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Proceso de transcripción

Proceso de transcripción


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Durante el proceso de Conversión a ribonucleósidos monofosfatos Los diversos ribonucleósidos trifosfatos rompen sus enlaces de alta energía después de unirse al ADN. primero El trifosfato de ribonucleótido retiene todos los fosfatos, por lo tanto, químicamente distintos del resto.

Ahora mi pregunta es: ¿Por qué retiene los fosfatos?


Hay un diagrama útil en este sitio.

Durante la síntesis de ARN en vivo el átomo de oxígeno 3'-OH de la cadena en crecimiento reacciona con el α 5'-fosfato del ribonucleótido entrante (ataque nucleofílico), desplazando los β + γ fosfatos como grupo pirofosfato. Esto da como resultado un enlace 3'-5 'entre el oligoribonucleótido preexistente y el ribonucleótido entrante. En otras palabras, la pérdida del grupo pirofosfato es una consecuencia inevitable de la reacción de alargamiento.

Sin embargo, al inicio, el primer ribonucleótido no ha sido objeto de un ataque nucleofílico, porque es el primero en la cadena. Su 3'-OH llevará a cabo el ataque nucleofílico descrito anteriormente cuando se agregue el siguiente ribonucleótido a la cadena.


Proceso de transcripción - Biología

La transcripción tiene lugar en el núcleo. Utiliza el ADN como plantilla para producir una molécula de ARN (ARNm). Durante la transcripción, se produce una hebra de ARNm que es complementaria a una hebra de ADN. La figura 1 muestra cómo ocurre esto.

Figura 1. Descripción general de la transcripción. La transcripción usa la secuencia de bases en una hebra de ADN para hacer una hebra complementaria de ARNm. Los tripletes son grupos de tres bases de nucleótidos sucesivas en el ADN. Los codones son grupos complementarios de bases en el ARNm.

La transcripción tiene lugar en tres pasos: inicio, alargamiento y terminación. Los pasos se ilustran en la Figura 2.

Figura 2. La transcripción ocurre en los tres pasos: inicio, alargamiento y terminación, todos mostrados aquí.


Describe el proceso de transcripción.

La transcripción es el proceso de transcribiendo el código de ADN en otro tipo de código o mensaje: ARNm (ARN mensajero).

Una enzima llamada Polimerasa de ARN se une a una parte específica de una secuencia de ADN llamada promotor (esto actúa como una señal para que la célula comience la transcripción). Luego, el ADN debe descomprimirse y desenrollarse para exponer las dos hebras de ADN.

Una hebra, que contiene bases complementarias a la del gen que necesita ser transcrito, actúa como plantilla - a través del emparejamiento de bases complementarias, los nucleótidos se alinean junto con la hebra molde (A con U, G con C), formando una molécula de ARNm monocatenario.

Cuando la ARN polimerasa reconoce que ha alcanzado un secuencia de terminador o codón de parada (el final de la secuencia que codifica ese gen específico), el ARNm se desprende del ADN. El ADN se rebobina detrás de la ARN polimerasa a medida que se trasloca (se mueve) a través de la hebra de ADN.

Luego, la molécula de ARNm sale del núcleo, a través de un poro nuclear, hacia el citoplasma, lista para ser traducida a una proteína en el sitio de un ribosoma.


Transcripción

Nuestros editores revisarán lo que ha enviado y determinarán si deben revisar el artículo.

Transcripción, la síntesis de ARN a partir de ADN. La información genética fluye del ADN a la proteína, la sustancia que da forma a un organismo. Este flujo de información ocurre a través de procesos secuenciales de transcripción (ADN a ARN) y traducción (ARN a proteína). La transcripción ocurre cuando existe la necesidad de un producto génico particular en un momento específico o en un tejido específico.

Durante la transcripción, generalmente se copia solo una hebra de ADN. Esto se denomina hebra molde y las moléculas de ARN producidas son ARN mensajeros (ARNm) de cadena sencilla. La hebra de ADN que correspondería al ARNm se llama hebra codificante o codificante. En eucariotas (organismos que poseen un núcleo), el producto inicial de la transcripción se llama pre-ARNm. El pre-ARNm se edita extensamente mediante empalme antes de que el ARNm maduro se produzca y esté listo para ser traducido por el ribosoma, el orgánulo celular que sirve como sitio de síntesis de proteínas. La transcripción de cualquier gen tiene lugar en la ubicación cromosómica de ese gen, que es un segmento relativamente corto del cromosoma. La transcripción activa de un gen depende de la necesidad de la actividad de ese gen en particular en una célula o tejido específico o en un momento dado.

Pequeños segmentos de ADN son transcritos en ARN por la enzima ARN polimerasa, que logra esta copia en un proceso estrictamente controlado. El primer paso es reconocer una secuencia específica en el ADN llamada promotor que significa el inicio del gen. Las dos hebras de ADN se separan en este punto y la ARN polimerasa comienza a copiarse desde un punto específico en una hebra del ADN utilizando un tipo especial de nucleósido que contiene azúcar llamado ribonucleósido 5'-trifosfato para comenzar la cadena de crecimiento. Se utilizan trifosfatos de ribonucleósido adicionales como sustrato y, mediante la escisión de su enlace fosfato de alta energía, se incorporan monofosfatos de ribonucleósido en la cadena de ARN en crecimiento. Cada ribonucleótido sucesivo está dirigido por las reglas de apareamiento de bases complementarias del ADN. Por ejemplo, una C (citosina) en el ADN dirige la incorporación de una G (guanina) en el ARN. Del mismo modo, una G en el ADN se copia en una C en el ARN, una T (timina) en una A (adenina) y una A en una U (el ARN de uracilo contiene U en lugar de la T del ADN). La síntesis continúa hasta que se alcanza una señal de terminación, momento en el que la ARN polimerasa cae del ADN y se libera la molécula de ARN.

Por delante de muchos genes en procariotas (organismos que carecen de núcleo), hay señales llamadas "operadores" (ver operones) donde proteínas especializadas llamadas represores se unen al ADN justo antes del punto de inicio de la transcripción e impiden el acceso al ADN por parte de la ARN polimerasa. Estas proteínas represoras evitan así la transcripción del gen al bloquear físicamente la acción de la ARN polimerasa. Normalmente, los represores se liberan de su acción de bloqueo cuando reciben señales de otras moléculas en la célula que indican que el gen necesita expresarse. Por delante de algunos genes procariotas hay señales a las que se unen las proteínas activadoras para estimular la transcripción.

La transcripción en eucariotas es más complicada que en procariotas. Primero, la ARN polimerasa de organismos superiores es una enzima más complicada que la enzima relativamente simple de cinco subunidades de los procariotas. Además, hay muchos más factores accesorios que ayudan a controlar la eficiencia de los promotores individuales. Estas proteínas accesorias se denominan factores de transcripción y normalmente responden a señales del interior de la célula que indican si se requiere transcripción. En muchos genes humanos, pueden ser necesarios varios factores de transcripción antes de que la transcripción pueda proceder de manera eficiente. Un factor de transcripción puede causar represión o activación de la expresión génica en eucariotas.

Los editores de Encyclopaedia Britannica Este artículo fue revisado y actualizado más recientemente por Kara Rogers, editora principal.


Proceso de transcripción | Genética

En este artículo discutiremos sobre el proceso de transcripción.

La información genética en la secuencia de nucleótidos del ADN se transmite para la síntesis de proteínas a través de un ARN mensajero intermedio (ARNm). Un ARNm es una copia complementaria de una de las dos cadenas de ADN que componen un gen. La formación de una copia de ARN a partir de una plantilla de ADN se denomina transcripción (fig. 15.5).

Dado que la secuencia de nucleótidos del ARNm es complementaria a la del gen a partir del cual se transcribe, la información del ARNm es idéntica a la del gen mismo.

El proceso de transcripción ocurre a lo largo de la interfase y continúa hasta la profase temprana de la división celular. La enzima que cataliza la transcripción de ADN a ARN se llama ARN polimerasa y la molécula de ARN producida es la transcripción. La síntesis química de la transcripción de ARN es similar a la del ADN.

Pero existen las siguientes diferencias:

1. La molécula de ARN producida en la transcripción se sintetiza a partir de una sola hebra de ADN, porque en cualquier tramo particular de ADN, normalmente sólo una hebra de ADN sirve como molde para la síntesis de ARN.

2. La síntesis de ARN utiliza los cuatro ribonucleósidos 5 & # 8242-trifosfatos (ATP, GTP, CTP, UTP) como precursores. Se diferencian de los precursores del ADN en que tienen un azúcar ribosa y uracilo, en lugar de desoxirribosa y timina.

3. La secuencia de bases en la molécula de ARN es complementaria a la secuencia de bases en la plantilla de ADN. Por tanto, cada base que se añade al extremo en crecimiento de la cadena de ARN se selecciona si tiene la capacidad de emparejarse con la cadena de la plantilla de ADN. Por tanto, las bases T, C, A y G en la plantilla de ADN resultan en la adición de A, G, U y C respectivamente a la cadena creciente de ARN.

4. En la síntesis de ARN, se forma un enlace azúcar-fosfato entre el grupo 3 & # 8242-hidroxilo de un nucleótido y el 5 & # 8242-trifosfato del siguiente nucleótido de la línea. El enlace químico formado es el mismo que en la síntesis de ADN, pero la enzima es diferente. La transcripción utiliza ARN polimerasa en lugar de ADN polimerasa.

5. Se añaden nucleótidos sólo al extremo 3 & # 8242-OH de la cadena en crecimiento, con el resultado de que el extremo 5 & # 8242 de la molécula de ARN en crecimiento contiene un grupo trifosfato. La dirección 5 & # 8242 a 3 & # 8242 del crecimiento de la cadena es idéntica a la de la síntesis de ADN.

6. La ARN polimerasa (a diferencia de la ADN polimerasa) no requiere un cebador preformado para iniciar el crecimiento de la cadena.


Transcripción

Los genes contienen las instrucciones que necesita una célula para producir proteínas. La producción de proteínas a partir del ADN requiere un proceso de 2 pasos:

  1. Transcripción: el proceso de copiar el gen & rsquos ADN en ARN.
  2. Traducción: el proceso de usar ARN para sintetizar proteínas.

En conjunto, estos dos pasos constituyen el "dogma central" de la biología:

Figura ( PageIndex <1> ). (CC BY-NC-SA)

Figura ( PageIndex <2> ). (CC BY-NC-SA)


La transcripción y el procesamiento del ARNm recién creado se produce en el núcleo de la célula.
Una vez que se elabora una transcripción de ARNm maduro, se transporta al citoplasma para su traducción en proteína.

Figura ( PageIndex <3> ). (CC BY-NC-SA)

Jugadores importantes en la transcripción

ADN: proporciona las instrucciones para realizar la transcripción de ARN. Contiene los nucleótidos A, G, C y T.

ARN mensajero (ARNm): Copia de ARN de ADN que luego se traducirá en una proteína. Contiene los nucleótidos A, G, C y U.

Polimerasa de ARN: enzima responsable de copiar el ADN en ARN.

Factores de transcripción: se unen a la región promotora, reclutando y ayudando a la ARN polimerasa en el inicio de la transcripción.

Transcripción de genes: ADN a ARN

Hay 3 etapas involucradas en el proceso de transcripción: inicio, alargamiento y terminación.

Iniciación: Los factores de transcripción se unen a la región promotora de un gen. los región promotora indica el comienzo del gen, el punto de inicio de la transcripción. La ARN polimerasa, la molécula responsable de copiar el ADN en ARN, se une al complejo de factores de transcripción en el promotor. Trabajando juntos, la ARN polimerasa y los factores de transcripción comienzan a desenrollar la doble hélice de ADN y comienza la síntesis de ARN.

Figura ( PageIndex <4> ). inicio de la transcripción (CC BY-NC-SA Forluvoft)

Alargamiento: La ARN polimerasa desenrolla la doble hélice del ADN y se mueve hacia abajo y alarga la transcripción del ARN agregando ribonucleótidos en una dirección 5 & rsquo - & gt3 & rsquo. Cada ribonucleótido se agrega a la cadena de ARNm en crecimiento usando el reglas de emparejamiento base (A se une a T, G se une a C). Para cada C que se encuentra en la cadena de ADN, se inserta una G en el ARN, para cada G, una C y para cada T, una A. Dado que no hay T en el ARN, se inserta U siempre que se encuentra una A.

Figura ( PageIndex <5> ). alargamiento de la transcripción (CC BY-NC-SA Forluvoft)

Terminación: Cuando la ARN polimerasa alcanza el región de terminador (el final del gen), la transcripción de ARNm se libera y la polimerasa se desprende del ADN.

Figura ( PageIndex <6> ). terminación de la transcripción (CC BY-NC-SA Forluvoft)

Procesamiento de ARN: pre-ARNm a ARNm maduro

Las transcripciones de ARN primario (pre-ARNm) deben procesarse en ARNm maduros funcionales antes de que puedan exportarse fuera del núcleo y al citoplasma para su traducción. Hay 3 pasos para el procesamiento del ARNm:

Adición de una gorra de 5 y rsquo: Una guanina modificada (G) se une al extremo 5 y rsquo del pre-ARNm cuando emerge de la ARN polimerasa. La tapa protege al mRNa de ser degradado por enzimas y sirve como punto de ensamblaje para las proteínas involucradas en la traducción.

Síntesis de una cola de poli (A): Este es un tramo de 50-250 nucleótidos de adenina (A) que se agregan al extremo 3 y rsquo-end del pre-mRNA. Se cree que la cola de poli (A) protege la transcripción de ARNm de la degradación y ayuda en el transporte del ARNm maduro al citoplasma.

Empalme: La mayoría de los genes eucariotas y sus transcripciones de pre-ARNm contienen tramos no codificantes de nucleótidos o regiones que no están destinadas a convertirse en proteínas. Estos segmentos no codificantes se denominan intrones y deben eliminarse antes de que el ARNm maduro pueda transportarse al citoplasma. Los tramos de ADN que codifican los aminoácidos en la proteína se denominan exones. Durante el proceso de empalme, el espliceosoma elimina los intrones del pre-ARNm y los exones se vuelven a empalmar.

Figura ( PageIndex <7> ). (CC BY-NC-SA)

Una vez que se completa el procesamiento del ARN, el ARNm maduro se transporta al citoplasma donde se traducirá en proteína.

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Tutorial de transcripción por Dra. Katherine Harris tiene licencia bajo una Licencia Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-CompartirIgual 3.0 Unported.


Transcripción

El proceso por el cual las células producen proteínas se llama síntesis de proteínas. En realidad, consta de dos procesos: transcripción y traducción. La transcripción tiene lugar en el núcleo. Utiliza el ADN como plantilla para fabricar una molécula de ARN. Luego, el ARN abandona el núcleo y se dirige a un ribosoma en el citoplasma, donde se produce la traducción. La traducción lee el código genético en el ARNm y produce una proteína.

La transcripción es la primera parte del dogma central de la biología molecular: ADN y ARN rarr. Es la transferencia de instrucciones genéticas en el ADN al ARN mensajero (ARNm). Durante la transcripción, se produce una hebra de ARNm que es complementaria a una hebra de ADN. los Figura a continuación se muestra cómo ocurre esto.

Descripción general de la transcripción. La transcripción usa la secuencia de bases en una hebra de ADN para hacer una hebra complementaria de ARNm. Los tripletes son grupos de tres bases de nucleótidos sucesivas en el ADN. Los codones son grupos complementarios de bases en el ARNm.

Pasos de la transcripción

La transcripción tiene lugar en tres pasos: inicio, alargamiento y terminación. Los pasos se ilustran en la Figura debajo.

  1. Iniciación es el comienzo de la transcripción. Ocurre cuando la enzima Polimerasa de ARN se une a una región de un gen llamado promotor. Esto le indica al ADN que se desenrolle para que la enzima pueda y lsquo & lsquoread & rsquo & rsquo las bases en una de las cadenas de ADN. La enzima ahora está lista para hacer una cadena de ARNm con una secuencia complementaria de bases.
  2. Alargamiento es la adición de nucleótidos a la cadena de ARNm. La ARN polimerasa lee la hebra de ADN desenrollada y construye la molécula de ARNm, utilizando pares de bases complementarios. Hay un breve período durante este proceso en el que el ARN recién formado se une al ADN desenrollado. Durante este proceso, una adenina (A) en el ADN se une a un uracilo (U) en el ARN.
  3. Terminación es el final de la transcripción y ocurre cuando la ARN polimerasa cruza una secuencia de parada (terminación) en el gen. La hebra de ARNm está completa y se desprende del ADN.

Procesamiento de ARNm

En eucariotas, el nuevo ARNm aún no está listo para la traducción. Debe pasar por un procesamiento adicional antes de salir del núcleo. Esto puede incluir empalme, edición y poliadenilación. Estos procesos modifican el ARNm de diversas formas. Tales modificaciones permiten que se use un solo gen para producir más de una proteína.


Proceso de transcripción - Biología

La transcripción es el proceso mediante el cual se sintetiza un ARN monocatenario a partir del ADN. De otra forma, la transferencia de información genética del ADN al ARN se denomina transcripción. En este proceso, una hebra de ADN llamada plantilla de ADN da lugar a una nueva hebra de ARN. También se llama síntesis de ARN.

Requisitos básicos para la transcripción:

1) Plantilla de ADNUna sola hebra de ADN actúa como plantilla para dirigir la formación de ARN complementario durante la transcripción. En la síntesis de ARN, solo una hebra de ADN transcribe ARN.

2) SustratosLos sustratos para la síntesis de ARN son los cuatro ribonucleósidos trifosfatos: trifosfato de adenosina (rATP), trifosfato de guanosina (rGTP), trifosfato de citidina (eCTP) y trifosfato de uridina (rUTP). La escisión del enlace fosfato de alta energía entre el alfa y los fosfatos proporciona la energía para la adición de nucleótidos a la cadena de ARN en crecimiento.

3) EnzimasEn eucariotas, hay tres tipos de ARN polimerasas responsables de la síntesis de los tres tipos de ARN (ARNm, ARNr y ARNt). En procariotas, solo una ARN polimerasa sintetiza los tres tipos de ARN.

a) ARN polimerasa I: responsable de la síntesis de ARNr.

b) ARN polimerasa II- responsable de la síntesis de ARNm.

c) ARN polimerasa III: responsable de la síntesis de ARNt.

4) Promotor-Las secuencias promotoras son responsables de dirigir la ARN polimerasa para iniciar la transcripción en un punto particular. El factor sigma (& sigma) reconoce la señal de inicio o la región promotora del ADN. De manera similar, se requiere un factor de terminación llamado factor Rho (& rho) para la terminación de la región de terminación.

Proceso de transcripción:

El proceso de transcripción es similar al de la replicación del ADN. Requiere una región promotora y una región terminadora. Se completa en tres pasos:

1)Iniciación:

Es el comienzo de la síntesis de la hebra de ARN. Este proceso implica:

& bull Durante la replicación, la ARN polimerasa se une a una región específica de ADN conocida como región promotora. En procariotas, requiere un factor sigma (& sigma) de iniciación que reconozca la señal de inicio o la región promotora del ADN. El complejo RNA polimerasa-sigma se une a la región promotora e inicia la transcripción.

& bull Por la acción del complejo RNA polimerasa-sigma, dos hebras de DNA se desenrollan o desenrollan y se separan en un punto específico. (No se requiere cebador para la síntesis de ARN).

fuente: www.mun.ca fig: Transcripción

2) Alargamiento:

Es el paso de formación de la hebra de ARN. Implica:

A medida que la cadena de ADN se desenrolla, ambas cadenas de ADN se separan. Entre dos hebras de ADN, la hebra 3'-5 'actúa como plantilla o hebra maestra para la formación de ARN, mientras que otra hebra (5'-3') permanece inactiva o no participa, por lo que se denomina hebra antisentido.

& bullTemplate o hebra maestra tiene un promotor o sitio de iniciación y un sitio terminador. La síntesis de ARN comienza en el sitio del promotor y termina en el sitio del terminador.

La formación de una nueva cadena de ribonucleótidos procede mediante la adición de nuevas bases. El apareamiento de bases se produce sobre la base de su especificidad [A se empareja con U y C con G] en la hebra de ADN molde. Estas bases permanecen disponibles en el nucleoplasma en forma de ATP, CTP, UTP y GTP. Este proceso de polimerización está catalizado por una enzima conocida como ARN polimerasa dependiente de ADN.

& toro La ARN polimerasa avanza progresivamente y progresa en la formación de la cadena de ARN. Cuando la ARN polimerasa llega al sitio de terminación, desencadena el final de la transcripción.

3) Terminación:

Es el último paso de la transcripción. Significa el final de la transcripción. Implica:

& toro La síntesis de ARN finaliza tan pronto como la ARN polimerasa alcanza el sitio de terminación.

& bull Cuando la transcripción termina, las hebras de ADN se rebobinan. El ARN recién formado se llama transcripción y el proceso se llama transcripción.

& bullRNA no permanecen conectados con la plantilla de ADN, sino que se separan como una sola hebra y se mueven fuera del núcleo a través del poro nuclear hacia el citoplasma.

& bull Se liberan varias copias de las transcripciones de ARN de cada molde de ADN.

Así, se completa el proceso de síntesis de ARN.

Keshari, Arvind K. y Kamal K. Adhikari. Un libro de texto de biología secundaria superior (clase XII). 1er. Katmandú: Vidyarthi Pustak Bhandar, 2015.

Mehta, Krishna Ram. Principio de biología. 2ª edición. Katmandú: Asmita, 2068,2069.

Jorden, S.L. principio de biología. 2ª edición. Katmandú: publicación del libro Asmita, 2068.2069.

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Cosas para recordar
  • La transferencia de información genética del ADN al ARN se llama transcripción.
  • Varios requisitos son esenciales para la síntesis de ARN.
  • El proceso de transcripción es similar al de la replicación del ADN. Requiere una región promotora y una región terminadora. Se completa en tres pasos: inicio, alargamiento y terminación.
  • Incluye todas las relaciones que se establezcan entre las personas.
  • Puede haber más de una comunidad en una sociedad. Comunidad más pequeña que la sociedad.
  • Es una red de relaciones sociales que no se puede ver ni tocar.
  • Los intereses y objetivos comunes no son necesarios para la sociedad.

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Descripción general de la transcripción

La transcripción es la primera etapa de la expresión de genes en proteínas. En la transcripción, se transcribe un intermedio de ARNm (ARN mensajero) de una de las hebras de la molécula de ADN. El ARN se llama ARN mensajero porque transporta el "mensaje", o información genética, desde el ADN hasta los ribosomas, donde la información se utiliza para producir proteínas. El ARN y el ADN usan codificación complementaria donde los pares de bases coinciden, de manera similar a cómo las hebras de ADN se unen para formar una doble hélice.

Una diferencia entre el ADN y el ARN es que el ARN usa uracilo en lugar de la timina que se usa en el ADN. La ARN polimerasa media en la fabricación de una cadena de ARN que complementa la cadena de ADN. El ARN se sintetiza en la dirección 5 '- & gt 3' (como se ve en la transcripción de ARN en crecimiento). Existen algunos mecanismos de corrección de pruebas para la transcripción, pero no tantos como para la replicación del ADN. A veces se producen errores de codificación.


Explica el proceso de transcripción en eucariotas. - biología

La transcripción es el proceso de formación de moléculas de ARN a partir de ADN. Durante la transcripción, solo participa un segmento de ADN de solo una de las hebras. La hebra con polaridad 3 'y rarr 5' actúa como plantilla para el ARN y se denomina hebra plantilla. La hebra de ADN complementaria se llama hebra codificante, que es un nombre inapropiado.

La transcripción se lleva a cabo en los siguientes tres pasos:

La ARN polimerasa se une a la secuencia promotora para iniciar el proceso de transcripción.

  • La ARN polimerasa utiliza nucleósido trifosfato como sustrato y la polimerización se produce de acuerdo con la complementariedad.
  • La subunidad sigma se disocia cuando la ARN polimerasa entra en la fase de alargamiento.

La terminación ocurre cuando el factor de terminación (proteína rho) altera la especificidad de la ARN polimerasa para terminar la transcripción.

A medida que la ARN polimerasa procede a realizar el alargamiento, un tramo corto de ARN permanece unido a la enzima. A medida que la enzima alcanza la región de terminación, este ARN naciente se cae y se termina la transcripción.

El precursor del ARNm, es decir, el ARNh, sufre muchos cambios antes de proceder a la traducción. Dado que contiene regiones codificantes (exones) y no codificantes (intrones), también sufre un empalme. Estos cambios se conocen colectivamente como modificaciones postranscripcionales. Estos son los siguientes:

Cola - En esto, los residuos de adenilato se agregan al extremo 3 'del hnRNA por la enzima poli (A) sintetasa.


Transcripción: de ADN a ARN

A breve descripción de la transcripción

La transcripción es el proceso de crear una copia de ARN de un segmento de ADN. Dado que este es un proceso, queremos aplicar Energy Story para desarrollar una comprensión funcional de la transcripción. ¿Cómo se ve el sistema de moléculas antes del inicio de la transcripción? ¿Qué aspecto tiene al final? ¿Qué transformaciones de materia y transferencias de energía ocurren durante la transcripción y qué cataliza el proceso, si es que hay algo? También queremos pensar en el proceso desde el punto de vista de Design Challenge. Si la tarea biológica es crear una copia del ADN en el lenguaje químico del ARN, ¿qué desafíos podemos plantear razonablemente como hipótesis, o anticipar, dado nuestro conocimiento sobre otros procesos de polímeros de nucleótidos, deben superarse? ¿Existe evidencia de que la naturaleza resolvió estos problemas de diferentes maneras? ¿Cuáles parecen ser los criterios para el éxito de la transcripción? Entiendes la idea.

Enumerar algunos de los requisitos básicos para la transcripción.

En primer lugar, consideremos las tareas a mano utilizando algunos de nuestros conocimientos fundamentales e imaginando lo que podría tener que suceder durante el proceso de transcripción si el objetivo es hacer una copia de ARN de un fragmento de una hebra de una molécula de ADN de doble hebra. Veremos que usar algo de lógica básica nos permite inferir muchas de las preguntas importantes y cosas que necesitamos saber para describir adecuadamente el proceso.

Imaginemos que queremos diseñar una nanomáquina / nanobot que realice la transcripción. Podemos usar algo de pensamiento de Desafío de Diseño para identificar problemas y subproblemas que nuestro pequeño robot debe resolver.

& bull Lo primero que queremos que sepa nuestra máquina es por dónde empezar. Entre los millones y los miles de millones de pares de bases, ¿hacia dónde debería dirigirse la máquina?
& bull Del mismo modo, necesitamos saber dónde parar.
& bull Si tenemos sitios de inicio y parada, necesitaremos formas de codificar esa información para que nuestras máquinas puedan leer esta información. ¿Cómo se logrará?
& bull ¿Cuántas copias de ARN del ADN necesitaremos hacer?
& bull ¿Qué tan rápido deben hacerse las copias de ARN?
& bull ¿Con qué precisión deben realizarse las copias?
& bull ¿Cuánta energía tomará el proceso y de dónde vendrá la energía?

Estas son, por supuesto, solo algunas de las preguntas centrales. Uno puede profundizar más si lo desea. Sin embargo, ya son lo suficientemente buenos para que comencemos a tener una buena idea de este proceso. Observe también que muchas de estas preguntas son notablemente similares a las que inferimos que podrían ser necesarias para comprender la replicación del ADN.

Los componentes básicos de la transcripción

Los bloques de construcción del ARN

Recuerde de nuestra discusión sobre la estructura de los nucleótidos que los componentes básicos del ARN son muy similares a los del ADN. En el ARN, los componentes básicos consisten en nucleótidos trifosfatos que están compuestos por un azúcar ribosa, una base nitrogenada y tres grupos fosfato. Las diferencias clave entre los componentes básicos del ADN y los del ARN es que las moléculas de ARN están compuestas de nucleótidos con azúcares ribosa (a diferencia de los azúcares desoxirribosa) y que en lugar de utilizar timidina (el nucleótido que contiene timina), el ARN utiliza uridina (un uracilo que contiene nucleótido). Tenga en cuenta a continuación que el uracilo y la timina son estructuralmente muy similares: al uracilo simplemente le falta un metilo (CH3) grupo funcional en comparación con la timina.

Los componentes químicos básicos de los nucleótidos.
Atribución: Marc T. Facciotti (obra original)

Inicio de la transcripción

Promotores

Las proteínas responsables de crear una copia de ARN de un fragmento específico de ADN (transcripción) primero deben poder reconocer el comienzo del elemento que se va a copiar. A promotor es una secuencia de ADN en la que varias proteínas, conocidas colectivamente como la maquinaria de transcripción, se unen e inician la transcripción. En la mayoría de los casos, los promotores existen corriente arriba (5 'de la región codificante) de los genes que regulan. La secuencia específica de un promotor es muy importante porque determina si la porción codificante correspondiente del gen se transcribe todo el tiempo, algunas veces o con poca frecuencia.

En la bacteria E. coli, en las regiones -10 y -35 corriente arriba del sitio de inicio (el sitio del primer nucleótido de la transcripción), hay dos promotores consenso secuencias o regiones que son similares en muchos promotores y en varias especies relacionadas. Algunos promotores tendrán una secuencia muy similar a la secuencia consenso (la secuencia que contiene los elementos de secuencia más comunes) y otros se verán muy diferentes. Estas variaciones de secuencia afectan la fuerza a la que la maquinaria transcripcional puede unirse al promotor para iniciar la transcripción. Esto ayuda a controlar la cantidad de transcripciones que se realizan y la frecuencia con la que se realizan.

(a) Un diagrama general de un gen. El gen incluye la secuencia promotora, una región de no traducción (UTR) y la secuencia codificante. (b) Una lista de varias secuencias promotoras fuertes de E. coli. La caja -35 y la caja -10 son secuencias muy conservadas en toda la lista de promotores fuertes. Los promotores más débiles tendrán más diferencias de pares de bases en comparación con estas secuencias. Fuente: http://www.discoveryandinnovation.co. lecture12.html

¿Qué tipos de interacciones se modifican entre la maquinaria de transcripción y el ADN cuando cambia la secuencia de nucleótidos del promotor? ¿Por qué algunas secuencias crearían un promotor & quot; quotstrong & quot; y otras crearían un promotor & quot; débil & quot?

Promotores bacterianos vs eucariotas

En las células bacterianas, la región -10 es rica en AT, a menudo en TATAAT. Las secuencias justo aguas arriba de la región -10, s así como la región -35 (TTGACA), son reconocidas y unidas por la proteína &sigma (& Quotsigma factor & quot), que es un componente de la holoenzima de la ARN polimerasa. Una vez que se realiza esta interacción proteína-ADN, el factor sigma facilita el desenrollamiento de la región -10 y carga la polimerasa en la hebra molde. Por tanto, el factor sigma ayuda a la polimerasa a reconocer las secuencias promotoras y a cargar la polimerasa en el lugar correcto, apuntando en la dirección correcta. Curiosamente, E. coli produce varios factores sigma diferentes. En diferentes situaciones, por ejemplo, bajo un estrés particular, la activación de un factor sigma diferente cambiará los tipos de genes transcritos con mayor frecuencia por la ARN polimerasa. Algunos bacteriófagos se han aprovechado de este aspecto de la transcripción bacteriana, produciendo sus factores sigma específicos del gen del fago que secuestran la ARN polimerasa del huésped y la redirigen al genoma del fago.

Los promotores eucariotas son mucho más grandes y más complejos que los promotores procariotas, pero ambos tienen una región rica en AT; en eucariotas, se denomina típicamente caja TATA. Por ejemplo, en el gen de la timidina quinasa de ratón, la caja TATA se encuentra aproximadamente en -30. Para este gen, la secuencia exacta de la caja TATA es TATAAAA, como se lee en la dirección 5 'a 3' en la hebra sin plantilla. Esta secuencia no es idéntica a la E. coli -10 región, pero ambos comparten la calidad de ser elementos ricos en A & ndashT.

En lugar de una sola polimerasa bacteriana, los genomas de la mayoría de los eucariotas codifican tres ARN polimerasas diferentes, cada una compuesta por 10 subunidades de proteínas o más. Each eukaryotic polymerase also requires a distinct set of proteins known as transcription factors to recruit it to a promoter. The terminology for transcription factors is unfortunately rather inconsistent. Suffice it to say that there are many proteins that are always required to act simultaneously to load, for example, any RNA polymerase II (the polymerase that transcribes mRNAs). These are referred to as "basal" (or "general") transcription factors. In addition, an army of proteins may affect the frequency of the attraction of these basal factors to the promoters, the frequency of loading of RNA pol II, and even the "escape" of the pol II complex from eukaryotic promoters (so that it can actually perform transcription). Enhancers and silencers- both DNA sequences, not proteins- are recognized by these regulatory transcription factors. Basal transcription factors are crucial in the formation of a preinitiation complex on the DNA template that subsequently recruits RNA polymerase for transcription initiation.

Regardless of the details of bacterial vs. eukaryotic polymerase localization and orientation, initiation of transcription begins with the binding of RNA polymerase to the promoter. Transcription requires the DNA double helix to partially unwind such that one strand can be used as the template for RNA synthesis. Note that unwinding occurs within the polymerase RNA polymerase, unlike DNA polymerase, has an intrinsic helicase activity. Double stranded DNA is sucked into the enzyme (as are NTPs), and double stranded DNA, plus RNA, emerges. The region of unwinding is called a transcription bubble.

During elongation, RNA polymerase tracks along the DNA template, synthesizes mRNA in the 5' to 3' direction, and unwinds then rewinds the DNA as it is read. The "nontemplate" strand illustrated here is often called the "coding stand", simply because its sequence will match the sequence of the transcript.

Elongation

Transcription always proceeds from one of the two DNA strands, which is called the template strand. The RNA product is complementary to the template strand and is almost identical to the non-template strand, called the coding strand, with the exception that RNA contains a uracil (U) in place of the thymine (T) found in DNA. During elongation, an enzyme called RNA polymerase proceeds along the DNA template adding nucleotides by base pairing with the DNA template in a manner similar to DNA replication, with the difference that an RNA strand is being synthesized that does not remain bound to the DNA template. As elongation proceeds, the DNA is continuously unwound ahead of the core enzyme and rewound behind it. Note that the direction of synthesis is identical to that of synthesis in DNA - 5' to 3'.

During elongation, RNA polymerase tracks along the DNA template, synthesizes mRNA in the 5' to 3' direction, and unwinds then rewinds the DNA as it is read.

A) The addition of nucleotides during the process of transcription is very similar to nucleotide addition in DNA replication. The RNA is polymerized from 5' to 3' and with each addition of a nucleotide, a phosphoanhidride bond is hydrolized by the enzyme resulting in a longer polymer and the release of two inorganic phosphates.
Source: http://utminers.utep.edu/rwebb/html/. longation.html

Compare and contrast the energy story for the addition of a nucleotide in DNA replication to the addition of a nucleotide in transcription.

Bacterial vs Eukaryotic Elongation

In bacteria, elongation begins with the release of the &sigma subunit of the RNA polymerase holoenzyme. The dissociation of &sigma allows the core enzyme to proceed along the DNA template, synthesizing mRNA in the 5' to 3' direction at a rate of approximately 40 nucleotides per second. As elongation proceeds, the DNA is continuously unwound ahead of the core enzyme and rewound behind it. The base pairing between DNA and RNA is not stable enough to maintain the stability of the mRNA synthesis components. Instead, the RNA polymerase acts as a stable linker between the DNA template and the nascent RNA strands to ensure that elongation is not interrupted prematurely.

In eukaryotes, following the formation of the preinitiation complex, the polymerase is released from the other transcription factors, and elongation is allowed to proceed as it does in prokaryotes with the polymerase synthesizing pre-mRNA in the 5' to 3' direction. As discussed previously, RNA polymerase II transcribes the major share of eukaryotic genes, so this section will focus on how this polymerase accomplishes elongation and termination.

Termination

In Bacteria

Once a gene is transcribed, the bacterial polymerase needs to be instructed to dissociate from the DNA template and liberate the newly made mRNA. Depending on the gene being transcribed, there are two kinds of termination signals. One is protein-based and the other is RNA-based. Rho-dependent termination is controlled by the rho protein, which tracks along behind the polymerase on the growing mRNA chain. Near the end of the gene, the polymerase encounters a run of G nucleotides on the DNA template and it stalls. As a result, the rho protein collides with the polymerase. The interaction with rho releases the mRNA from the transcription bubble.

Rho-independent termination is controlled by specific sequences in the DNA template strand. As the polymerase nears the end of the gene being transcribed, it encounters a region rich in C&ndashG nucleotides. The mRNA folds back on itself, and the complementary C&ndashG nucleotides bind together. The result is a stable hairpin that causes the polymerase to stall as soon as it begins to transcribe a region rich in A&ndashT nucleotides. The complementary U&ndashA region of the mRNA transcript forms only a weak interaction with the template DNA. This, coupled with the stalled polymerase, induces enough instability for the core enzyme to break away and liberate the new mRNA transcript.

In Eukaryotes

The termination of transcription is different for the different polymerases. Unlike in prokaryotes, elongation by RNA polymerase II in eukaryotes takes place 1,000&ndash2,000 nucleotides beyond the end of the gene being transcribed. This pre-mRNA tail is subsequently removed by cleavage during mRNA processing. On the other hand, RNA polymerases I and III require termination signals. Genes transcribed by RNA polymerase I contain a specific 18-nucleotide sequence that is recognized by a termination protein. The process of termination in RNA polymerase III involves an mRNA hairpin similar to rho-independent termination of transcription in prokaryotes.

In Archaea

Termination of transcription in the archaea is far less studied than in the other two domains of life and is still not well understood. While the functional details are likely to resemble mechanisms that have been seen in the other domains of life the details are beyond the scope of this course.

Cellular Location

In bacteria and archaea

In bacteria and archaea, transcription occurs in the cytoplasm, where the DNA is located. Because the location of the DNA, and thus the process of transcription, is not physically segregated from the rest of the cell, translation often starts before transcription has finished. This means that mRNA in bacteria and archaea is used as the template for a protein before the entire mRNA is produced. The lack of spacial segregation also means that there is very little temporal segregation for these processes. The image below shows the processes of transcription and translation occurring simultaneously.

Here the pale blue circles represent RNA polymerases proceeding along a DNA template (from left to right). Note that multiple polymerases can load sequentially onto a single gene. Because this is a prokaryote, ribosomes can begin to use a transcript to synthesize protein before the transcript is complete. Note also that multiple ribosomes can sequentially load onto a single transcript.
Source: Marc T. Facciotti (own work)

In Eukaryotes.

In eukaryotes, the process of transcription is physically segregated from the rest of the cell, sequestered inside of the nucleus. This results in two things: the mRNA is completed before translation can start, and there is time to "adjust" or "edit" the mRNA before translation starts. The physical separation of these processes gives eukaryotes a chance to alter the mRNA in such a way as to: extend the lifespan of the mRNA or even alter the protein product that will be produced from the mRNA.

MRNA Processing

5' G-Cap and 3' Poly-A tail

When a eukaryotic gene is transcribed, the primary transcript is processed in the nucleus in several ways. Eukaryotic mRNAs are modified at the 3' end by the addition of a poly-A tail. This run of A residues is added by an enzyme that does not use genomic DNA as a template. Additionally, the mRNAs have a chemical modification of the 5' end, called a 5'-cap. Data suggests that these modifications both help to increase the lifespan of the mRNA (prevent its premature degradation in the cytoplasm) as well as to help the mRNA initiate translation.

Figure: An example of an almost-completely eukaryotic transcript and the signals required for addition of the polyA tail (not yet added!). These signal will be cleaved from the transcript upon addition of the tail.

Figure: the 5' cap of eukaryotic transcripts. Often the first 2 nucleotides (here purple) of the mRNA are modified also. Note the odd 5' to 5' linkage.

"Splicing" of eukaryotic mRNAs refers to the removal of noncoding sequences (referred to as introns) embedded within the coding region of the transcript (the exons) (see below). Dr. Britt's section will not discuss splicing at length, except to refer to it as a process that must occur before the mRNA is fully mature and can be shipped to the cytoplasm for translation.


Ver el vídeo: TRANSCRIPCIÓN: de ADN a ARN. Hacks para aprenderlo rápido! (Mayo 2022).