Transcripción

En las rutas de transmisión de la información genética, se denomina transcripción al proceso de trasvase de la información contenida en el ADN, a la molécula de ARN. Constituye el primer paso en la expresión de los genes, y mediante esta ruta se sintetizan todos los tipos de ARN que existen en la célula. En la transcripción cada ARN formado corresponde a la copia de una porción o segmento de ADN. La información escrita en una secuencia de desoxirribonucleótidos se convierte en información escrita en una secuencia de ribonucleótidos cuyas bases son complementarias a las del ADN. El lenguaje escrito en bases nitrogenadas continúa siendo el mismo, con la salvedad de que cambia una base pirimidínica, la timina del ADN que es sustituida por el uracilo del ARN. 

La molécula de ARN es extraordinariamente versátil, y desarrolla funciones muy variadas en la célula. Se sabe actualmente, que estas moléculas no son sólo portadoras de información gené- tica, sino que también tienen acciones catalíticas, estando así ubicadas a mitad de camino entre el concepto de enzima y de ácido nucleico.

El proceso empieza cuando la ARN polimerasa se une a unas secuencias específicas llamadas promotores. La doble hélice del ADN se desenrolla formado el bucle de transcripción (unos 17 nucleótidos) para servir de molde para la síntesis del ARN, de tal manera que solamente una de las dos cadenas es la que transcribe la información al ARN. La cadena de ADN que sirve de molde se denomina ”cadena molde”, mientras que la complementaria se llama “cadena codificante”, identica en secuencia de bases al ARN transcrito excepto que la timina es sustituida por uracilo. Los ribonucleótidos trifosfato existentes en el fluido celular (ATP, GTP, CTP y UTP) se desplazan hacia la parte desenrollada de la doble hélice del ADN y se sitúan complementando la cadena (T=A; A=U; C=G). Cuando estos nucleótidos se encuentran adecuadamente situados se unen entre si por acción de la enzima ARNpolimerasa (en el sentido 5`→ 3`). Finalmente, el ARN se separa y el ADN recupera la estructura de doble hélice. El ARNm así formado sufre pocas modificaciones en el caso de los procariotas, pero sufre importantes modificaciones postranscripcionales en el caso de los eucariotas, eliminándose los intrones (secuencias del genoma que no codifican nada), formando así el ARNm maduro que se traducirá en proteínas. El ADN se utiliza también como molde para la síntesis de los otros dos tipos de ARN, el transferente y el ribosómico.

 Las principales diferencias entre el proceso de trancripción en procariotas y eucariotas pueden resumirse como sigue:

• En procariotas no hay separación física entre transcripción y traducción, mientras que en los eucariotas la transcripción tiene lugar en el núcleo, donde está el ADN, y la traducción en el citoplasma donde están los ribosomas.
•  En procariotas los ARNm son policistrónicos (llevan varios genes) y en eucariotas por lo general son monocistrónicos. 
• En procariotas hay un solo tipo de ARN polimerasa, mientras que en eucariotas hay al menos 3 tipos de ARN polimeras distintas (una para cada tipo de ARN). 
•  En Procariotas los ARNm sufren pocas modificaciones postranscripcionales, mientras que en eucariotas sufren muchas, entre ellas la eliminación de intrones.

La ARN polimerasa necesita al igual que la ADN polimerasa los cuatro nucleótidos trifosfato (ATP, GTP, CTP, UTP), Mg2+ y la cadena patrón de ADN cuya secuencia determinará la del ARN, pero a diferencia de la ADN polimerasa no necesita cebador para iniciar la síntesis de la cadena (Figura 3). La ARN polimerasa al igual que la ADN polimerasa sólo lee en el sentido 3`→ 5` y sintetiza la nueva hebra en el sentido 5`→ 3`. La primera etapa del proceso de transcripción es la unión de la ARN polimerasa a la molécula de ADN; esta unión se produce por unas zonas específicas del ADN denominadas promotores, que indican a la enzima que tiene que empezar a transcribir. El reconocimiento del promotor es un paso crucial de la transcripción, tanto en lo que se refiere al mecanismo como para la regulación de la transcripción, como veremos en el próximo tema. También la terminación obedece a ciertas secuencias específicas denominadas secuencias de terminación.

 Los promotores son zonas específicas del ADN donde se une la ARN polimerasa para empezar la transcripción, y dirigen la transcripción de los genes adyacentes. Las secuencias de los promotores no son idénticas pero se han encontrado en muchas bacterias ciertas secuencias que son particularmente comunes en ciertas posiciones (secuencia consenso). Se sitúan unos 10 y 35 nucleótidos a la izquierda de donde se inicia la transcripción y se llaman secuencia –35 o caja de entrada y secuencia –10 o caja TATA.

* http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-salud/fisiologia-general/materiales-de-clase-1/tema-1.-introduccion-al-estudio-de-la-fisiologia/Tema%207C-Bloque%20I-Transcripcion.pdf

*http://www.uhu.es/08007/documentos%20de%20texto/apuntes/2006-07/tema_10_replic_transc_traduc.pdf 

Replicación del ADN

Luego del descubrimiento de la estructura del ADN, en 1957 dos biólogos americanos, Matthew Meselson y Franklin Stahl utilizando cultivos bacterianos de Escherichia coli, demostraron que el ADN celular se replica por el mecanismo semiconservativo propuesto por Watson y Crick. En el experimento, aprovecharon la disponibilidad de un isótopo pesado del nitrógeno (15N) y un método extremadamente sensible para separar macromoléculas a base de su densidad. Estos investigadores utilizando el elemento N presente en la molécula de ADN, como el 14N y el la incorporación del 15N radiactivo, pudieron demostrar que cuando el ADN se replica, una de sus cadenas pasa a las células hijas sin cambiar ( 14N) y es la que actúa como de molde o patrón, para así formar una segunda hebra complementaria (15N y completar las dos cadenas del ADN. 

El inicio de la replicación, tanto en procariotas como en eucariotas, se produce cuando la doble hélice de ADN es desenrollada y abierta en una secuencia específica de nucleótidos denominada origen de replicación. En los procariotas existe un único origen de replicación, localizado dentro de una secuencia específica de nucleótidos cuya longitud es de aproximadamente 300 pares de bases; en los eucariotas, en cambio, hay múltiples orígenes de replicación.

 Si se observa la figura, la zona de síntesis donde se comienzan a separar las cadenas progenitoras, la molecúla de ADN parece formar una estructura en forma de Y, denominada horquilla de replicación. Dentro de esta horquilla, la ADN polimerasa, sintetiza las nuevas cadenas complementarias. La replicación es bidireccional, por lo tanto existen dos horquillas de replicación que se mueven en direcciones opuestas desde el origen de replicación. 

 Para la síntesis de una nueva cadena complementaria de ADN se necesita no solo la presencia de la cadena progenitora (vieja) que sirva de molde, sino también de una secuencia de inicio para la nueva cadena que permita que la ADN polimerasa prolongue la cadena. Esta secuencia de inicio, conocida habitualmente como cebador (primer, en inglés) está formada por nucleótidos de ARN. Los nucleótidos de ARN pueden formar puentes de hidrógeno con los nucleótidos de la cadena de ADN, siguiendo un principio similar de complementariedad (la G se aparea con la C, la A del ARN con la T del ADN y el U del ARN con la A del ADN). La síntesis del cebador es llevada a cabo por una enzima denominada ARN primasa.

 Con los cebadores de ARN colocados en el lugar correcto, la ADN polimerasa agrega nucleótidos al extremo 3’ de las cadenas en crecimiento y a continuación cataliza la formación del enlace fosfodiéster para ligar este residuo a la nueva cadena que crece. El complejo polimerásico, no formará la unión fosfodiéster, a menos que la base que está entrando a la cadena en formación, sea complementaria a la base existente en la cadena patrón. La frecuencia con la que se inserta una base equivocada es menor a 1 en 100 millones, debido a la capacidad de la ADN polimerasa de corregir errores (eliminación de nucleótidos mal incorporados). 

Se comprobó que las primeras polimerasas descubiertas sintetizaban nuevas cadenas solamente en la dirección 5´- 3´. Dada la estructura antipararela de la doble hélice de ADN, la replicación de las dos nuevas cadenas de ADN sobre los dos brazos de la horquilla de replicación parecía requerir la síntesis en la dirección 5´- 3´, sino también en la dirección 3´- 5´. Durante varios años los investigadores trataron de identificar otra ADN polimerasa que pudiera funcionar en la dirección 3´-5´, pero no la encontraron. Un científico japonés, Reiji Okazaki encontró que, aunque la cadena 5´-3´ se sintetiza continuamente como una sola unidad, la cadena 3´-5´ se sintetiza de manera discontinua, como una serie de fragmentos, cada uno de los cuales es sintetizado en la dirección 5´-3´.

 La cadena que crece de manera continua se conoce como cadena adelantada y la cadena que se sintetiza por fragmentos se conoce como cadena retrasada. La síntesis de la cadena adelantada requiere un único cebador en un único sitio, pero la síntesis de los fragmentos que conforman la cadena rezagada, los fragmentos de Okazaki, requieren múltiples cebadores. 

Una vez que la ADN polimerasa alarga estos cebadores, todos los fragmentos de ARN de la hebra retrasada son degradados y reemplazados por ADN. Luego de que el cebador es degradado, una enzima específica es la encargada de unir todos los fragmentos sintetizados.

http://campus.fca.uncu.edu.ar/pluginfile.php/22127/mod_resource/content/1/Capi%CC%81tulo%2024_Replicacio%CC%81n%2C%20transcripcio%CC%81n%20y%20traduccio%CC%81n.pdf