Transcripción del ADN: Síntesis de ARN

La transcripción es el proceso mediante el cual la información genética codificada en el ADN se copia en una molécula de ARN. La hebra molde de ADN se lee en dirección 3′ a 5′, mientras que la cadena de ARN naciente se sintetiza en dirección 5′ a 3′.

Características de la Transcripción

• A partir de un cromosoma se debe producir la síntesis de ARNs.
• La velocidad de síntesis de ARN es 20 veces mayor que la síntesis de ADN.
• Es un proceso altamente selectivo.
• Solo una parte de la secuencia del ADN es transcrita para producir ARNs nucleares.
• Proceso altamente regulado, donde participan secuencias regulatorias que indican el comienzo y término de la secuencia de ADN que va a ser transcrita.
• La enzima responsable de la síntesis de un ARN es la ARN polimerasa.
• No necesita de un cebador (partidor).

Clases de ARNs

Durante la transcripción se producen diferentes tipos de ARN:

• ARN mensajero (mRNA): molécula que lleva la información codificada para la síntesis de uno o más polipéptidos.
• ARN de transferencia (tRNA): molécula adaptadora que lee la información codificada en el mRNA y que transfiere el aminoácido adecuado a la cadena polipeptídica que se está sintetizando en los ribosomas.
• ARN ribosomal (rRNA): molécula asociada a proteínas especializadas para construir los ribosomas.

Etapas de la Transcripción

1. Unión: La ARN polimerasa se une al ADN molde en las secuencias promotoras, formando el complejo cerrado.
2. Iniciación: Desenrollamiento del ADN formando la burbuja de transcripción (Complejo abierto), incorporación de los primeros ribonucleótidos (comienza con GTP o ATP). Su grupo 5′ trifosfato no es hidrolizado y permanece intacto.
3. Elongación: Síntesis de la cadena de ARN, formándose un híbrido ADN-ARN transiente de 8 pb.
4. Terminación: Formación de estructuras secundarias que determinan la liberación de la ARN polimerasa y del transcrito.

Tipos de Terminación

• Terminación dependiente de Rho: Cuando la ARN polimerasa va llegando al final de un gen se encuentra con secuencias autocomplementarias que permiten que el nuevo ARN forme una estructura de doble hebra. Rho es una proteína ADN/ARN helicasa que se une a esta estructura y rompe el híbrido ADN/ARN, terminando la transcripcion.
• Terminación independiente de Rho: A la formación de la estructura secundaria autocomplementaria de 15 a 20 nucleótidos en la molécula de ARN naciente, se suma una serie de uridilatos incorporados al final del ARN. Este híbrido U:A es muy débil y se rompe fácilmente.

Genes Mono y Policistrónicos

• Gen monocistrónico: Cuando un gen codifica para un mRNA y este se lee en ribosomas formando una proteína (común en eucariotas y algunos bacterianos).
• Gen policistrónico: La mayoría de los genes en bacterias (y en algunos eucariotas) forman un ARN transcrito, a partir del cual se pueden generar varios ARNs funcionales.

Es común en bacterias que se encuentren los operones, formados por genes que codifican para varias proteínas regulatorias de la expresión génica frente al ambiente.

Transcripción Eucariota

En eucariotas existen 3 ARN polimerasas responsables de la síntesis de diferentes tipos de ARN:

• ARN polimerasa I: Sintetiza un transcrito de ARN pre-ribosomal que contiene los precursores para los rRNAs.
• ARN polimerasa II: Sintetiza los mRNAs y otros ARNs especiales.
• ARN polimerasa III: Sintetiza los tRNAs, el rRNA 5S y otros ARNs pequeños especializados.

Secuencias Promotoras en Eucariotas

Regiones del ADN con una función similar que en procariotas. Estas secuencias promotoras o cajas son reconocidas por proteínas específicas, llamadas factores de transcripción que ayudan a las ARN polimerasas a unirse a los genes y leerlos.

Modificaciones Post-transcripcionales

Es un proceso que ocurre para la maduración de tRNAs bacterianos y los transcritos de mRNAs y tRNAs eucariotas. En el caso de los ARN mensajeros eucariotas, para madurar pasan por tres etapas:

1. Modificación de su extremo 5′: Incorporación de un casquete (CAP) en el extremo 5′ del transcrito.
2. Proceso de corte y empalme (splicing): Eliminación de todas las regiones no codificantes (intrones) de una molécula de ARN transcrito, permitiendo la unión de todos los exones.
3. Adición de cola poliA: Incorporación de un polímero de 20 a 250 adenilatos (cola de poliA) en el extremo 3′ del nuevo mRNA maduro.

I) Incorporación del Casquete en el Extremo 5′ y Metilaciones Específicas

El primer ribonucleótido de los mRNAs es trifosfatado. Sobre este primer ribonucleótido se incorpora una 7-metil-guanosina. Posteriormente se incorporan grupos metilos en los carbonos 2′ de los dos primeros ribonucleótidos. Estas modificaciones tienen por objeto proteger los mRNAs de una degradación por nucleasas.

III) Modificación de mRNAs: Adición de la Cola de PoliA al Extremo 3′

En el extremo 3′ del ARN transcrito, se incorpora una serie de adeninas, formando la cola poliA.

Hibridación ADN/mRNA Maduro

Al hibridar un mRNA maduro con su respectivo gen, se observa que solo los exones se complementan con el ARN, mientras que los intrones, al no encontrar secuencias complementarias forman estructuras tipo lazo.