Presentación del contenido
Introducción
¡Hola!
Me siento muy feliz al saber que sigues aprovechando esta Unidad de Aprendizaje de Biología Molecular, espero que la sigas disfrutando. Te invito a comenzar nuestra quinta clase con el tema Expresión de la información genética, Transcripción en procariotas.
En las clases anteriores se abordó el proceso de replicación, la primera etapa en el Dogma Central de la Biología Molecular. La siguiente etapa es la Transcripción, pero antes de estudiar este proceso, iniciaremos hablando sobre la estructura general de un gen y de los aspectos generales sobre el proceso de transcripción, posteriormente se hablará sobre la transcripción en procariotas. En la siguiente clase abordaremos la transcripción en eucariotas.
¡Comencemos!
Desarrollo del tema
Estructura general de un gen
Como se mencionó en la clase 1, un gen es una secuencia de ADN que codifica para una proteína o un ARN. Para que un gen se exprese, primero tiene que ser transcrito, es decir, la información almacenada en el ADN debe ser copiada para generar un ARN. Esto es lo que sucede durante la transcripción. Y para que esta ocurra de forma correcta, el gen posee determinados elementos que son importantes para ello. La estructura general de un gen se muestra en la imagen 1. Como se muestra en la figura, los elementos principales son: promotor, región estructural y terminador.
El promotor es el inicio del gen. Es el sitio en donde se une la ARN polimerasa, la enzima responsable de la transcripción. Incluye la primera base que va a ser transcrita, denominada punto de inicio. A esta base se le asigna el número +1. Esta asignación permite dar la localización de secuencias específicas en el gen. Con base en esto, si la región de interés se encuentra en dirección al extremo 5′, se dice que esta río arriba del punto de inicio. Si está en dirección al extremo 3′ se dice que está río abajo del punto de inicio. Así, la región promotora se localiza río arriba del sitio de inicio (Imagen 2).
Tomado de Lodish H. et al. (2016).
La región estructural de un gen corresponde a la secuencia que va a ser transcrita. Es decir, la secuencia que da origen al ARN.
El terminador, como su nombre lo indica, es el sitio en donde termina la transcripción. Aquí se encuentran las secuencias que le van a indicar a la ARN polimerasa que es el final del gen.
Estos tres elementos son indispensables para la correcta transcripción del gen. Esto último es importante porque la transcripción es el primer paso en la expresión de un gen.
Transcripción
Al igual que la replicación, la transcripción sucede dentro de una burbuja de transcripción, en la cual, la ARN polimerasa va sintetizando la cadena de ARN. En esta burbuja, las dos cadenas de ADN se separan, similar a lo que ocurre en la replicación. La cadena que se utiliza para dirigir la síntesis de la cadena de ARN es la que va en el sentido de 3′ a 5′. A esta cadena se le denomina cadena no codificante o cadena molde. De esta manera, el ARN recién sintetizado tiene la dirección 5′ a 3′ y la secuencia es la misma que la de la cadena de ADN que va en la dirección 5′ a 3′. A esta cadena se le denomina cadena codificante. Lo único que cambia es la timina por el uracilo (Imagen 3).
Tomado de Lodish H. et al. (2016).
De manera similar a la replicación, la transcripción se divide en 3 etapas: inicio, elongación y terminación.
En la etapa de inicio, la ARN polimerasa reconoce la región promotora, se genera la burbuja de transcripción y comienza la síntesis del ARN. Durante la etapa de elongación, la ARN polimerasa se mueve a lo largo de la cadena de ADN mientras va sintetizando el RNA. Por último, en la etapa de terminación el ARN transcrito se libera y la cadena de ADN se vuelve a unir. Se cierra la burbuja de transcripción. Veamos cada etapa a detalle.
Inicio de la transcripción en procariotas
Para que dé inicio la transcripción, lo primero que debe suceder es la unión de la ARN polimerasa a la región promotora. La enzima debe ser capaz de localizar dicha región. Para ello, la enzima primero se une a la cadena de ADN de forma inespecífica y se va deslizando sobre ella hasta encontrar la región promotora. ¿Cómo reconoce la ARN polimerasa que esa secuencia corresponde al promotor? En los promotores procariotas existen varios elementos que contribuyen a su reconocimiento por la RNA polimerasa:
- Dos elementos de 6 pares de bases, el elemento -10 y el elemento -35, incluida la secuencia que los separa. El primer elemento se denomina Caja Pribnow o caja TATA y su secuencia es TATAAT. El segundo elemento es la Caja GACA cuya secuencia es TTGACA. Estos dos elementos interactúan con el factor sigma de la RNA polimerasa, que es el encargado de reconocer la región promotora.
- La distancia entre los dos elementos. Esta tiene una longitud de aproximadamente 16 a 18 pb en cerca del 90% de los promotores.
El factor sigma de la ARN polimerasa es el que reconoce a la secuencia promotora. Una vez que la reconoce, este se separa del núcleo de la enzima para que la etapa de elongación comience. La RNA polimerasa posee actividad helicasa y puede iniciar la síntesis desde cero. Es decir, no requiere de un primer o cebador como la ADN polimerasa. Una vez que el factor sigma se separa, comienza la etapa de elongación.
Elongación y terminación de la transcripción
Durante la etapa de elongación, la RNA polimerasa va incorporando ribonucleótidos a la cadena creciente de RNA. El RNA generado se denomina transcrito primario. La enzima se va desplazando a lo largo de la cadena de ADN sintetizando el RNA, hasta que alcanza la región terminadora. Estas últimas etapas las abordaremos en el siguiente video titulado RNA Stability.
Conclusión
En resumen, la transcripción es el primer paso en la expresión de genes. Para que un gen se exprese es necesario que primero se transcriba. La transcripción es el paso de ADN a RNA, es decir, la información almacenada en el ADN se copia en forma de RNA. La enzima encargada de llevar a cabo este proceso se denomina RNA polimerasa. Esta enzima reconoce la región promotora del gen y una vez unida a ella comienza la síntesis de la cadena de ARN. Es por ello que el promotor es uno de los elementos principales de un gen, ya que si este sufre alguna modificación en su secuencia se verá alterada la expresión del mismo.
Es importante recordar que en procariotas el ARN generado no necesita un proceso de maduración para poder ser traducido y que, además, la transcripción y la traducción están acopladas, es decir, se llevan a cabo al mismo tiempo.
Es así como se concluye pues con esta quinta sesión. ¡Felicitaciones por tu esfuerzo y dedicación! No olvides realizar y mandar en tiempo y forma tu tarea, hasta luego. Te espero en la próxima clase en la que estudiaremos el proceso de transcripción en eucariotas.
Fuentes de información
- Krebs J., Goldstein E.S., and Kilpatrick S.T. (2018) Lewin’s Genes XII. Editorial Jones and Bartlett
- Alberts B. et al. (2015). Molecular Biology of the cell. Garland Science
- Lodish H. et al. (2016). Molecular Cell Biology, 8th Edition, W.H. Freeman and Company
- Beattie TR y Reyes-Lamothe R (2015) A Replisome’s journey through the bacterial chromosome. Front. Microbiol. 6:562
- Lisker, R., Zentella, A.D., Grether, P.G. (2013). Introducción a la Genética Humana. (3a ed.), UNAM, Facultad de Medicina: El Manual Moderno