Transcripción del ADN

Transcripción del ADN Concepto: Proceso central en el crecimiento y desarrollo de la célula, en el cual la información genética contenida en el ADN se copia en un ARN específico: ribosomal, de transferencia o mensajero.

Transcripción del ácido desoxirribonucléico. Proceso mediante el cual los genes que se encuentran en el ADN de los cromosomas son selectivamente localizados, reconocidos y transcritos, produciendo ARN mensajero, ribosomal (estructural) y de transferencia (adaptadores). Puede ser descrito como mecanismo básico de complementariedad de bases, añadidas en forma gradual, unidireccional y antiparalela, sin necesidad de un iniciador y acoplada a la hidrólisis del pirofosfato.

Características generales

• Tiene por precursores a los cuatro ribonucleósidos trifosfatados: ATP, GTP, UTP, yCTP. En la reacción de polimerización estos son añadidos de un extremo al otro de la hebra por enzimas denominadas ARN polimerasas dependientes de ADN o ARN polimerasas.
• La secuencia de bases de ARN es complementaria a la cadena de ADN copiado.
• La cadena de ARN crece en dirección 5'-3' mientras que se va copiando la cadena de ADN en dirección 3'-5' por lo que la síntesis es antiparalela y unidireccional.
• La reacción básica de polimerización consiste en la adición de un ribonucleósido trifosfatado al extremo 3'-OH del nucleótido precedente y, de esta forma, con la liberación de pirofosfato; se forma un enlace fosfodiéster.
• Proceso acoplado a la hidrólisis de pirofosfato.
• Ocurre el comienzo de la síntesis sin necesidad de un iniciador.

Requerimientos

Para que el proceso de formación de cada uno de los ARN se complete con éxito durante la transcripción es necesario que un exista un gen que codifique al ARN, así como otras secuencias reguladoras de su expresión. También debe existir una ARN polimerasa encargada de la unión de los ribonucleótidos mediante enlaces polimerizantes 3'-5' fosfodiéster. Es imprescindible la presencia de factores de transcripción (proteínas que facilitan el ensamblaje del complejo de transcripción y la acción de las ARN polimerasas). No podemos olvidar a los ribonucleótidos que sirven de sustrato y a las enzimas especiales que se encargan de la maduración o procesamiento de los ARN para que posean toda su funcionabilidad.

Etapas fundamentales

Para el mejor estudio del proceso de transcripción este puede ser dividido en cinco etapas:

Etapa de Preiniciación

Los eventos de preiniciación consisten en la localización, por parte de la ARN polimerasa, de un sitio específico del ADN y la separación de las dos cadenas, de forma que la secuencia de bases sea accesible a la enzima. Por convención se representa a la hebra de ADN, que no es copiada, y se designa como la hebra codificante por ser muy parecida en su secuencia al ARN, esta se debe escribir de izquierda a derecha en el sentido 5'-3'. La otra hebra se denomina molde porque esta es precisamente su función. La primera base que se transcribe se toma como referencia y se designa como +1. Las escritas a su izquierda llevan números negativos y las que van hacia la derecha, números positivos -la posición 0 no existe-; por ejemplo:

5' ---G C T A T A A T G T G T G G A G C A T T G---3'

xxxxxxxx-10xxxxxxxx-5xxxxxx+1xxxxxx+5xxxxxxxxxxxxx

Si en la secuencia de bases escrita a partir de la adenina +1 sustituimos las T por U, tendríamos la secuencia del ARN transcrito primario. El elemento central de la regulación de la transcripción es el promotor, que se define como un segmento de ADN; este contiene las señales para la unión adecuada de la holoenzima de la ARN polimerasa y su posterior activación para formar un sitio capaz de iniciar la transcripción. El promotor contiene, además, en sí o en sus alrededores, otras señales que controlan la unión específica de las proteínas reguladoras; estas proteínas modulan la efectividad de la unión de la polimerasa con el promotor.

El reconocimiento entre la ARN polimerasa y el promotor se debe a la presencia de un grupo de donantes y aceptores de puentes de hidrógeno orientados específicamente, que interactúan con grupos similares en el dominio de unión de la enzima; estos determinan la especificidad del reconocimiento. A la estabilidad contribuyen otras interacciones menos específicas, pero más fuertes, con las interacciones iónicas entre las cargas negativas de la parte monótona de la estructura del ADN y residuos básico del dominio de unión de la proteína, y quizás interacciones hidrofóbicas entre el metilo de la timina y grupos apolares de la superficie de la enzima. La unión de la polimerasa en sitio adecuado provoca un desenrollamiento local del ADN (favorecido por el elevado contenido de pares AT) que incluye aproximadamente las bases de -10 a +5. Esta estructura es muy estable y recibe el nombre de "promotor abierto". Una vez formado el promotor abierto, la enzima comienza a deslizarse sobre el ADN, hasta arribar a la primera base que va a ser copiada.

Etapa de Iniciación

La iniciación de la transcripción comienza con la unión al complejo, formado por la polimerasa y el promotor abierto del ribonucleósido trifosfatado que formará al extremo 5'-P de la cadena naciente de ARN. La unión del segundo nucleótido y la formación del enlace fosfodiéster forma también parte de la iniciación; por lo tanto consiste en la formación de un complejo ternario entre la polimerasa, el ADN y un segmento de ARN, lo suficientemente largo para que el complejo sea estable y no se disocie. La ARN polimerasa contiene dos sitios de unión para nucleósidos trifosfatados, llamados sitios de iniciación y de elongación. El primero une frecuentemente nucleótidos de purina, casi siempre ATP, luego la primera base en ser copiada es casi siempre la timina, que ocupa la posición +1 en el ejemplo. Una vez formado par AT se incorpora otro nucleósido trifosfatado al sitio de elongación; solo se incorporará aquel capaz de formar un par con la base +2, por ejemplo la citosina.

Cuando los dos sitios están ocupados se produce la reacción y queda formado el primer enlace fosfodiéster. Inmediatamente después se produce el movimiento de la polimerasa hacia el nucleótido siguiente. El final de la iniciación está determinado por la separación del factor σ y la formación de un complejo ternario estable.

Etapa de Elongación

Después de ser liberado el factor σ, la polimerasa adquiere una nueva conformación y se forma un complejo ternario (polimerasa-ADN-ARN naciente) que se caracteriza por su alta estabilidad. En esta etapa se pueden describir los siguientes pasos:

1. Unión a la enzima del nucleósido trifosfatado sustrato de forma específica para la ribosa y la base.
2. Ataque nucleofílico del P(α) al 3'-OH con la consiguiente formación del enlace fosfodiéster y la generación de pirofosfato.
3. La polimerasa es traslocada a lo largo de la cadena de ADN produciéndose un desenrollamiento por delante y un enrollamiento por detrás.

La zona de elongación tiene una longitud constante de 17pb, se supone que esto se deba a una propiedad de la enzima y no a la secuencia de bases en la cadena de ADN. Un detalle importante es que el desplazamiento de la polimerasa no se produce a una velocidad constante; hay zonas en que le desplazamiento es más rápido que en otras, incluso existen pausas donde la enzima se detiene totalmente, estas pausas están relacionadas con las zonas ricas en pares CG. La polimerasa en su movimiento va desenrollando la doble hebra de ADN y esto es más difícil donde predominan los pares CG.

Etapa de Terminación

La terminación de la síntesis del ARN ocurre en sitios de secuencias de bases específicas en la molécula de ADN. Todo parece indicar que la formación de la estructura en "tallo y asa", en la molécula de ARN, está implicada notablemente en le mecanismo de la terminación. Se ha comprobado que mientras mayor sea el contenido de pares CG de dicha estructura y mayor la longitud de la cola de poli(U), la terminación será más efectiva. No se conoce con exactitud como se produce la terminación, pero parece estar relacionada con una pausa en el movimiento de la polimerasa. El proceso incluye: el cese de la elongación de la cadena de ARN, la liberación del ADN neoformado y la liberación de la ARN polimerasa del ADN.

Etapa de Posterminación

Acerca del proceso de posterminación o maduración de los ARN en procariontes se pueden hacer cuatro afirmaciones o valoraciones basadas en los resultados obtenidos de experimentos prácticos realizados fundamentalmente con E. coli:

1. Todos los ARNt y los ARNr son procesados exceptuándose de este proceso los ARNm.
2. Para generar el extremo 3'-OH y el 5'-P se requieren cerca de diez tipos de ARNasa.
3. Durante el evento de reconocimiento las ARNasas favorecen a las estructuras tridimensionales antes que a las secuencias de bases.
4. Se forman bases raras por transformación enzimática de las bases comunes.

Inhibidores de la transcripción

Estructura de la rifampicina

Pueden ser considerados dos tipos fundamentales de inhibidores de este proceso: los que impiden la separación de las cadenas de ADN, que por lo general son también inhibidores de la replicación, y los que actúan de forma directa sobre las polimerasas. Entre ellos se encuentra el antibiótico rifampicina, que actúa sobre la ARN polimerasa impidiendo la fase de iniciación. Una sustancia denominada α-amanitina que inhibe la síntesis de ARm en organismos eucariotas pues actúa sobre la ARN polimerasa II. Estos inhibidores presentan importantes aplicaciones terapéuticas y un inapreciable valor en el uso de laboratorio.

Véase también

• Genética
• Código genético
• Genoma humano
• Biotecnología_moderna

Enlaces externos

• El misterioso elfo de Leewenhoek: el recorrido desde el microscopio hasta el ADN en el Museu Virtual Interactivo de la Genética y el ADN
• Modelo en 3 dimensiones de la estructura del ADN. Interactivo. Requiere Java.
• Instituto de Genética Humana

Fuentes

• Colectivo de autores. Morfofisiología Humana I. Editorial: Ecimed, La Habana, 2007. ISBN 978-959-212-244-4
• De Robertis EDP, De Robertis EMF. Biología Celular y Molecular. Editorial: Revolucionaria, La Habana, 1984.
• Cardellá-Hernández y otros autores. Bioquímica Médica II. Editorial: Ecimed, La Habana, 1999. ISBN 959-7132-16-8
• Diccionario Terminológico de Ciencias médicas. Editorial: Revolucionaria, La Habana, 1984.