Tema 9. Transcripción 2024-2025 PDF

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Grado en Fisioterapia DG en Enfermería y Fisioterapia Biología Celular y Tisular 09 Curso 2024-2025 Transcripción © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  ÍNDICE Tema 9 1. INTRODUCCIÓN 2. TIPOS DE ARN 3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Características de la transcripción Componentes de la transcripción Pasos de la replicación 4. EUCARIOTAS vs PROCARIOTAS 5. MADURACIÓN EN EUCARIOTAS 6. TRANSCRIPCIÓN INVERSA © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  1. INTRODUCCIÓN Tema 9 La función principal de los ácidos nucleicos es almacenar y transmitir la información genética El DNA, a nivel molecular, tiene una doble función: 1. Sacar copias de sí mismo, duplicarse, autoperpetuarse, asegurando la transmisión de los genes (replicación) 2. Transmitir la información al RNA, que saca copias del DNA (transcripción), pudiendo así transcribir dicha información, en forma de proteínas (traducción), determinando las características de la célula, la herencia. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. TIPOS DE ARN Tema 9 ARNm – ARN mensajero: contiene la información genética para sintetizar proteínas. ARNr – ARN ribosómico: forma parte de la estructura de los ribosomas. ARNt – ARN de transferencia: identifica los aminoácidos necesarios para la síntesis de proteínas y los lleva al ribosoma. siRNA – ARN de interferencia pequeños miRNA - microARN © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. TIPOS DE ARN Tema 9 El ARN mensajero (ARNm) constituye el 5% del ARN presente en las células Es el más grande y el más heterogéneo Sirve de molde para la síntesis de proteínas En eucariotas debe madurar tras su formación  splicing Tipos: 1. Policistrónico: codifica para > 1 proteína Lleva información para varios genes 2. Monocistrónico: codifica para 1 proteína La mayoría de ARNm en eucariotas son monocistrónicos Lehninger.7th ed © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. TIPOS DE ARN Tema 9 El ARN ribosómico (ARNr) constituye el 80% del ARN celular Tipos: a) Procariotas: 23S, 16S y 5S b) Eucariotas: 28S, 18S, 5.8S y 5S Algunos ARNr actúan como catalizadores: síntesis de proteínas (ribozimas) From Lodish et al. Molecular Cell Biology (2000) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. TIPOS DE ARN Tema 9 El ARN de transferencia (ARNt) constituye el 15% del ARN celular Es el más pequeño de los 3 tipos de ARN (4S) Existe un ARNt / aminoácido Cada ARNt sirve de adaptador y transporta un aminoácido específico al ribosoma para sintetizar proteínas Lleva un triplete de bases nitrogenadas (A,C,G,U) denominado anticodón © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. TIPOS DE ARN Tema 9 El ARN de interferencia (siRNA) y los microRNA (miRNA) pueden regular la expresión de algunos genes RNA induced silencing complex (RISC) lleva a la inhibición de la traducción de este mRNA a proteína y, por tanto, al silenciamiento o reducción de la expresión genética. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. TIPOS DE ARN Tema 9 El ARN de interferencia (siRNA) y los microRNA (miRNA) pueden regular la expresión de algunos genes El acrónimo siRNA proviene del inglés small interfering RNA: en español, ARN interferente pequeño. Son moléculas de ARN bicatenario perfectamente complementarias de aproximadamente 20 o 21 nucleótidos (nt) con 2 nucleótidos desemparejados en cada extremo 3'. Cada hebra de ARN tiene un grupo fosfato 5' y un grupo hidroxilo (-OH) 3’. Esta estructura proviene del procesamiento llevado a cabo por Dicer, una enzima que corta moléculas RNA induced silencing largas de ARN bicatenario (dsRNA, double stranded RNA) en varios siRNA. Una complex (RISC) lleva a la inhibición de las hebras del siRNA (la hebra 'antisentido') se ensambla en un complejo de la traducción de este mRNA a proteína y, por tanto, al proteico denominado RISC (RNA-induced silencing complex), que utiliza la silenciamiento o reducción de la hebra de siRNA como guía para identificar el ARN mensajero complementario. expresión genética. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  2. TIPOS DE ARN Tema 9 El ARN de interferencia (siRNA) y los microRNA (miRNA) pueden regular la expresión de algunos genes Los microARN (en inglés, micro-RNA o miRNA) son pequeños ARN interferentes que se generan a partir de precursores específicos codificados en el genoma, que al transcribirse se pliegan en horquillas (hairpins) intramoleculares que contienen segmentos de complementariedad imperfecta. El procesamiento de los precursores ocurre generalmente en dos etapas, catalizado por dos enzimas, Drosha en el núcleo y Dicer en el citoplasma. Una de las hebras del miRNA (la hebra 'antisentido'), como ocurre con los siRNA, se incorpora a un complejo similar al RISC. Dependiendo del grado de complementariedad del miRNA con el ARNm, los miRNA pueden bien inhibir la traducción del ARNm o bien inducir su degradación. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 La transcripción es la formación del transcrito de RNA mediante la unión de nucleótidos libres a la cadena molde de DNA  monohebra de RNA que sigue las reglas de la complementariedad © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 CARACTERÍSTICAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Características: a. Siempre se da en la dirección 5’→3’ b. No requiere cebador c. Implica segmentos cortos (regiones codificadoras) que no se transcriben necesariamente de manera simultánea d. Ocurre múltiples veces a lo largo de la vida de la célula e. Ocurre en el interior del núcleo © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 CARACTERÍSTICAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Nomenclatura de las cadenas en relación a la transcripción - Sólo una hebra del DNA actúa como molde: el nuevo RNA es complementario a la hebra molde (-) - El nuevo RNA tiene la misma secuencia que la hebra codificadora / codificante (+), pero cambiando T  U (5)’ CGCTATAGCG (3’)  cadena codificadora del DNA (3’) GCGATATCGC (5’)cadena molde del DNA (5’) CGCUAUAGCG (3’)transcrito de RNA © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 COMPONENTES DE LA TRANSCRIPCIÓN 1. Una cadena de ADN que actúe como molde 2. Ribonucleótidos trifosfato de A, G, C y U 3. Enzimas: ARN polimerasa © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 COMPONENTES DE LA TRANSCRIPCIÓN 1. Unidad de transcripción de DNA con promotor y terminador: - Exón: segmentos de ADN que codifican información necesaria para sintetizar proteínas - Intrón: secuencia que no contiene información para la síntesis de proteínas PROMOTOR Secuencia que no se traduce Secuencia que no se traduce Intrón 1 Intrón 2 Intrón 3 5` 3` Región reguladora EXON 1 EXON 2 EXON 3 EXON 4 EXON n Región reguladora Unidad de transcripción © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 COMPONENTES DE LA TRANSCRIPCIÓN 1. Unidad de transcripción de DNA con promotor y terminador: - Promotor: secuencia específica de localización concreta, que indica el punto de inicio de la transcripción. - Terminador: Secuencia que indica dónde termina la transcripción © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 COMPONENTES DE LA TRANSCRIPCIÓN 2. Nucleótidos activados CTP, GTP, ATP, UTP 3. Enzimas: ARN polimerasa - Esta enzima se desliza (en lugar de separarse y volver a juntarse) a lo largo del DNA hasta que encuentra un promotor - No requiere primer (cebador) - No funciona la corrección de errores (no tiene actividad exonucleasa) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 VISIÓN GENERAL DE LA TRANSCRIPCIÓN Los promotores y terminadores presentes en el ADN dictan a la RNA polimerasa dónde iniciar y terminar el proceso de la transcripción. La transcripción comienza con la unión a una secuencia denominada promotor, lugar de unión de la RNA polimerasa, que define el punto exacto donde debe comenzar la transcripción y su dirección (determina qué cadena de ADN debe usarse como molde). polimerisation Una vez separadas las dos cadenas del ADN, se produce la fase de iniciación seguida de la fase de elongación de la cadena de RNA donde, a medida que la síntesis de RNA avanza, la molécula de RNA se despega de su molde de DNA y la doble hélice vuelve a formarse. La RNA polimerasa se detiene al reconocer secuencias terminadoras (fase de terminación) de la transcripción, liberándose tanto la RNA polimerasa como la cadena de RNA producida. El segmento de DNA que es transcrito a RNA es denominada transcrito o unidad de transcripción. © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 INICIACIÓN PROCARIOTAS 1. Unión de la enzima ARN polimerasa a una región del ADN conocida como promotor con unas secuencias específicas: - Secuencias -35: secuencia localizada 35 bases a la izquierda del punto de iniciación (5´-TTGACA-3’) - Secuencia -10 (caja de Pribnow): la ARN polimerasa se une y cubre esta zona, abriendo la burbuja de transcripción (5´-TATAAT-3’). 2. Apertura del promotor: Desenrollamiento y separación de las cadenas de DNA en la zona de inicio (~17pb). 3. Unión del primer nucleótido trifosfato a la RNA polimerasa. - Suele ser ATP o GTP - Se une por apareamiento de bases a la hebra molde de DNA (complementariedad) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 INICIACIÓN PROCARIOTAS Caja de Pribnow Una subunidad de la RNA polimerasa, el factor sigma (σ), es responsable del reconocimiento de las secuencias del promotor procariota Una vez la polimerasa ha sintetizado unos 10 nucleótidos, el factor sigma se disocia y la RNApol continua la síntesis de RNA © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados Lehninger.7th ed  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 INICIACIÓN EUCARIOTAS En eucariotas la RNA polimerasa necesita la participación de factores de transcripción para poder unirse al promotor e iniciar la transcripción. Algunos factores de transcripción reconocen una secuencia específica situada a unas -20 pares de bases del lugar de inicio (el codón de inicio suele ser ATG), denominada caja TATA. A esta secuencia se une un complejo proteico al que se unen posteriormente la RNA polimerasa y otros factores proteicos adicionales, formando el complejo de inicio de la transcripción © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 ELONGACIÓN 4. Unión de sucesiva de los siguientes nucleótidos: - Se van seleccionando por apareamiento específico con la hebra de DNA molde - Se forma una hélice dúplex híbrida DNA/RNA de ~8 pb. - La región que contiene la RNA polimerasa y la hélice híbrida se llama burbuja de transcripción 5. Avance de la burbuja de transcripción: La hélice de DNA se va desenrollando por delante y enrollando por detrás  puntos de superenrollamiento  topoisomerasas © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 TERMINACIÓN 6. Llegada a la señal de terminación en la hebra molde: - La polimerasa se para y el híbrido DNA/RNA se vuelve inestable 7. Disociación: - Disociación del híbrido DNA/RNA - Fusión y enrollamiento del DNA abierto - Desprendimiento de la RNA polimerasa En procariotas puede ser intrínseca o dependiente de la proteína 𝛒 (rho) a) Intrínseca (independiente de 𝛒): - Región que produce un tránscrito autocomplementario  plegamiento en horquilla - Secuencia AAA en la hebra molde b) Dependiente de 𝛒: proteína con actividad ATPasa que se une sitio rico en C del ARN © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  3. ETAPAS DE LA TRANSCRIPCIÓN Tema 9 TERMINACIÓN PROCARIOTAS Secuencias palindrómicas Suelen ser secuencias ricas en GC © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  4. EUCARIOTAS vs PROCARIOTAS Tema 9 DIFERENCIAS EN LA TRANSCRIPCIÓN PROCARIOTAS EUCARIOTAS El proceso es más simple El proceso es más complejo El ARN transcrito primario sufre en el núcleo el El ARN transcrito primario es funcional (no proceso de maduración o procesamiento precisa maduración post-transcripcional) post-transcripcional Los ARNm se empiezan a traducir según se Los ARNm deben ser transportados al van transcribiendo citoplasma para ser traducidos Interviene un solo tipo de RNApol Intervienen 3 tipos de RNApol (I, II y III) El ARNm es, en la mayoría de los casos, El ARNm es policistrónico (codifica para varias monocistrónico (codifica para una sola cadenas polipeptídicas) cadena polipeptídica) La señal de terminación es una secuencia La secuencia de terminación suele ser TTATT palindrómica © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  4. EUCARIOTAS vs PROCARIOTAS Tema 9 © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  5. MADURACIÓN EN EUCARIOTAS Tema 9 Es el procesamiento del RNA o conjunto de reacciones necesarias para transformar el transcrito primario en RNA maduro: 1. Capping 2. Poliadenilación 3. Splicing © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  5. MADURACIÓN EN EUCARIOTAS Tema 9 1. Capping (formación de la caperuza  guanina modificada): Ocurre mientras el RNA se está transcribiendo (cuando se han transcrito unos 20 nucleótidos) Sirve para proteger el extremo 5’, evitando la degradación de este mRNA por acción de las exonucleasas 5’ © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  5. MADURACIÓN EN EUCARIOTAS Tema 9 2. Poliadenilación del precursor de mRNA: Se añade una cola de 40-250 adeninas en el extremo 3’, evitando que las exonucleasas 3’ degraden la región codificante  participan dos enzimas (una de reconocimiento y otra de adición de la secuencia) © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  5. MADURACIÓN EN EUCARIOTAS Tema 9 3. Splicing o corte y empalme del precursor de mRNA: El DNA de un gen tiene zonas codificantes (exones) y zonas no codificantes (intrones) El transcrito primario de RNA es una copia del DNA y por tanto también los tiene, pero antes de que este se traduzca a proteínas es necesario cortar los intrones y eliminarlos, y empalmar los exones © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  5. MADURACIÓN EN EUCARIOTAS Tema 9 3. Splicing o corte y empalme del precursor de mRNA: Los intrones y exones son una ventaja para las células porque permiten producir con un mismo mRNA diferentes versiones de un gen y, por tanto, diferentes proteínas  fenómeno conocido como splicing alternativo imporant © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  6. TRANSCRIPCIÓN INVERSA Tema 9 Es la síntesis de DNA a partir de RNA Tiene lugar en algunos virus gracias a la enzima transcriptasa inversa  retrovirus La síntesis de DNA utiliza el RNA vírico como molde y un tRNA vírico como cebador Una vez sintetizada la doble y se inserta en el genoma cadena de DNA, se inserta en el DNA celular para poder utilizar la maquinaria enzimática celular para sintetizar sus propias proteínas © Copyright Universidad Europea. Todos los derechos reservados  6. TRANSCRIPCIÓN INVERSA Tema 9 y se inserta en el genoma © Copyright Universidad Europea. 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