2. La dirección en la que las ARN polimerasas sintetizan ARN es siempre 5'P 3'OH. 2. Elementos que participan en la transcripción.

Transcripción

1 Clase 9. Del DNA a las proteínas. Transcripción. 1. Características de la transcripción: COMPLEMENTARIDAD, DIRECCIÓN Y ASIMETRÍA 2. Elementos que participan en la transcripción. 3. La molécula de DNA es preparada para su transcipción 4. La ARN polimerasa II (Pol II) 5. Elongación 6. Procesamiento del RNAm: A. Adición de una caperuza B. Eliminación de una parte del extremo 3 '. C. Adición por el extremo 3'OH de una cola de Poli-A. D.Eliminación de segmentos interiores del ARN-m 7. Degradación del RNA Las propiedades de las proteínas están determinadas por la secuencia de sus aminoácidos: cada tipo de proteína tiene su propia y única secuencia de aminoácidos, y esta secuencia es la que determina el modo en el que se plegará la cadena formando una molécula con una forma y unas propiedades químicas características. Las instrucciones genéticas contenidas en el DNA especifican la secuencia de aminoácidos de las proteínas. Cuando la célula necesita una determinada proteína la secuencia de nucleótidos de la región apropiada de la inmensamente grande molécula de DNA es copiada en otro tipo de ácido nucleico, el RNA y este RNA es utilizado como molde para dirigir la síntesis de la proteína DOGMA CENTRAL DE LA BIOLOGÍA MOLECULAR 1. Características de la transcripción: COMPLEMENTARIDAD, DIRECCIÓN Y ASIMETRÍA 1. Complementaridad: La ARN polimerasa o enzima encargada de llevar a cabo la transcripción toma como molde el ADN para sintetizar ARN y sigue las reglas de complementaridad DNA RNA A U G C 2. La dirección en la que las ARN polimerasas sintetizan ARN es siempre 5'P 3'OH. 3. Asimetría de la transcripción: Solamente se transcribe para cada gen una de las dos hélices de DNA. Hélice codificadora ohélice con sentido (la hélice que se toma como molde para producir el DNA). Hélice estabilizadorao hélice sin sentido (la que no se transcribe). Cada gen solamente se transcribe a partir de una hebra de DNA (la codificadora), de forma que genes distintos del mismo cromosoma pueden utilizar como codificadora una hélice diferente a la de otros genes. 2. Elementos que participan en la transcripción. A. Unidad de transcripción B. RNA polimerasa. C. Promotor. D. Factores de transcripción E. Secuencias terminadoras A. Unidad de transcripción La unidad de transcripción es el área del DNA dónde se localiza el gen, o los genes, que se van a transcribir 1

2 B. RNA polimerasa Hay diferentes polimerasas encargadas de sintetizar distintos tipos de ARN. La ARN polimerasa Isintetiza los precursores del ARN ribosómico (ARN-r). La ARN polimerasa IIproduce ARN heterogéneo nuclear (ARN-hn) que tras el procesamiento da lugar a los ARN mensajeros (ARN-m) que se traducen a proteínas. La ARN polimerasa IIItranscribe los precursores de los ARN transferentes (ARN-t), los ARN nucleares y citoplásmicos de pequeño tamaño y los genes para el ARN 5S que forma parte de la subunidad grande de los ribosomas. C. PROMOTOR Secuencias de DNA específicas y necesarias para que la RNA polimerasa reconozca el lugar de comienzo de la transcripción. Se encuentran antes del DNA que se va a traducir (Unidad de transcripción) Promotor Unidad de transcripción Generalmente en los promotores se repiten determinadas secuencias de nucleótidos. Las más frecuentes son: Resumen de las secuencias consensopromotoras en eucariontes 5'... GGGCGG... GGCCAATCT... TATAAAA...Pir-Pir-C-A-Pir-Pir-Pir-Pir-Pir... 3' 5' ª Base a transcribir Aguas arriba Promotory el TATA. La actividad de los promotores puede modificarse por la presencia de otras secuencias estimuladoras o "enhancers"que aumentan la tasa de transcripción o por secuencias atenuadorasque disminuyen la tasa de trasncripción. Estas secuencias estimuladoras y/o atenuadoras suelen estar cerca de las promotoras pero no a una distancia fija de estas y pueden ejercer su función sobre varios promotores diferentes. D. Factores de Transcripción Para que la polimerasa se una al promotor y comience a separar las dos hélices por la región -10 (rica en pares AT) es necesario la participación de diferente factores de transcripción (proteínas) que se van uniendo secuencialmente. Existen dos tipos de factores de transcripción. Factores generales de transcripciónestán involucrados en la transcripción de todos los promotores de la polimerasa II y por lo tanto forman parte de la maquinaria de transcripción de base. Los factores de transcripción adicionales se unen a secuencias de ADN que controlan la expresión de genes individuales y por tanto son responsables de regular la expresión génica. Los promotores que tienen secuencias que solamente son reconocidas por factores generales y factores que actúan aguas arriba, corresponden a genes que se expresan de manera constitutiva (se expresan siempre) en todos los tejidos. Se trata de los genes encargados del metabolismo básico de la célula involucrados en el buen funcionamiento celular. A estos genes se les ha denominado "Housekeepinggenes", es decir, genes que guardan o mantienen la casa. Aparato de la transcripción 2

3 Es necesaria la separación de las hebraspara que la ARN polimerasa pueda transcribir el ARN. La RNA polimerasase mueve a lo largo del ADN. Además de una caja TATA, los promotores de muchos genes transcritos por la RNA polimerasa II contiene un segundo elemento importante secuencia (un iniciador, o INR, secuencia) que abarca el inicio de la transcripción. Por otra parte, algunos promotores de RNA polimerasa II contiene sólo un elemento de INR, sin caja TATA. Iniciación a estos promotores todavía requiere TFIID (y PDD), E. Secuencias terminadoras Existen de unas secuencias terminadoras en las que la separación de la ARN polimerasa del ADN y terminación de la transcripción. 3. La molécula de DNA es preparada para su transcripción 1 La transcripción se inicia con una cadena de ADN. Este modelo simplificado de ADN ha sido color-codificado para mostrar las regiones con un importante papel en la transcripción. 2 3 Aguas arriba desde la unidad de transcripción 4 La región más grande es la unidad de Enhancer. esta la TATA-box, Una sección más pequeña que transcripción. ayuda posicionarse a los complejos implicados en la transcripción. 3

4 5 6 El TFIID es el mayor de los factores generales de 7 Se muestra el TFIID,un factor de transcripción El PDD (amarillo) se une al ADN, usando la caja transcripción implicados en la transcripción general, acercándose a la cadena de ADN. TATA situada cerca del sitio de iniciación de la eucariota. La parte amarilla del complejo se llama transcripción PDD 8Cuando la porción de la molécula de TBP TFIID se uneala caja TATA, su forma hace que el ADN se doble. 4. La Pol II 9 Dos pequeños factores de transcripción en general se muestran próximos a la vista: TFIIA(naranja) y TFIIB(rojo). La ARN polimerasa II (Pol II)es la responsable, dentro de un complejo, de la lectura del ADN molde para crear una copia de ARNm complementario. Para iniciar este proceso, varios factores generales de transcripción deben unirse primero y activar el complejo de la Pol II. 10 El TFIIA se une a la caja TATA, cerca del TFIID. 11 El TFIIB se aproxima a la caja TATA. El complejo Pol II está siendo ensamblado a distancia. 12 TFIIB se une a la caja TATA y al TFIID. Se cree que esto es necesario para que el complejo Pol II pueda unirse correctamente. 4

5 13 14 Ayudados por los factores generales de 15 Se unen factores de transcripción adicionales. transcripción, ya unidos al DNA, la Pol II se une Aquí, el TFIIE ya se ha unido (verde oliva) y el Ya se ha formado el complejo Pol II y está también a la cadena en el lugar de inicio de la TFIIH(rojo) se está preparando para hacer lo llegando al punto de inicio de la transcripción. transcripción. mismo. 16 Una vez que todos los factores de transcripción se han unido necesitan de energía procedente de ATP (azul / rosa), para activar el complejo Pol II. 5. Elongación Elongaciónes la etapa de transcripción en la que el complejo Pol II crea una cadena complementaria de ARNm. Una vez que la unidad de transcripción entera ha sido "copiado", el II Pol debe liberar a la hebra de ARNm. Los factores generales de transcripción implicados en el proceso también se liberan durante o al final de esta etapa de la transcripción. 17 Con gasto de ATP se forma un "ojo" (se abre el ADN) que da acceso a la plantilla de ADN, y la síntesis de ARNm puede comenzar El ARNmllega al final de la unidad de transcripción. Una vez que comienza el alargamiento del ARNm, TFIIE (verde oliva) y TFIIH (rojo) son liberados. También se liberaron en este momento el TFIIA y el TFIIB (no mostrado). 5

6 21 Señales de parada de elongación El complejo de Pol II se libera del ADN, (secuencia determinada de junto con los fosfatos (formarán ATP) nucleótidos), cierra los ojos del ADN " Al disociarse el complejo Pol II del DNA, se libera la cadena de ARNm. En este momento, el TFIID también se separa de ADN, permitiendo quelas cadenas se vuelvan a unir y a enrollar. 24 La transcripción se ha completado:se ha producido 6. Procesamiento del RNAm una copia de ARNmque, tras madurar, estará listo para abandonar el núcleo y para la traducción Este procesamiento consta de varios pasos y tiene como principal consecuencia la disminución del tamaño del ARN-m recién transcrito por pérdida de varios segmentos del interior. Los principales pasos del procesamiento del ARN-m son los siguientes: Adición de la caperuza El primer paso en procesamiento de ARNmes la adición de un CAP (7-metilguanosina). La metilación se produce durante la transcripción. 1.Adición de una caperuza 2.Eliminación de una parte del extremo 3.Adición por el extremo 3'OH de una cola de Poli-A 4.Eliminación de segmentos interiores (intrones)del ARN-m 1. Adición de una caperuza o protección por el extremo 5'P del ARN-m que entre otras cosas lo protege de su degradación por dicho extremo. Esta caperuza ("capping" o abreviadamente tapón o "cap") consiste en la adición de un residuo de 7- metilguanosinamediante el establecimiento de un enlace trifosfato. Otra posible función de la caperuza del extremo 5'P es la suministrar una estructura que sea reconocible por el ribosoma para iniciar la traducción Aunque todavía se está produciendo la transcripción, una caperuza metiladase añade al extremo 5 'de la cadena en crecimiento La transcripción continúa durante y después de que la CAP ha sido añadida. 6

7 2.2.3 Cuando se termina la transcripción, el pre- ARNmse libera del complejo de la ARN polimerasa Existen dos sitios señalizados para la unión de proteínas necesarias para la ruptura y para la poliadenilación. 2. El segundo paso importante en el procesamiento de pre-arnmes la eliminación de una parte del extremo 3 ' Después de la transcripción se ha completado, se unen los dos primeros factores Estos factores interactúan unos con otros para que los sitios señal se aproximen entre sí, formando un bucle en el pre-arnm Luego se unen dos factores adicionales de segmentación y ayudan a estabilizar el complejo La poli (A) polimerasa (PAP) se une, interactúa con el complejo y rompe la cadena de pre- ARNmen el sitio poli (A) Una vez que se ha producido escisión, se liberan la mayoría de los factores de división. 7

8 4. Poliadenilación Después de la escisión, PAP lentamente comienza a crear la cola poli (A) Después de la cola ha llegado a una longitud corta, más proteínas se unen al ARNmy aumentar la velocidad a la que la cola crece. El paso final en el procesamiento de pre-arnmes la adición de una cola poli (A) en el extremo Cuando la cola ha alcanzado su longitud, PAP es una señal a dejar de añadir una residuos, y la cola se ha completado El resultado del procesamiento del ARNmes una cadena de ARNm, con gorra y poli (A) de la cola, listo para el empalme. Al ARNmrecién sintetizado se le conoce como un transcrito primario. Los transcritos primarios contienen exones y intrones 5. La eliminación de los intrones El espliceosomamedia la maduración del ARNm. El intrón es primero escindido en su extremo 5 '. La eliminación de los intronesse lleva a cabo mediante un mecanismo de corteen las regiones de paso de exón a intróny de intróna exón para eliminar los intronesy de uniónposterior de los exones sucesivos. Este mecanismo de corte y unión ha recibido el nombre de "splicing" en inglés. Cuando se analizan las secuencias de las regiones de paso de intróna exón y de exón a intrónse encuentra unas secuencias bastante conservadas, en casi todos los casos aparece la secuencia GU en el punto de corte 5' del intróny AG en el punto de corte 3'. Estas secuencias son reconocidas por moléculas de ARN nucleares pequeñas (ARNnp) que interaccionan con proteínas formando partículas ribonucleoproteicaspequeñas que constituyen lo que se ha denominado el "espliceosoma". 8

9 La escisión se produce entonces en el extremo 3 'del intrón. Tras la eliminación de los intrones, los dos exones se combinan para formar una cadena de ARNmmaduro. El ARNmestá listo para someterse a la traducción. Transcrito primario Cuando ARNmestá listo para el ensamblaje, se conoce como transcrito primario Ejemplo del mecanismo de corte-unión Aquí vemos el intrón. Los intronescontienen secuencias que guían el proceso de empalme. Estos incluyen la secuencia 5 'GU... Un trozo ubicado cerca de una región rica en pirimidina... Este transcrito primario contiene dos exones y un intrón. Aquí vemos el exón y en el extremo 3 una secuencia AG. El exón 2 se encuentra en el extremo opuesto del intrón. El empalme o ensamblado es controlado por un gran complejo proteico conocido como el espliceosoma. 9

10 El espliceosomase construye en varias etapas. En primer lugar, una de las proteínas del complejo se une cerca de la secuencia GU. El complejo de proteínas acerca el extremo 5 GU del intróna la región rica en pirimidina doblando el extremo 5' del intrónsobre sí mismo. Aquí vemos el espliceosomatotalmente montado. Varios más proteínas se han unido para hacer que el complejo maduro. Ensamblaje Ahora puede comenzar el ensamblaje. En primer lugar, el extremo 5 'del intrónse escinde. Una vez completamente montado, el splicesomesufre un cambio conformacional El extremo GU 5 'del intrónse mueve hacia el sitio A creándose una estructura en lazo. A continuación, el extremo 3 'del intrónse escinde. Ahora los intronesse ligan por sus extremos. 10

11 Entonces el espliceosoma se disocia. La hebra de ARNmmadura está lista para su traducción 7. Degradación de RNA La degradación de los RNAses otra manera de controlar la expresión genética. Esta degradación se inicia con el acortamiento de la cola poli A, le sigue la desaparición de la caperuza del extremo 5 y se termina por la degradación del resto de la cadena desde los extremos. 11