- En què consisteix la transcripció de l'ADN?
- Transcripció en eucariotes (procés)
- - Com són els gens eucariotes?
- - Qui està a càrrec de la transcripció?
- - En què consisteix el procés?
- iniciació
- elongació
- terminació
- Transcripció en procariotes (procés)
- - Com són els gens procariotes?
- - Com és l'ARN polimerasa procariota?
- - En què consisteix el procés?
- iniciació
- elongació
- terminació
- referències
La transcripció de l'ADN és el procés pel qual la informació continguda en l'àcid desoxiribonucleic és copiada en forma d'una molècula similar, l'ARN, bé sigui com a pas previ per a la síntesi de proteïnes o per a la formació de molècules d'ARN que participen en múltiples processos cel·lulars de gran importància (regulació de l'expressió genètica, senyalització, etc.).
Tot i que no és cert que tots els gens d'un organisme codifiquen per a proteïnes, sí que ho és que totes les proteïnes d'una cèl·lula, ja sigui eucariota o procariota, són codificades per un o més gens, on cada aminoàcid està representat per un conjunt de tres bases d'ADN (codó).
Processament dels gens eucariotes (Font: Leonid 2 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0) via Wikimedia Commons)
La síntesi de la cadena polipeptídica pertanyent a qualsevol proteïna cel·lular passa gràcies a dos processos fonamentals: la transcripció i la traducció; tots dos summament regulats, ja que es tracta de dos processos de gran importància per al funcionament de qualsevol organisme viu.
En què consisteix la transcripció de l'ADN?
La transcripció implica la formació d'un "motlle" d'una molècula d'ARN coneguda com "ARN missatger" (ARNm) a partir de la seqüència "patró" codificada a la regió de l'ADN corresponent a el gen que s'ha de transcriure.
Aquest procés és dut a terme per un enzim anomenat ARN polimerasa, que reconeix llocs especials en la seqüència d'ADN, s'uneix a aquests, obre el bri d'ADN i sintetitza una molècula d'ARN utilitzant una de aquestes cadenes d'ADN complementàries com motlle o patró, fins quan es troba amb una altra seqüència especial de detenció.
La traducció, d'altra banda, és el procés a través d'el qual ocorre la síntesi de proteïnes. Consisteix en la "lectura" de la informació continguda en l'ARNm que va ser transcrit a partir d'un gen, en la "traducció" dels codons d'ADN en aminoàcids i en la formació d'una cadena polipeptídica.
La traducció de les seqüències nucleotídiques de l'ARNm és duta a terme per enzims coneguts com aminoacil-ARNt sintetases, gràcies a la participació d'altres molècules d'ARN conegudes com "ARN de transferència" (ARNt), que són anticodons dels codons continguts en el ARNm, els quals són còpia fidel de la seqüència d'ADN d'un gen.
Transcripció en eucariotes (procés)
Durant la transcripció en eucariotes l'ADN és usat com un motlle per crear un bri d'ARN missatger amb l'ajuda de l'enzim ARN polimerasa
En les cèl·lules eucariotes el procés de transcripció passa dins de el nucli, que és el principal orgànul intracel·lular on està contingut l'ADN en forma de cromosomes. Comença amb la "còpia" de la regió codificant d'el gen que es transcriu en una molècula simple banda coneguda com ARN missatger (ARNm).
Ja que l'ADN està confinat en aquest orgànul, les molècules d'ARNm funcionar com a intermediaris o transportadors en la transmissió de l'missatge genètic des nucli cap al citosol, on ocorre la traducció de l'ARN i està tota la maquinària biosintètica per a la síntesi de proteïnes (els ribosomes).
- Com són els gens eucariotes?
Un gen consisteix en una seqüència d'ADN les característiques determinen la seva funció, ja que l'ordre dels nucleòtids en aquesta seqüència és el que condiciona la seva transcripció i posterior traducció (en el cas d'aquells que codifiquen per a proteïnes).
Quan un gen és transcrit, és a dir, quan la seva informació és copiada en forma d'ARN, el resultat pot ser un ARN no codificant (ARNnc), que té funcions directes en la regulació de l'expressió genètica, en la senyalització cel·lular etc., o pot ser un ARN missatger (ARNm), que serà després traduït a una seqüència aminoacídica en un pèptid.
Representació de l'estructura d'un gen eucariota (Font: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)
Que un gen tingui un producte funcional en forma d'ARN o de proteïna depèn de certs elements o regions presents en la seva seqüència.
Els gens, eucariotes o procariotes, tenen dos brins d'ADN, una coneguda com el bri "sentit" i una altra "antisentit". Els enzims encarregades de la transcripció d'aquestes seqüències "llegeixen" únicament una de les dues brins, típicament el bri "sentit" o "codificant", que té "direcció" 5'-3 '.
Tot gen posseeix seqüències reguladores en els seus extrems:
- si les seqüències estan abans de la regió codificant (la qual serà transcrita) es coneixen com "promotores"
- si estan separades per molts kilobases, aquestes poden ser "silenciadores" o "potenciadores"
- aquelles seqüències que es troben més properes a la regió 3 'dels gens usualment són seqüències terminadoras, que li indiquen a la polimerasa que ha d'aturar i finalitzar la transcripció (o la replicació, segons sigui el cas)
La regió promotora es divideix en distal i proximal, segons la seva proximitat a la regió codificant. Està a l'extrem 5 'de l'gen i és el lloc que reconeix l'enzim ARN polimerasa i altres proteïnes per iniciar la transcripció de l'ADN a l'ARN.
A la part proximal de la regió promotora poden unir-se factors de transcripció, que tenen la capacitat de modificar l'afinitat de l'enzim a la seqüència que transcriurà, de manera que s'encarreguen de regular positivament o negativament la transcripció dels gens.
Les regions potenciadores i silenciadores també s'encarreguen de regular la transcripció genètica a l'modificar l ' "activitat" de les regions promotores per la seva unió amb elements activadors o repressors "aigües amunt" de la seqüència codificant de el gen.
Es diu que els gens eucariotes estan sempre "apagats" o "reprimits" per defecte, de manera que necessiten de la seva activació mitjançant els elements promotors per poder expressar-se (transcriure).
- Qui està a càrrec de la transcripció?
Sigui l'organisme que sigui, la transcripció és portada a terme per un grup d'enzims denominades ARN polimerases, que de forma similar als enzims encarregades de la replicació de l'ADN quan una cèl·lula està per dividir-se, s'especialitzen en la síntesi una cadena d'ARN a partir d'una de les cadenes d'ADN de el gen que es transcriu.
Les ARN polimerases són complexos enzimàtics de grans dimensions compostos per moltes subunitats. Existeixen de diferents tipus:
- ARN polimerasa I (Pol I): que transcriuen els gens que codifiquen la subunitat ribosomal "gran".
- ARN polimerasa II (Pol II): que transcriuen els gens codificants de proteïnes i produeixen micro ARNs.
- ARN polimerasa III (Pol III): que produeixen els ARN de transferència utilitzats durant la traducció i també l'ARN corresponent a la subunitat petita de l'ribosoma.
- ARN polimerasa IV i V (Pol IV i Pol V): són típiques de plantes i s'encarreguen de la transcripció d'ARN petits d'interferència.
- En què consisteix el procés?
Transcripció de gens eucariotes (Font: Erinp.5000 / CC BY-SA (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0) via Wikimedia Commons)
La transcripció genètica és un procés que pot estudiar-se com dividit en tres fases: iniciació, elongació i terminació.
iniciació
Durant la iniciació la regió promotora la regió promotora d'el gen funciona com a lloc de reconeixement per l'ARN polimerasa. Aquí és on es controla la major part de la expreión genètica
L'ARN polimerasa (posem com a exemple a l'ARN polimerasa II) s'uneix a la seqüència de la regió promotora, que consisteix en un tram de 6 a 10 parells de bases en l'extrem 5 'de l'gen, usualment a uns 35 parells de bases de el lloc d'inici de la transcripció.
La unió de l'ARN polimerasa comporta a la "obertura" de la doble hèlix de l'ADN, separant els fils complementàries. La síntesi de l'ARN comença en el lloc conegut com "lloc d'iniciació" i passa a la direcció 5'-3 ', és a dir, "aigües avall" o d'esquerra a dreta (per convenció).
La iniciació de la transcripció mediada per les ARN polimerases depèn de la presència concomitant de factors de transcripció proteics coneguts com a factors de transcripció generals, els quals contribueixen a la "ubicació" de l'enzim a la regió promotora.
Després que l'enzim ha començat a polimeritzar, aquesta es "desprèn" tant de la seqüència promotora com dels factors de transcripció generals.
elongació
Durant l'elongació l'ARN polimerasa llisca per la cadena que li serveix de motlle
Passa a mesura que l'ARN polimerasa es "mou" al llarg de la seqüència d'ADN i afegeix a l'ARN en creixement els ribonucleòtids complementaris amb el bri d'ADN que li serveix de "motlle". A mesura que l'ARN polimerasa "passa" per el bri d'ADN, aquesta torna a unir-se amb el seu bri antisentit.
La polimerització duta a terme per l'ARN polimerasa consisteix en atacs nucleofílics de l'oxigen en posició 3 'de la cadena d'ARN creixent a l'fosfat "alfa" de el següent precursor nucleotídic que serà afegit, amb la conseqüent formació d'enllaços fosfodiéster i l'alliberament d'una molècula de pirofosfat (PPi).
El conjunt comprès per el bri d'ADN, l'ARN polimerasa i el bri d'ARN naixent es coneix com bombolla o complex de transcripció.
terminació
Quan l'ARN polimerasa arriba a la regió terminal de el gen l'ARN missatger de transcripció està complet. Llavors l'ARN polimerasa, la cadena d'ADN i l'ARN missatger de transcripció es dissocien
La terminació té lloc quan la polimerasa arriba a la seqüència de terminació, la qual se situa, lògicament, "aigües avall" de el lloc d'iniciació de la transcripció. Quan això passa, tant l'enzim com l'ARN sintetitzat es "desenganxen" de la seqüència d'ADN que es transcriu.
La regió de terminació normalment consisteix en una seqüència d'ADN que és capaç de "plegar-se" sobre si mateixa, formant una estructura tipus "llaç de forquilla" (de l'anglès hairpin loop).
Després de la terminació, el bri d'ARN sintetitzada es coneix com transcrit primari, que és alliberat de l'complex de transcripció, després de la qual cosa pot o no ser processat post transcripcionalment (previ a la seva traducció a proteïna, si és el cas) a través d'un procés anomenat "tall i entroncament".
Transcripció en procariotes (procés)
Atès que les cèl·lules procariotes no tenen un nucli envoltat per una membrana, la transcripció ocorre en el citosol, a la regió "nuclear" específicament, on es concentra l'ADN cromosòmic (els bacteris posseeixen un cromosoma circular).
D'aquesta manera, l'augment en la concentració citosòlica d'una proteïna determinada és substancialment més ràpid en els procariotes que en els eucariotes, ja que els processos de transcripció i traducció ocorren en el mateix compartiment.
- Com són els gens procariotes?
Els organismes procariotes tenen gens molt similars als eucariotes: els primers també es valen de regions promotores i reguladores per a la seva transcripció, tot i que una diferència important té a veure amb que la regió promotora moltes vegades és suficient per aconseguir una "forta" expressió dels gens.
En aquest sentit, és important esmentar que, en general, els gens procariotes estan sempre "encesos" per defecte.
La regió promotora s'associa amb una altra regió, usualment «aigües amunt», la qual és regulada per molècules repressores i que es coneix com a «regió operadora».
Representació de l'estructura d'un gen procariota (Font: Thomas Shafee / CC BY (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0) via Wikimedia Commons)
Una diferència de la transcripció entre procariotes i eucariotes és que normalment els ARN missatgers dels eucariotes són monocistrónicos, és a dir, cada un conté la informació per sintetitzar una sola proteïna, mentre que en els procariotes aquests poden ser monocistrónicos o policistrónicos, on un sol ARNm pot contenir la informació per a dos o més proteïnes.
Així, és ben sabut que els gens procariotes que codifiquen per a proteïnes amb funcions metabòliques similars, per exemple, es troben en grups coneguts com operons, que són transcrits simultàniament en una forma d'una sola molècula d'ARN missatger.
Els gens procariotes estan densament empaquetats, sense moltes regions no codificants entre ells, de manera que un cop transcrits en molècules d'ARN missatgers lineals, poden ser traduïts a proteïna immediatament (els ARNm eucariotes sovint necessites processament posterior).
- Com és l'ARN polimerasa procariota?
Els organismes procariotes com els bacteris, per exemple, fan servir la mateixa enzim ARN polimerasa per transcriure tots els seus gens, és a dir, aquells que codifiquen per a les subunitats ribosòmiques i aquells que codifiquen per a les diferents proteïnes cel·lulars.
En el bacteri E. coli l'ARN polimerasa està composta per 5 subunitats polipeptídiques, dues de les quals són idèntiques. Les subunitats α, α, β, β 'comprenen la porció central de l'enzim i es munten i desensamblan durant cada esdeveniment de transcripció.
Les subunitats α són les que permeten la unió entre l'ADN i l'enzim; la subunitat β s'uneix als ribonucleótidos trifosfat que seran polimeritzats segons el motlle d'ADN en la molècula d'ARNm naixent i la subunitat β 's'uneix a aquesta cadena d'ADN motlle.
La cinquena subunitat, coneguda com σ participa en la iniciació de la transcripció i és la que li confereix especificitat a la polimerasa.
- En què consisteix el procés?
La transcripció en els procariotes és molt similar a la dels eucariotes (també es divideix en iniciació, elongació i terminació), existint algunes diferències pel que fa a la identitat de les regions promotores ia la dels factors de transcripció necessaris perquè l'ARN polimerasa exerceixi les seves funcions.
Tot i que les regions promotores poden variar entre les diferents espècies procariotes, hi ha dues seqüències "consens" conservades que poden identificar-se fàcilment a la regió -10 (TATAAT) ia la regió -35 (TTGACA) aigües amunt de la seqüència codificant.
iniciació
Depèn de la subunitat σ de l'ARN polimerasa, doncs mitjana la interacció entre l'ADN i l'enzim, fent-la capaç de reconèixer les seqüències promotores. La iniciació acaba quan es produeixen alguns transcrits abortius d'uns 10 nucleòtids que són alliberats.
elongació
Quan la subunitat σ es desenganxa de l'enzim comença la fase d'elongació, que consisteix en la síntesi d'una molècula d'ARNm en direcció 5'-3 '(aproximadament a 40 nucleòtids per segon).
terminació
La terminació en els procariotes depèn de dos tipus de senyals diferents, pot ser depenent de Rho i independent de Rho.
Aquella dependent de Rho és controlada per aquesta proteïna que "segueix" a la polimerasa a mesura que avança en la síntesi de l'ARN fins a aquesta última que aconsegueix una seqüència rica en guanines (G), es frena i entra en contacte amb la proteïna Rho, dissociant de l'ADN i de l'ARNm.
La terminació independent de Rho és controlada per seqüències específiques de el gen, usualment riques en repetits guanina-citosina (GC).
referències
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2007). Molecular biology of the cell. Garland Science. New York, 1392.
- Griffiths, AJ, Wessler, SR, Lewontin, RC, Gelbart, WM, Suzuki, DT, & Miller, JH (2005). An introduction to genetic analysis. Macmillan.
- Lodish et, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Scott, MP, Bretscher, A.,… & Matsudaira, P. (2008). Molecular cell biology. Macmillan.
- Nelson, DL, Lehninger, A EL, & Cox, MM (2008). Lehninger principles of biochemistry. Macmillan.
- Rosenberg, LI, & Rosenberg, DD (2012). Human Gens and Genomes: Science. Health, Society, 317-338.
- Shafee, T., & Lowe, R. (2017). Eukaryotic and prokaryotic gene structure. Wiki Journal of Medicine, 4 (1), 2.
- McGraw-Hill Animations, youtube.com. DNA transcription and translation.