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2.1: Descripción general de la transcripción: biología

2.1: Descripción general de la transcripción: biología


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Objetivos de aprendizaje

  • Identificar los pasos clave de la transcripción, la función del promotor y la función de la ARN polimerasa.
  • Distinga entre cadenas de ADN codificantes (similares al ARN) y no codificantes (plantilla). Comprenda que dentro de una sola pieza de ADN, cualquiera de las cadenas se puede utilizar como plantilla para diferentes genes, pero el ARN se seguirá produciendo a partir de 5 '→ 3'.
  • Ser capaz de dibujar un diagrama de líneas simple que muestre un segmento de ADN de un gen y su transcripción de ARN, indicando qué hebra de ADN es la plantilla, la dirección de la transcripción y las polaridades de todas las hebras de ADN y ARN.
  • Dé ejemplos de moléculas de ARN no codificantes.

¿Qué es la transcripción?

Considere que todas las células de un organismo multicelular han surgido por división de un solo óvulo fertilizado y, por lo tanto, todas tienen el mismo ADN. La división de ese óvulo fertilizado original produce, en el caso de los humanos, más de un billón de células, cuando se produce un bebé a partir de ese óvulo (¡eso es mucha replicación del ADN!). Sin embargo, también sabemos que un bebé no es una bola gigante de un billón de células idénticas, sino que tiene muchos tipos diferentes de células que forman tejidos como la piel, los músculos, los huesos y los nervios. ¿Cómo se volvieron tan diferentes las células que tienen ADN idéntico?

La respuesta está en la expresión génica, que es el proceso mediante el cual se utiliza la información del ADN. Aunque todas las células de un bebé tienen el mismo ADN, cada tipo de célula diferente usa un subconjunto diferente de genes en ese ADN para dirigir la síntesis de un conjunto distintivo de ARN y proteínas. El primer paso en la expresión génica es la transcripción, el proceso de copiar información de secuencias de ADN en secuencias de ARN. Este proceso también se conoce como síntesis de ARN dependiente de ADN. Cuando se transcribe una secuencia de ADN, solo una de las dos cadenas de ADN se copia en ARN, cuando este ARN codifica una proteína se conoce como ARN mensajero (ARNm).

Características importantes de la transcripción

  • Todo el ARN, ARNm, así como ARNt, ARNr, microARN y más, se produce por transcripción.
  • Las enzimas llamadas polimerasas de ARN utilizan solo una hebra de ADN como plantilla.
  • El ARN se sintetiza de 5 'a 3'.
  • Las ARN polimerasas no necesitan cebadores para comenzar la transcripción.
  • Los cuatro ribonucleótidos trifosfatos (rNTP) son ATP, GTP, UTP y CTP.
  • Las ARN polimerasas comienzan la transcripción en secuencias de ADN llamadas promotores.
  • Las ARN polimerasas finalizan la transcripción en secuencias llamadas terminadores.

En la transcripción, una ARN polimerasa utiliza solo una hebra de ADN, denominada hebra plantilla, de un gen para catalizar la síntesis de una hebra de ARN complementaria y antiparalela. Las ARN polimerasas usan precursores de ribosa nucleótido trifosfato (NTP), en contraste con las ADN polimerasas, que usan precursores de desoxirribosa nucleótido (dNTP) (comparado en la página 1.1: La estructura del ADN). Además, los ARN incorporan nucleótidos de uracilo (U) en cadenas de ARN en lugar de los nucleótidos de timina (T) que se usan en el ADN. Las ARN polimerasas se diferencian de las ADN polimerasas en que no requieren cebadores. Con la ayuda de factores de inicio de la transcripción, la ARN polimerasa localiza el sitio de inicio de la transcripción de un gen y comienza la síntesis de una nueva cadena de ARN desde cero al unir los dos ribonucleótidos que son complementarios a las dos primeras bases de la cadena molde.

Resumen de las etapas de la transcripción

Los pasos básicos de la transcripción son el inicio, el alargamiento y la terminación. Aquí podemos identificar varias de las secuencias de ADN que caracterizan a un gen. El promotor es el sitio de unión de la ARN polimerasa. Por lo general, se encuentra a 5 'o aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción. La unión de la ARN polimerasa coloca a la enzima cerca del sitio de inicio de la transcripción, donde comenzará a desenrollar la doble hélice y comenzará a sintetizar nuevo ARN. La región de ADN gris transcrita en cada uno de los tres paneles son las unidad de transcripción del gen. Los sitios de terminación suelen estar a 3 'o aguas abajo de la región transcrita del gen. Por convención, río arriba se refiere al ADN 5 'a un punto de referencia dado en el ADN (por ejemplo, el sitio de inicio de la transcripción de un gen). Río abajo luego, se refiere al ADN 3 'a un punto de referencia dado en el ADN.

Polimerasa de ARN

La construcción de una cadena de ARN es muy similar a la construcción de una cadena de ADN. Esto no es sorprendente, sabiendo que el ADN y el ARN son moléculas muy similares. ¿Qué enzima realiza la transcripción? La transcripción es catalizada por la enzima ARN polimerasa. "ARN polimerasa" es un término general para una enzima que produce ARN. Hay muchas ARN polimerasas diferentes.

Al igual que las ADN polimerasas, las ARN polimerasas sintetizan nuevas hebras solo en la dirección 5 'a 3', pero debido a que están produciendo ARN, usan ribonucleótidos (es decir, nucleótidos de ARN) en lugar de desoxirribonucleótidos. Los ribonucleótidos se unen exactamente de la misma manera que los desoxirribonucleótidos, es decir, el 3'OH del último nucleótido de la cadena en crecimiento se une al fosfato 5 'del nucleótido entrante.

Una diferencia importante entre las ADN polimerasas y las ARN polimerasas es que estas últimas no requieren un cebador para comenzar a producir ARN. Una vez que las ARN polimerasas están en el lugar correcto para comenzar a copiar el ADN, simplemente comienzan a producir ARN uniendo nucleótidos de ARN complementarios a la plantilla de ADN.

Esto, por supuesto, nos lleva a una pregunta obvia: cómo las ARN polimerasas "saben" dónde empezar a copiar en el ADN. A diferencia de la situación en la replicación, donde cada nucleótido del ADN parental debe eventualmente copiarse, la transcripción, como ya hemos señalado, solo copia genes seleccionados en ARN en un momento dado. una transcripción? Las señales en el ADN indican a la ARN polimerasa dónde debe comenzar (y finalizar) la transcripción. Estas señales son secuencias especiales en el ADN que son reconocidas por la ARN polimerasa o por proteínas que ayudan a la ARN polimerasa a determinar dónde debe unirse al ADN para iniciar la transcripción. Una secuencia de ADN a la que se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción se denomina promotor.

Generalmente, un promotor se sitúa corriente arriba del gen que controla. Lo que esto significa es que en la cadena de ADN en la que se encuentra el gen, la secuencia promotora está "antes" del gen. Recuerde que, por convención, las secuencias de ADN se leen de 5 'a 3'. Por tanto, el promotor se encuentra en 5 'del punto de inicio de la transcripción.

Observe también que se dice que el promotor "controla" el gen con el que está asociado. Esto se debe a que la expresión del gen depende de la unión de la ARN polimerasa a la secuencia promotora para comenzar la transcripción. Si la ARN polimerasa y sus proteínas auxiliares no se unen al promotor, el gen no se puede transcribir y, por lo tanto, no se expresará.

¿Qué tiene de especial una secuencia promotora? En un esfuerzo por responder a esta pregunta, los científicos observaron muchos genes y sus secuencias circundantes. Tiene sentido que debido a que la misma ARN polimerasa tiene que unirse a muchos promotores diferentes, los promotores deben tener algunas similitudes en sus secuencias. Efectivamente, se observó la presencia de patrones de secuencia comunes en muchos promotores. Primero echaremos un vistazo a los promotores procariotas. Cuando se examinaron los genes procariotas, comúnmente surgieron las siguientes características:

  • Un sitio de inicio de la transcripción (esta es la base del ADN a través de la cual se empareja el primer nucleótido de ARN).
  • Secuencia A -10: esta es una región de 6 pb centrada aproximadamente 10 pb aguas arriba del sitio de inicio. La secuencia de consenso en esta posición es TATAAT. En otras palabras, si cuenta hacia atrás desde el sitio de inicio de la transcripción, que por convención se llama +1, la secuencia que se encuentra en -10 en la mayoría de los promotores estudiados es TATAAT).
  • Secuencia A -35: esta es una secuencia en aproximadamente 35 pares de bases corriente arriba desde el inicio de la transcripción. La secuencia de consenso en esta posición es TTGACA.

¿Cuál es el significado de estas secuencias? Resulta que las secuencias en -10 y -35 son reconocidas y unidas por una subunidad de la ARN polimerasa procariótica antes de que pueda comenzar la transcripción.

La ARN polimerasa de E. coli, por ejemplo, tiene una subunidad llamada subunidad sigma (σ) (o factor sigma) además de la polimerasa central, que es la parte de la enzima que realmente produce ARN. Juntos, la subunidad sigma y la polimerasa central forman lo que se denomina el Holoenzima de ARN polimerasa. La subunidad sigma de la polimerasa puede reconocer y unirse a las secuencias -10 y -35 en el promotor, colocando así la ARN polimerasa en el lugar correcto para iniciar la transcripción. Una vez que comienza la transcripción, la polimerasa central y la subunidad sigma se separan, la polimerasa central continúa la síntesis de ARN y la subunidad sigma se aleja para acompañar a otra molécula de polimerasa central a un promotor. Se puede pensar en la subunidad sigma como una especie de acomodador que lleva a la polimerasa a su "asiento" en el promotor.

Como ya se mencionó, una cadena de ARN, complementaria a la plantilla de ADN, es construida por la ARN polimerasa mediante la unión del fosfato 5 'de un ribonucleótido entrante al 3'OH en el último nucleótido de la cadena de ARN en crecimiento. ¿Cómo sabe la polimerasa dónde detenerse? Una secuencia de nucleótidos llamada terminador es la señal a la ARN polimerasa para detener la transcripción y disociarse de la plantilla.

Aunque el proceso de síntesis de ARN es el mismo en eucariotas que en procariotas, hay algunas cuestiones adicionales a tener en cuenta en eucariotas. Una es que en los eucariotas, la plantilla de ADN existe como cromatina, donde el ADN está estrechamente asociado con histonas y otras proteínas. Por lo tanto, el "empaquetado" del ADN debe abrirse para permitir que la ARN polimerasa acceda al molde en la región a transcribir.

Una segunda diferencia es que los eucariotas tienen múltiples ARN polimerasas, no una como en las células bacterianas. Las diferentes polimerasas transcriben diferentes genes. Por ejemplo, la ARN polimerasa I transcribe los genes de ARN ribosómico, mientras que la ARN polimerasa III copia los genes de ARNt. La ARN polimerasa en la que nos centraremos más es la ARN polimerasa II, que transcribe genes que codifican proteínas para producir ARNm.

Las tres polimerasas de ARN eucariotas necesitan proteínas adicionales para ayudarlas a iniciar la transcripción. En los procariotas, la ARN polimerasa por sí sola puede iniciar la transcripción (recuerde que la subunidad sigma es una subunidad de la ARN polimerasa procariota). Las proteínas adicionales que necesitan las ARN polimerasas eucariotas se denominan factores de transcripción.

Finalmente, en las células eucariotas, la transcripción se separa en el espacio y el tiempo de la traducción. La transcripción ocurre en el núcleo y los ARNm producidos se procesan más antes de enviarse al citoplasma. La síntesis de proteínas (traducción) ocurre en el citoplasma. En las células procariotas, los ARNm se pueden traducir a medida que salen de la plantilla de ADN y, dado que no hay núcleo, la transcripción y la síntesis de proteínas se producen en un solo compartimento celular.

Al igual que los genes de los procariotas, los genes eucariotas también tienen promotores. Los promotores eucariotas comúnmente tienen una caja TATA, una secuencia de aproximadamente 25 pares de bases corriente arriba del inicio de la transcripción que es reconocida y unida por proteínas que ayudan a la ARN polimerasa a posicionarse correctamente para comenzar la transcripción. (Algunos promotores eucariotas carecen de cajas TATA y, en cambio, tienen otras secuencias de reconocimiento para ayudar a la ARN polimerasa a encontrar el lugar en el ADN donde se fija en el ADN donde se une e inicia la transcripción).

Hemos señalado anteriormente que las ARN polimerasas eucariotas necesitan proteínas adicionales para unirse a los promotores y comenzar la transcripción. ¿Cuáles son estas proteínas adicionales que se necesitan para iniciar la transcripción? Los factores de transcripción generales son proteínas que ayudan a las ARN polimerasas eucariotas a encontrar sitios de inicio de la transcripción e iniciar la síntesis de ARN. Nos centraremos en los factores de transcripción que ayudan a la ARN polimerasa II. Estos factores de transcripción se denominan TFIIA, TFIIB, etc. (TF = factor de transcripción, II = ARN polimerasa II, y las letras distinguen factores de transcripción individuales).

La transcripción en eucariotas requiere que los factores de transcripción generales y la ARN polimerasa formen un complejo en la caja TATA llamado complejo de transcripción basal o complejo de iniciación de la transcripción. Este es el requisito mínimo para que se transcriba cualquier gen. El primer paso en la formación de este complejo es la unión de la caja TATA por un factor de transcripción llamado proteína de unión TATA o TBP. La unión del TBP hace que el ADN se doble en este punto y adopte una estructura adecuada para la unión de factores de transcripción adicionales y la ARN polimerasa. Como se muestra en la figura de la izquierda, varios factores de transcripción generales diferentes, junto con la ARN polimerasa (Pol II) forman un complejo en la caja TATA.

El paso final en el ensamblaje del complejo de transcripción basal es la unión de un factor de transcripción general llamado TFIIH. TFIIH es una proteína multifuncional que tiene actividad helicasa (es decir, es capaz de abrir una doble hélice de ADN) así como actividad quinasa. La actividad quinasa de TFIIH agrega un fosfato al dominio C-terminal (CTD) de la ARN polimerasa. Esta fosforilación parece ser la señal que libera la ARN polimerasa del complejo de transcripción basal y le permite avanzar y comenzar la transcripción.

Cualquiera de las hebras de ADN puede ser una plantilla

El promotor es la secuencia de ADN que codifica la información sobre dónde comenzar la transcripción de cada gen. Dependiendo del promotor, se puede utilizar cualquier hebra de ADN como hebra molde.

Mire este video para ver cómo se puede usar cualquiera de las cadenas de ADN como plantilla para diferentes genes en el mismo cromosoma.

resumen de hebras de plantilla frente a no plantilla

  • los hebra de plantilla es el que utiliza la ARN polimerasa como base para construir el ARN. Esta hebra también se llama hebra no codificante o la antisentido hebra.
  • los hebra sin plantilla tiene la secuencia idéntica del ARN (excepto por la sustitución de U por T). Esta hebra también se llama hebra de codificación o hebra de sentido.

Principales tipos de ARN celular

Las células producen varios tipos diferentes de ARN:

  • ARNm que codifican proteínas
  • rRNAS que forman parte de los ribosomas
  • ARNt que sirven como adaptadores entre ARNm y aminoácidos durante la traducción
  • MicroARN que regulan la expresión génica
  • Otros ARN pequeños que tienen una variedad de funciones.

1.2 Descripción general del ADN

El ácido desoxirribonucleico (ADN) es el material hereditario común a todos los seres vivos. El ADN es una macromolécula formada por una cadena de unidades más pequeñas llamadas nucleótidos. Cada nucleótido está formado por un azúcar, un grupo fosfato y una base (Figura 1).

Figura 1. Estructura básica del ADN.

Hay cuatro posibles bases diferentes, adenina, timina, citosina y guanina. Es el orden de estas bases (a menudo denominadas simplemente As, Ts, Cs y Gs) el que forma el "código" del ADN. El ADN se encuentra en los núcleos de todas las células humanas y sirve como modelo para la producción de las proteínas necesarias para mantener la vida.

Figura 2. ADN organizado en cromosomas

El ADN humano está organizado en 23 pares de cromosomas (Figura 2). Antes de que una célula se divida, replica su ADN para que ambas células hijas tengan una copia completa del plano de ADN. Ocasionalmente, se cometen errores en la replicación del ADN. Debido a que el orden de los pares de bases determina las proteínas que produce una célula, estos errores, si no se corrigen, pueden conducir a la producción de diferentes proteínas. Los errores en la replicación del ADN que resultan en cambios en la molécula de ADN se denominan mutaciones. Para obtener más información sobre la replicación del ADN, consulte el manual de laboratorio de este curso, así como cualquier recurso adicional publicado en el sitio del lienzo.


Genética molecular Carcinomas de pulmón y mama

5 Transcripción inversa (solo para en el lugar RT-PCR)

La transcripción inversa solo es necesaria si en el lugar Se realiza RT-PCR. Se sintetizó ADNc de primera hebra (RT) con transcriptasa inversa StrataScript (Stratagene). La RT se realiza después del tratamiento con DNasa; es de gran importancia que los portaobjetos se enjuaguen cuidadosamente antes de la transcripción inversa. La ADNasa residual destruirá el ADN sintetizado por la transcriptasa inversa.

Tampón de primera hebra 10X5 μl
Bloque de RNasa2 μl
DNTP de 100 mM2 μl
Imprimación antisentido (500 ng / μl en stock)1 μl
Transcriptasa inversa StrataScript (50 U / μl)1 μl
DEPC H2O39 μl
Total50 μl

La mezcla de reacción de RT (que incluye Tris-HCl 50 mM (pH 8,3), KCl 75 mM, MgCl 3 mM2, Se aplicó 1 mM de cada dNTP y 50 U de transcriptasa inversa StrataScript en un volumen de reacción de 50 μl) a cada portaobjetos y se cubrió con Parafilm. Después de la incubación durante 2 horas a 42 ° C en una cámara humidificada, lavar los portaobjetos en 2X SSC, 1X SSC, 0.5X SSC y DEPC H2O.

Aunque los cebadores oligo (dT) se pueden usar alternativamente para convertir primero todas las poblaciones de ARNm en ADNc, los cebadores antisentido cadena abajo específicos pueden ser una primera opción para generar el ADNc específico del gen. Es ventajoso transcribir de forma inversa solo fragmentos relativamente pequeños de ARNm (& lt300 pb). Es posible que los fragmentos más grandes no se transcriban completamente de forma inversa debido a la presencia de estructuras secundarias o fragmentos diana en secciones incluidas en parafina y fijadas con formalina. Además, las enzimas de transcriptasa inversa como AMVRT y MMLVRT no son muy eficientes en la transcripción de grandes fragmentos de ARNm.

Deben tenerse en cuenta los siguientes puntos adicionales.

La longitud de los cebadores con sentido y antisentido debe ser de 18 a 22 pb.

En los extremos 3 ', los cebadores deben contener pares de bases de tipo GC (por ejemplo, GG, CC, GC o CG) para facilitar la formación de cadenas complementarias.

El contenido de GC preferido de los cebadores está comprendido entre el 45 y el 55%.

Intente diseñar cebadores para que no formen pares de bases dentro o entre cadenas. Además, los extremos 3 'no deben ser complementarios entre sí o formarán dímeros de cebadores.


ARN no codificantes: clasificación, biología y funcionamiento

Uno de los principios de larga data de la biología molecular es que el ADN actúa como plantilla para la transcripción de los ARN mensajeros, que sirven como modelos para la traducción de proteínas. Se ha informado de un número cada vez mayor de excepciones a esta regla en las últimas décadas: incluyen clases conocidas de ARN involucrados en la traducción, como ARN de transferencia y ARN ribosómico, ARN nucleares pequeños involucrados en eventos de empalme y ARN nucleolares pequeños involucrados principalmente en la modificación de otros ARN pequeños, como los ARN ribosomales y los ARN de transferencia. Más recientemente, se han descubierto en mamíferos varias clases de ARN no codificantes reguladores cortos, incluidos ARN asociados a piwi, ARN de interferencia corta endógenos y microARN, que actúan como reguladores clave de la expresión génica en muchas vías y sistemas celulares diferentes. Además, el genoma humano codifica varios miles de ARN largos que no codifican proteínas & gt200 nucleótidos de longitud, algunos de los cuales desempeñan funciones cruciales en una variedad de procesos biológicos, como el control epigenético de la cromatina, la regulación de genes específicos del promotor, la estabilidad del ARNm, el cromosoma X inactivación e impronta. En este capítulo, presentaremos varias clases de ARN no codificantes cortos y largos, describiremos sus diversas funciones en la regulación de genes de mamíferos y daremos ejemplos de modos de acción conocidos.

Palabras clave: Biogénesis Clasificación Función ARN no codificante ARN nc ARN miARN piARN ARNr ARNrn ARNr ARNt.


28.2.2. Elementos cis y transactivos: candados y claves de transcripción

Los genes eucariotas, al igual que sus contrapartes procariotas, requieren promotores para el inicio de la transcripción. Cada uno de los tres tipos de polimerasa tiene promotores distintos. La ARN polimerasa I se transcribe a partir de un solo tipo de promotor, presente solo en los genes de ARNr, que abarca el sitio de inicio. En algunos genes, la ARN polimerasa III responde a los promotores ubicados en la posición normal, corriente arriba en otros genes, responde a los promotores incrustados en los genes, corriente abajo del sitio de iniciación. Los promotores de la ARN polimerasa II pueden ser simples o complejos (Sección 28.2.3). Como es el caso de los procariotas, los promotores están siempre en la misma molécula de ADN que el gen que regulan. En consecuencia, los promotores se denominan elementos que actúan en cis.

Sin embargo, los promotores no son los únicos tipos de secuencias de ADN que actúan en cis. Los eucariotas y sus virus también contienen potenciadores. Estas secuencias de ADN, aunque no son promotores en sí mismos, pueden aumentar enormemente la eficacia de los promotores. Curiosamente, las posiciones de los potenciadores en relación con los promotores no son fijas, pueden variar sustancialmente. Los potenciadores juegan un papel clave en la regulación de la expresión génica en un tejido específico o en una etapa de desarrollo (Sección 31.2.4).

Las secuencias de ADN de los elementos que actúan en cis son sitios de unión para proteínas llamadas factores de transcripción. Esta proteína a veces se llama factor de acción trans porque puede estar codificado por un gen en una molécula de ADN diferente a la que contiene el gen que se está regulando. La unión de un factor de transcripción a su secuencia de ADN afín permite a la ARN polimerasa localizar el sitio de iniciación adecuado. Continuaremos nuestra investigación de la transcripción examinando estos elementos que actúan en cis y trans a su vez.


2.1: Descripción general de la transcripción: biología

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La transcripción es el proceso de síntesis de ARN a partir de una plantilla de ADN.

En el núcleo, el complejo de preiniciación de la transcripción se ensambla alrededor del promotor central de un gen, que incluye un sitio de unión del factor de transcripción general aquí en una caja TATA, un sitio de unión para la ARN polimerasa y el sitio de inicio de la transcripción.

Una vez que se unen los componentes necesarios, el complejo de preiniciación desenrolla un tramo corto del ADN corriente arriba del sitio de inicio de la transcripción, y la ARN polimerasa comienza a producir una nueva hebra de ARNm.

Los nucleótidos se agregan uno por uno y la síntesis del ARNm se produce en una lectura en la dirección de cinco primos a tres primos de la hebra molde. Esta hebra de ARNm recién creada representa una copia de la información en la hebra codificante, excepto que las timidinas son reemplazadas por uracilos.

La síntesis continuará hasta que se encuentre una secuencia de terminación, que liberará el ARNm recién creado y permitirá un procesamiento adicional.

13.11: Transcripción

Visión general

La transcripción es el proceso de síntesis de ARN a partir de una secuencia de ADN mediante la ARN polimerasa. Es el primer paso para producir una proteína a partir de una secuencia genética. Además, muchas otras proteínas y secuencias reguladoras están involucradas en la síntesis adecuada de ARN mensajero (ARNm). La regulación de la transcripción es responsable de la diferenciación de todos los diferentes tipos de células y, a menudo, de la respuesta celular adecuada a las señales ambientales.

La transcripción puede producir diferentes tipos de moléculas de ARN

En eucariotas, el ADN se transcribe primero en un ARN primario, o pre-ARNm, que se puede procesar posteriormente en un ARNm maduro para que sirva como molde para la síntesis de proteínas. Sin embargo, en procariotas como las bacterias, la traducción de ARN en polipéptidos puede comenzar mientras la transcripción aún está en curso, ya que el ARN puede degradarse rápidamente. La transcripción también puede producir diferentes tipos de moléculas de ARN que no codifican proteínas, como microARN, ARN de transferencia (ARNt) y ARN ribosómico (ARNr), y todos ellos contribuyen a la síntesis de proteínas.

La regulación de la transcripción es fundamental para el desarrollo

Con pocas excepciones, todas las células del cuerpo humano tienen la misma información genética, desde las neuronas del cerebro hasta las células musculares del corazón. Entonces, ¿cómo asumen las células formas y funciones tan diversas? En gran medida, la respuesta está en la regulación de la transcripción durante el desarrollo del organismo. Específicamente, la regulación transcripcional juega un papel central en la diferenciación celular y en el proceso de producción de células especializadas, como las células musculares, a partir de células precursoras menos especializadas. Para producir células especializadas, algunos genes deben activarse y otros desactivarse en las células precursoras.

Este proceso de diferenciación celular está orquestado por proteínas de unión al ADN llamadas factores de transcripción que controlan el nivel de transcripción de genes que pueden determinar el destino celular. Por ejemplo, en las primeras etapas del desarrollo de los vertebrados, las células de la capa de ectodermo del embrión en desarrollo reciben varias señales de inducción de proteínas como BMP, WNT y SHH. Estas señales activan factores de transcripción que activan o desactivan una serie de genes. De esta forma, la regulación transcripcional determina si las células del ectodermo se convierten en células de la piel o en células del sistema nervioso.

Responder al entorno a menudo requiere cambios transcripcionales

Los entornos rara vez son estables durante períodos prolongados. Considere, por ejemplo, los cambios de temperatura, precipitación y disponibilidad de alimentos a los que está expuesta una planta de un día a otro y, a veces, de una hora a otra. Para funcionar correctamente, los organismos individuales deben responder a tales cambios ambientales ajustando rasgos clave, como sus tasas de crecimiento, inmunidad o comportamiento. Estos ajustes a menudo requieren aumentar o disminuir el nivel de transcripción de un gran número de genes. Por ejemplo, cuando se expone a condiciones de sequía, Arabidopsis thaliana las plantas ajustan rápidamente la transcripción de cientos de genes para aumentar el crecimiento de las raíces y, por lo tanto, absorber tanta agua del suelo como sea posible.

1. Lee, Hyun-Kyung, Hyun-Shik Lee y Sally A. Moody. & ldquoFactores de transcripción neuronal: de embriones a células madre neurales & rdquo Moléculas y Células 37 10 (2014): 705 y ndash12. [Fuente]


Descubrimiento

El dogma central original de la biología molecular sostenía que el ADN se transcribía en ARN, que a su vez se traducía en proteína. Sin embargo, este concepto fue desafiado en la década de 1970 cuando dos equipos científicos, uno dirigido por Howard Temin en la Universidad de Wisconsin y el otro dirigido por David Baltimore en el MIT, identificaron de forma independiente nuevas enzimas asociadas con la replicación de virus de ARN llamados retrovirus [1,2 ]. Estas enzimas convierten el genoma del ARN viral en una molécula de ADN complementario (ADNc), que luego es capaz de integrarse en el genoma del huésped. Estas son ADN polimerasas dependientes de ARN y se denominan transcriptasa inversa porque, en contraste con el flujo de ADN a ARN del dogma central, transcriben moldes de ARN en moléculas de ADNc (Figura 1). En 1975, Temin y Baltimore recibieron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina (compartido con Renato Dulbecco por su trabajo relacionado sobre virus inductores de tumores) por su trabajo pionero en la identificación de transcriptasas inversas [3].


Transcripción de ADN | Definición, etapas y diagrama n. ° 038

En la transcripción de ADN, la secuencia de ADN de un gen se copia (transcribe) para formar una molécula de ARN. Es el primer paso en la expresión del gen. El proceso de transcripción del ADN lo realizan las enzimas conocidas como ARN polimerasas. En otras palabras, la transcripción de ADN es un proceso mediante el cual se reescribe la información. Usamos el proceso de transcripción en nuestra vida diaria y nuestras células también lo hacen de manera especializada. En la forma genética, la transcripción es el proceso de copia de la secuencia de ADN del gen e para producir una molécula de ARN.

Definición de transcripción:

La transcripción es la primera etapa de la expresión génica mediante la cual se utiliza la información genética para construir un producto funcional como una proteína. El propósito del proceso de transcripción es crear ARN, una copia de la secuencia de ADN de un gen. La copia o transcripción de ARN lleva a cabo la información necesaria para crear un polipéptido para un gen codificado por una proteína. La transcripción de ADN en eucariotas requiere pasar por algunos pasos de procesamiento antes de la traducción a proteínas.

Etapas de la transcripción:

La transcripción se define como una copia de la secuencia de ADN de un gen para crear una molécula de ARN. La transcripción del ADN de un gen procesó su tarea utilizando tres etapas de iniciación, alargamiento y terminación.

Iniciación:

La iniciación es la primera etapa de la transcripción, en la que la ARN polimerasa se une a la secuencia de moléculas de ADN conocida como Promotor. Se encontró cerca del comienzo del gen. Cada uno de los genes tiene su propio promotor. Después de unirse, la ARN polimerasa se separa en las cadenas de ADN, dando la plantilla monocatenaria que se requiere para la transcripción.

Inicio de la transcripción: La iniciación es el paso inicial o la transcripción. Se encuentra cuando la ARN polimerasa llamada enzima se une a un área o región de un gen, conocida como `` promotor ''. Las señales al ADN para que se desenrolle, por lo que las enzimas se pueden leer como bases en una de las cadenas de ADN. Luego, las enzimas están listas para crear una hebra de ARNm mediante una secuencia complementaria de bases.

2. Alargamiento:

El alargamiento es la segunda etapa, en la que una hebra de ADN o la hebra plantilla funciona como plantilla para la ARN polimerasa. Esta plantilla una base a la vez, la polimerasa crea una molécula de ARN a partir de nucleótidos complementarios, formando una cadena que crece de 5 ° a 3 °. La transcripción de ARN tiene la misma información que una hebra de ADN sin plantilla al copiar la información, pero consiste en la base uracilo (U) en lugar de la timina (T).

ARN polimerasa: La ARN polimerasa es la principal enzima involucrada en la transcripción que utiliza una plantilla de ADN de una sola hebra para sintetizar una hebra complementaria para la molécula de ARN. En palabras simples, la ARN polimerasa crea una hebra de ARN en la dirección 5 a 3 , agregando cada nuevo nucleótido al extremo 3 de la hebra.

3.Terminación:

La terminación es la última etapa de la transcripción del ADN. La transcripción del ARN se completa con la secuencia denominada `` señales de terminación ''. Una vez que se transcriben o se copian, hacen que la transcripción se libere de la ARN polimerasa.

Terminación de la transcripción: Se han descubierto varios procesos de terminación de la transcripción reguladora en eucariotas y bacterias. La ARN polimerasa actúa para los dos mecanismos principales de la terminación de la transcripción que se produce en E. coli. En la proteína adicional, el factor de terminación de la transcripción conocido como Rho, que es una necesidad en un mecanismo pero no en otro mecanismo. Estos dos mecanismos se denominan terminación independiente de Rho y dependiente de Rho. El proceso de finalización de la transcripción se conoce como `` terminación de la transcripción '' y ocurre una vez que la polimerasa se transcribe en una secuencia de ADN llamada `` terminador ''.

Terminación en bacterias:

Los dos mecanismos principales se encuentran en bacterias Rho dependientes e independientes de Rho.

Terminación dependiente de Rho: En el mecanismo de terminación dependiente de Rho, el ARN consiste en un sitio de unión para una proteína conocida como `` factor Rho ''. El factor Rho une la secuencia y comienza a `` subir '' por la transcripción hacia la ARN polimerasa.

Terminación independiente de Rho: En el mecanismo de terminación independiente de Rho, depende de la secuencia particular en la hebra de la plantilla de ADN. Enfoque de la ARN polimerasa al final del gen que se transcribe, golpea un área o región rica en nucleótidos C y G. The transcription of RNA begins from this region folds back and complementary C and G nucleotides bind with each other. As a result, a stable hairpin occurs that causes the RNA polymerase to the stall.

Transcription happens for Individual Genes:

All genes cannot be transcribed all the time. In fact, transcription controlled for each gene individually. Cells carefully and accurately regulate the process of DNA Transcription and transcribing just for those genes whose products are required at a specific moment.

Transcription Regulators

Promoters in Bacteria:

Promoter in bacteria is the common feature of DNA transcription regulators in their ability to recognizes the particular DNA pattern to modulate gene expression. The upstream regulation of the region of bacterial coding consists of a promoter, which is the DNA sequence that determines the particular recognition by the RNAP holoenzyme.

In bacteria, the RNAP holoenzyme contains five subunits and an additional sigma subunit factor. The collection of different subunits works as key regulation in bacterial gene expression.

Promoters in Humans:

A member of the PPAR subfamily is PPARgamma in nuclear receptors. In humans, the structure of human PPARgamma cDNA and the genome was defined, and its promoter and particular tissue expression were characterized functionally. The two PPAR isoforms detected in humans such as PPARgamma 1 and PPARgamma 2. In all analysis tissues, PPARgamma 2 was less abundant than the PPARgamma 1.

What happens to the RNA Transcription?

In the process of RNA transcription, in which a DNA sequence of the gene is copied out or transcribed to create an RNA molecule. The main enzyme involved in RNA transcription is known as RNA polymerase. The process of transcription starts when RNA polymerase binds a promoter sequence near the start location of the gene. The process of RNA transcription ends in the process known as termination . The termination depends on the sequence in RNA that gives the signal that transcription is finished.

Eukaryotic RNA Modifications:

RNA transcription works as messenger RNAs (mRNAs) in bacteria. While in eukaryotes, protein-coding gene transcription is known as pre-mRNA , and it has must go through extra processing before it can direct translated. Eukaryotic pre-mRNAs have must be modified ends by the addition of a 5 cap (from the beginning) and 3 poly-A tail (at the end). Many of eukaryotic pre-mRNAs can undergo splicing. Parts of the pre-mRNA are known as introns . During this process, introns are chopped out and the remaining pieces, known as exons , are stuck back together. The modification ends to raise the stability of the mRNA on the other hand, splicing provides the correct sequence of mRNA.


What is Reverse Transcription?

Reverse transcription is the process of transcribing a DNA molecule from an RNA molecule. This method of replication is utilized by retroviruses, such as HIV, and produces altered DNA, which can be incorporated directly into a host cell, allowing rapid reproduction. This is made possible by the la transcriptasa inversa enzyme. This can be seen in Figure 4.

Figure 4: The process of reverse transcription.


Expression Using the T7 RNA Polymerase/Promoter System

This unit describes the expression of genes by placing them under the control of the bacteriophage T7 RNA polymerase. T7 RNA polymerase is a very active enzyme: it synthesizes RNA at a rate several times that of E. coli RNA polymerase and it terminates transcription less frequently in fact, its transcription can circumnavigate a plasmid, resulting in RNA several times the plasmid length in size. T7 RNA polymerase is also highly selective for initiation at its own promoter sequences and is resistant to antibiotics such as rifampicin that inhibit E. coli RNA polymerase. Consequently, the addition of rifampicin to cells that are producing T7 RNA polymerase results in the exclusive expression of genes under the control of a T7 RNA polymerase promoter (pagT7). In the , two plasmids are maintained within the same E. coli cell. One (the expression vector) contains pagT7 upstream of the gene to be expressed. The second contains the T7 RNA polymerase gene under the control of a heat-inducible E. coli promotor. Upon heat induction, the T7 RNA polymerase is produced and initiates transcription on the expression vector, resulting in turn in the expression of the gene(s) under the control of pagT7. If desired, the gene products can be uniquely labeled by carrying out the procedure in minimal medium, adding rifampicin to inhibit the E. coli RNA polymerase, and then labeling the proteins with [ 35 S]methionine.


Ver el vídeo: El Dogma Central de la Biología: ADN, ARN y Proteínas. (Febrero 2023).