Ensamblaje del espliceosoma Formación del intermediario con estructura de lazo Esción del intrón y empalmado de los exones

Unión del ARNsn U1 al sitio de corte 5´ ARNn U1

Autoprocesamiento 1981 T. Cech Premio Nobel 1989 INTRÓN: Ribozima

Regulación de la transcripción en eucariotas

Expresión de los genes es controlada a nivel de la inición y elongación. Control está ejercido por proteínas que se unen a secuencias específicas modulando actividad de la ARNpol. Transcripción limitada por el empaquetamiento del ADN en cromatina

Secuencias de regulación en Cis 1. Los Promotores: CCAAT GGCGG TATA Inr 2. Estimuladores y Enhancers: Secuencias a aproximadamente 200 pb y a 10Kb respectivamente del inicio de transcripción.

Formación de bucles en el ADN

Proteínas de regulación transcripcional Activadores

Acción de represores eucarióticos

Relación entre cromatina y la transcripción Acetilación y Desacetilación Fosforilación Metilación HMGN Factores remodeladores del nucleosoma Factores de elongación (reclutan histonas acetiltransferasas).|

Relación entre cromatina y la transcripción