Transcripción en procariotas y eucariotas - resumen de Gerald Karp

TRANSCRIPCION

• proceso en el cual una cadena de DNA provee la información para la síntesis de una cadena de RNA
• Las enzimas encargadas de la transcripción en células procariotas y eucariota se denominan polimerasas de RNA dependientes de DNA, o polimerasas de RNA.
• Estas enzimas incorporan un nucleótido a la vez dentro de una cadena de RNA cuya secuencia es complementaria de una de las cadenas de DNA la cual sirve como plantilla o molde
• El primer paso en la síntesis de un RNA es la vinculación de la polimerasa con el DNA molde
• El sitio de la molécula de DNA donde se une la polimerasa de RNA antes de iniciar la transcripción se llama promotor, además este contiene la información que determina cuál de las dos cadenas de DNA se transcribe y el sitio en donde se inicia la transcripción
• Las polimerasas de RNA celulares no son capaces de reconocer los promotores por sí mismas y requieren la ayuda de proteínas adicionales conocida como factores transcripcionales
• La polimerasa se mueve a lo largo de la cadena de DNA 5' molde hacia el extremo terminal, conforme avanza, el DNA se desenrolla de manera temporal y la polimerasa ensambla una cadena complementaria de RNA que crece en el extremo 5’ en una dirección a 3’
• La polimerasa de RNA cataliza la reacción RNA n + NPPP = RNA n+1 + PP1, donde precursores de trifosfato de ribonucleosido (NPPP) se hidrolizan en monofosfatos de nucleósidos cuando se polimerizan en una cadena por medio de enlaces covalentes
• las reacciones que llevan a la síntesis de ácidos nucleicos y proteínas deben ocurrir en condiciones en las que no exista reacción inversa.
• PPi + 2Pi es catalizada por una pirofosfatasa. El pirofosato (PPi) producido en la primera reacción se hidroliza en un fosfato inorgánico (Pi)
• La hdrolisis del pirofosfato genera gran cantidad de energía libre y torna a la incorporación del nucleótido irreversible.
• A medida que la polimerasa se mueve a lo largo del DNA molde, éste incorpora nucleótidos complementarios dentro de la molécula del RNA en crecimiento.
• Un nulceotido se incorpora dentro de la cadena de RNA si es capaz de formar pares de bases con el nucleótido de la cadena de DNA que se transcribe
• Una vez que la polimerasa se ha movido en un segmento en particular de DNA, la doble hélice de DNA se vuelve a formar
• Por consecuencia, la cadena de RNA no permanece vinculada con su molde como un hibrido DNA-RNA
• Las polimerasas de RNA son capaces de incorporar alrededor de 20 a 50 nulceotidos por segundo en una molecula de RNA y muchos genes en las células se transcriben de forma simultanea por cientos o mas polimerasas 
• Las polimerasas de RNA son capaces de formar RNA muy largos, por consiguiente, la enzima debe permanecer unida al DNA en largos segmentos del DNA molde (se dice que la enzima es procesiva), al mismo tiempo, la enzima debe tener una vinculación lo suficientemente laxa para poder moverse de un nulceotido al siguiente de la plantilla.
• Las polimerasas no se encuentran siempre en un estado de movimiento continuo, sino que pueden sufrir pausas en ciertos puntos a lo largo del DNA molde e incluso retroceder antes de reasumir su avance
• En algunos casos, una polimerasa que permanece detenida debe digerir mas alla del extremo 3’ de la transcripción sintetizada de manera reciente y sintetizar de nueva cuenta la porción errónea antes de reiniciar su movimiento

PROCARIOTAS

• Contienen un solo tipo de polimerasa de RNA compuesto de 5 subunidades en estrecha relación para formar un núcleo enzimático 
• Si un polipéptido accesorio purificado llamado factor sigma _  se agrega a la polimerasa de RNA antes de que esta se une al DNA, la transcripción comienza en sitios específicos
• La unión del factor sigma al nucleo de la enzima incrementa la afinidad de la enzima para unirse a los sitios promotores del DNA y disminuir su afinidad por el DNA en general
• Cuando el factor sigma interactúa con el promotor, las mandíbulas de la enzima fijan el DNA duplex corriente abajo, el cual se localiza dentro del canal
• La enzima separa (o funde) las 2 cadenas de DNA en la región que rodea el sitio de inicio
• La separación de las cadenas torna a la cadena molde accesible al sitio activo de la enzima, el cual se halla en la pared posterior al canal
• Una vez que 10 a 12 nulceotidos se han incorporado de manera satisfactoria a la transcripción en crecimiento, la enzima sufre un cambio importante en su conformación y se transforma en un complejo transcripcional de elongación que puede moverse de modo procesivo a lo largo del DNA
• Los promotores bacerianos se localizan en la región del DNA justo antes el sitio de inicio de la síntesis de RNA
• El nucleótido en el cual comienza la transcripción de denomina +1 y el nuleotido anterior -1
• Las porciones del DNA anteriores al sitio de inicio (hacia el extremo 3’ de la plantilla) se encuentran corriente arriba del sitio de inicio
• Las porciones del DNA que son posteriores al sitio de inicio (hacia el extremo 5’ de la plantilla) se hallan corriente abajo
• Secuencias corriente arriba:
• 1- Aprox 35 bases corriente arriba del sitio de inicio y casi siempre presenta la secuencia TTGACA (conocida como el elemento -35) se denomina la secuencia consenso que indica que es la versión mas común de la secuencia conservada
• 2- Alrededor de 10 bases corriente arriba del sitio de inicio aparece la secuencia TATAAT
• El promotor caja de Pribnow se encarga de identificar el nucleótido preciso que activa la transcripción
• Las células bacterianas poseen diferentes factores sigma que reconocen distintas versiones de la secuencia promotora:

• Proteina sigma70: (factor housekeeping o activador), inicia la transcripción de la mayoría de los genes
• Factores sigma alternativos comienzan la transcripción de un pequeño numero  de genes específicos que participan en respuestas comunes

Cuando las células de e coli están sujetas a una repentina elevancion de temperatura se sintetiza un nuevo factor sigma que reconoce una secuencia promotora diferente y lleva a la transcripción coordinada de una variedad de genes de respuesta al calor. Los productos de estos genes protegen a las proteínas de la celula del daño térmico

• La terminación sucede cuando el mecanismo de transcripción llega a una secuencia nucleotida especifica
• En casi la mitad de los casos se requiere una proteína semejante a un anillo llamada rho para la conclusión de la transcripción bacteriana
• Rho rodea al RNA recién sintetizado y se mueve a lo largo de la cadena en dirección 3’ hacia la polimerasa, donde esta separa en RNA transcrito del DNA al cual esta unido
• En otros casos, la polimerasa detiene la transcripción cuando alcanza la secuencia de terminación y se libera de la cadena de RNA completa sin la necesidad de factores adicionales

EUCARIOTAS

• Tienen 3 proteinas transcriptoras en el nucleo, cada una encargada de la síntesis de un grupo distinto de RNA
• Una diferencia importante entre la transcripción en procariotas y eucariotas es el requerimiento en los segundos de una gran variedad de proteínas accesorias o factores transcripcionales
• Estas proteínas participan casi sin excepción en cada aspecto del proceso de la transcripción y contributen a la unión de la polimerasa al DNA molde, inicio de la transcripción, elongación y terminación
• Solo se alude a la síntesis del RNA mensajero por la polimerasa de RNA II
• Los 3 tipos principales de RNA (Mrna, rRNA Y tRNA) derivan de moléculas precursoras de RNA
• El precursor inicial de RNA es equivalente en longitud a la longitud completa del DNA que se transcribe y se llama transcripción primaria o pre-RNA
• El segmento correspondiente del DNA del cual procede una transcripción primaria se conoce como unidad de transcripción
• Por lo regular, estas transcripciones tienen una existencia efímera y se procesan en pequeños RNA funcionales por medio de reacciones de “Corte y empalme”
• El procesamiento de RNA requiere gran variedad de pequeños RNA (de 90 a 300 nucleotidos de longitud) y sus proteínas relacionadas

ARN RIBOSOMAL

• Los ribosomas son tan numerosos que mas del 80% del RNA de la mayoría de las células consiste en RNA ribosomal
• El r DNA se localiza casi siempre en una o algunas regiones del genoma, este posee cinco regiones rdna, cada una en distintos cromosomas
• En una celula sin división (interfase), los grupos de rdna están reunidos como parte de una o mas formas irregulares de estrucuras nucleares, conocidas como nucléolos que participan en la generación de ribosomas
• La mayor arte del nucléolo se compone de subunidades ribosomales que le confieren la apariencia granular, localizados dentro de esa masa granular se encuentran una o mas porciones nucleares redondeadas que consisten de manera priaria en material fibrilar

Síntesis del precursor de rrna

• Durante el crecimiento de los oocitos de anfibio la cantidad de rdna en la celula se incrementa de manera considerable y también el numero de nucléolos
• Se requiere la amplificación selectiva de rdna para generar un gran numero de ribosomas que se necesitan para que el huevo fecundado comience su desarrollo embrionario
• Debido a que estos oocitos contiene cientos de nucléolos, cada uno de los cuaes elabora rrna de modo activo, estos oocitos son modelos ideales para el estudio de la síntesis de rrna y su procesamento
• (imagen) genes que codifican rna ribosomal situados uno depues del otro a lo largo de una sola molecula de dna, lo cual revela el ordenmiento en tándem de los genes de rrna reperidos
• Cada una de las 100 o mas fibras que emergen del dna es una transcripción naciente de rrna que aparece en el proceso de elongación
• La longitud de las fibrillas e incrementa de forma gradual desde uno de los extremos de las ramas al otro extremo

• Las fibrillas cortas son moléculas de rna de pocos nucleótidos que se unen por moléculas de la polimerasa al dna muy cercano al sitio de inicio de la transcripción

• Las fibrillas mas largas están mas cerca de la terminación de la transcripción

• La longitud del dna entre las fibrillas mas cortas y las mas largas de rna corresponde a una sola unidad de transcripcio

• La elevada densidad de  las moléculas de polimerasa de rna a lo largo de cada unidad de transcripción (cerca de 1 por cada 100 pares de bases de dna) refleja la gran velocidad de la síntesis de rrna en los nucléolos de estos oocitos

• Las fibrillas de rna contienen nudos y particulas relacionados estas particulas consiste en rna y proteínas que trabajan juntas para convertir a los precursores de rrna en sus productos finales de rrna y ayudar a ensamblar a estos en las subunidades ribosomales

• La región de la fibra del dna entre las unidades de transcripción adyacentes es el lugar donde se forman las cadenas de rna (debido a que esta región del grupo de genes ribosomales no se transcribe, se conococe como espaciador no transcrito)

• Los espaciadores no transcritos están presentes entre varios tipos de genes repetidos en tándem, incluidos los que contiene los trna y las histonas

Procesamiento del rrna precursor

• Los ribosomas (en eucariotas) poseen 4 distintos rna ribosomales, 3 localizados en la subunidad grande y 1 en la pequeña
• En humanos, la subunidad grande contiene moléculas de rna 28s, 5.8s y 5s y una molecula de rna 18s la subunidad pequeña
• Varias nucleasas cortan 3  de estos rrna (los 28s, 18s y 5.8s) en una transcripción única primaria (llamado pre-rrna). Los 5s rrna se sintetizan a partir de un rna precursor por separado fuera del nucléolo
• En el momento en que un precursor de pre-rrna humano se somete a corte, mas de 100 rupos metilo se agregan a los grupos de ribosa en la molecula y alrededor de 95 de sus residuos de uridina se convierten por modificación química en seudoridina
• Estas modificaciones ocurren después de que los nucleótidos se incorporan en el rna naciente, esto es, de manera postranscripcional
• Los nucleótidos modificados se localizan en posiciones especificas, se agrupan en porciones definidas de la molecula y se conservan en todos los organismos
• Todos los nucleótidos en el pre-rrna modificados permanecen como parte de los productos finales, mientras que las secciones no modificadas se descartan durante el proceso
• Estos nucleótidos modificados pueden proteger partes del pre-rrna del corte enzimático, promovel el plegamienro del rrna en si estructura tridimensional final o promover interacciones de los rrna con otras moléculas
• Las mutaciones de la enzima que realiza la conversión de uridina a seudouruduna en los rrna se han relacionado con disqueratosis (anormalidades dérmicas, alteraciones de la medula osea y mayor susceptibilidad al cáncer)
• Debido a que los rrna se metilan en considerable proporción su síntesis puede analizarse tras incubar las células con metionina marcada con radiactividad, un compuesto que sirve en la mayoría de las células como donante de grupos metilo
• El grupo metilo se transfi ere por medios enzimaticos de l metionina a nucleotidos en los pre-rRNA
• Los RNA 45S se cortan en moléculas pequeñas que entonces se convierten en moléculas de Rrna 28s, 18S Y 5.8S
• Luego de 1 hora, el RNA 45S ha desaparecido del nucléolo y lo remplaza el RNA 32S que es uno de los dos productos principales generados a partir de la transcripción primaria 45s
• El RNA 32S es un precursor de los rrna maduros 28s y 5.8s
• El otro producto principal del pre-rrna 45s abandona el nucleo muy rápido y aparece en el citoplasma como el rrna maduro 18s
• Después de un periodo de dos o mas horas, casi toda la radiactividad ha abandonado el nucléolo y la amyor parte se ha acumulado en el citoplasma en la forma de subunidades 28s y 18s de rrna
• EL PAPEL DE LOS snoRNA
• El procesamienro de los pre-rrna es completa con la ayuda de un gran numero de rna nucleolares pequeños (o snoRNA) que se agregan en proteínas particulares para formar particulas llamadas snoRNP (ribonucleoproteinas nucleolares pequeñas)
• Los snoRNP  comienzan a relacionarse con los precursores del rrna antes de que este s etranscriba por completo
• La primera particula de RNP que se une a una transcripción de pre-rrna contiene el sonRNA U3 y mas de dos docenas de proteínas diferentes
• Se cree que algunos cortes enzimáticos los cataliza el “exosoma” que es una maquina que degrada el rna y que posee alrededor de una docena de exonulceasas diferentes
• EL U3 y otros snoRNA están presentes en grandes cantidades (cerca de 10 ala 6!!!!) copias por celula
• Los miembros del grupo Mrna de caja C/D determinan que nucleótidos en el pre-rna se metilan en sus residuos 441

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