Tanto las proteínas como el ARN son biomoléculas vitales para el funcionamiento de una célula. Pero, ¿sabes de qué parte de la célula proceden? o ¿cómo se fabrican? Aunque ambas biomoléculas son productos de la expresión génica, el ARN solo necesita la primera etapa del proceso.
- Durante la transcripción (primera etapa del proceso), el ARN se sintetiza, a partir de ADN.
- Durante la traducción, las proteínas se sintetizan, a partir del ARN.
En este artículo aprenderemos sobre la definición, proceso y algunos ejemplos de la transcripción.
¿Qué significa gen?
El ADN está organizado en moléculas separadas, llamados cromosomas.
- Un gen es una sección corta de una secuencia de bases en un cromosoma. Los genes tienen los códigos necesarios para fabricar un polipéptido.
- Algunos genes codifican para moléculas de ARN que son necesarias para la síntesis de proteínas —incluyendo el ARN de transferencia (ARNt) y el ARN ribosómico (ARNr)—.
- Un polipéptido (proteína) está formado por una larga cadena de aminoácidos unidos por enlaces peptídicos.
Distintos genes se agrupan en cada uno de los cromosomas. Sin embargo, el gen constituye la unidad de información y herencia de un rasgo, ya que son los que se transfieren de padres a hijos.
Concepto de transcripción
En biología, la transcripción es la primera etapa del proceso de expresión génica (Fig. 1).
La transcripción se refiere al proceso biológico en el que se produce una copia de la secuencia de ADN de un gen y se escribe o transcribe en una secuencia de ARN.
Durante la transcripción, se utiliza una de las dos cadenas de ADN como plantilla (llamada cadena molde). La copia resultante, denominada ARN mensajero (ARNm), es de una sola hebra. El ARNm contiene, entonces, la misma información codificada en la secuencia del gen y se utiliza como plantilla intermediaria para el siguiente paso de la síntesis de proteínas: la traducción. En otras palabras, el ARNm lleva el código que la célula leerá para producir nuevas moléculas de proteínas.
¿Dónde se lleva a cabo la transcripción?
La transcripción del ADN se lleva a cabo en distintos lugares, dependiendo de si es una célula procariota o una eucariota:
- En células eucariotas ocurre dentro del núcleo, ya que ahí se encuentra el ADN. Luego de formado el ARNm, este sale del núcleo hacia el citoplasma, para seguir el proceso de traducción.
- En células procariotas, como su ADN no está encerrado en un núcleo, sino concentrado en una región del citoplasma llamada nucleoide, la transcripción (y todo el proceso de expresión génica, incluyendo la traducción) se lleva a cabo en el citoplasma.
Enzimas de la transcripción
Las enzimas involucradas en la transcripción del ADN se denominan ARN polimerasas.
Debido a que el proceso es diferente para eucariotas y procariotas, también hay diferencias en estas enzimas. Mientras que en procariotas existe solo un tipo de ARN polimerasa, en eucariotas se emplean tres ARN polimerasas que catalizan la síntesis de distintos tipos de ARN:
- La ARN polimerasa I se encarga de la síntesis, específicamente, de ARN ribosómico o ARNr (forma parte de los ribosomas).
- La ARN polimerasa II se encarga de la síntesis del ARNm, la molécula copiada del ADN que contiene y transporta la información para sintetizar proteínas.
- La ARN polimerasa III se encarga de la síntesis del ARN de transferencia (ARNt, que apoya al ribosoma en la síntesis de proteínas) y un tipo de ARNr.
Transcripción: de ADN al ARN
El proceso de transcripción se desarrolla en cuatro etapas (ver Fig. 2): iniciación, elongación, terminación y maduración.
Algunos textos describen el proceso de transcripción en tres etapas, en lugar de cuatro. Esto es porque no toman en cuenta la maduración como una etapa general del proceso, sino como exclusiva de los eucariotas.
Iniciación
En la iniciación, la enzima ARN polimerasa se une a una secuencia específica en la cadena de ADN, conocida como promotor o región promotora (secuencias cortas de ADN), que indica el comienzo de un gen. Al unirse la ARN polimerasa al promotor, desenrolla el ADN en esta región para permitir la transcripción. La parte de la doble cadena de ADN que se desenrolla forma, entonces, una burbuja u horquilla de transcripción.
El promotor no se incluye en la transcripción del ADN: la ARN polimerasa inicia su trabajo después de este.
Elongación
La ARN polimerasa lee las bases, recorriendo la cadena de ADN en la dirección de 3′ → 5'. A medida que viaja por la cadena molde, añade las bases complementarias en la dirección de 5′ → 3′.
Recuerda que las bases nucleotídicas se emparejan de la siguiente manera:
- La adenina (A) se empareja con la timina (T), en el ADN; pero, con el uracilo (U), en el ARN.
- La citosina (C) siempre se empareja con la guanina (G).
Una guanina (G) en el ADN indicaría la adición de una citosina (C) en el ARN. Del mismo modo, una timina (T) en el ADN se adicionará como una adenina (A) en el ARN; y una adenina (A), como un uracilo (U) en el ARN (en lugar de timina (T)). Por ejemplo, una secuencia de ADN CGATGG se copiaría como GCUACC en el ARN.
Fig. 2 : Etapa de elongación en la transcripción del ADN.
Adición de caperuza
El extremo 5' del precursor del ARNm se cubre con una caperuza o casquete de un nucleótido de metilguanosina (una versión metilada de la guanina). Este casquete lo estabiliza y evita que se rompa mientras se procesa y se transporta fuera del núcleo; además, sirve de señal para la traducción.
Los ribosomas (estructuras celulares que sintetizan las proteínas) no pueden unirse a un ARNm si este no lleva caperuza.
Terminación
Una vez que la ARN polimerasa llega a una secuencia de terminación en el gen, finaliza el proceso de copiar la secuencia de ADN. Durante la terminación, la cadena de ADN y la ARN polimerasa se separan y se libera la molécula de ARNm recién formada.
Mientras que en las células procariotas el proceso de transcripción finaliza aquí, en las células eucariotas el transcrito se somete a pasos adicionales, que se conocen como maduración.
Poliadenilación
Tras la terminación, generalmente una cola poli-A (poliadenilada: una cadena de extensión variable de nucleótidos de adenina) se une al pre-ARNm en su extremo 3’, donde finaliza la cadena de ARN (Ver Fig. 3). La cola poli-A proporciona una protección adicional y es la señal para que el pre-ARNm sea transportado al citoplasma.
Fig. 3: moléculas de ARNm procariota y eucariota. En esta última, se observan la cola poli-A y la caperuza.
Maduración
Los genes eucariotas contienen, dentro de su secuencia, regiones que codifican proteínas (llamadas exones, que se expresan) y secuencias no codificantes (llamadas intrones). Los intrones no codifican proteínas funcionales; por ello, es importante que se eliminen del pre-ARNm antes de la síntesis de proteínas, ya que esto asegura que los exones se unan correctamente para la codificación de aminoácidos. La maduración o proceso postranscripcional se refiere a esta eliminación de los intrones por medio del empalme.
Los genes procariotas no poseen intrones, por lo que su ARNm no pasa por la etapa de maduración. Algunos textos incluyen los procesos de añadir la caperuza y la poliadenilación como parte de la maduración. No está mal describirlo así, pero hay que recordar que estos ocurren durante la elongación (el primero) y en la terminación (el segundo).
El empalme del pre-ARNm
El empalme del ARNm es el proceso de eliminar los intrones del pre-ARNm y luego unir los exones (empalmar) en una cadena continua (también se usa mucho el nombre en inglés splicing (Ver Fig. 4)). Si hubiera un error en este proceso, los exones estarían mal alineados. Esto produciría una lectura incorrecta y la proteína no sería funcional. Se cree que este tipo de errores pueden provocar cáncer y otras enfermedades.
Este proceso es realizado por grandes complejos, llamados espliceosomas, que tienen un tamaño similar a un ribosoma. Un espliceosoma está formado por diferentes enzimas del tipo ribonucleoproteína pequeña nuclear (RNPpn) y otras proteínas. Los intrones en una molécula de ARNm se unen a sitios específicos del espliceosoma, por lo que un intrón termina formando un bucle y los extremos de los exones adyacentes se acercan. Posteriormente, se cortan los intrones y una ARN ligasa termina de unir los extremos de los exones para formar el ARN maduro, ya sin intrones.
Factores de transcripción
La transcripción debe ser estrictamente regulada para el funcionamiento correcto de una célula específica. En las células eucariotas encontramos proteínas accesorias, llamadas factores de transcripción, que funcionan como reguladores. Los factores de transcripción son moléculas que regulan la actividad de un gen, indicando cuándo es necesaria la transcripción. Para esto, se unen al promotor en la cadena de ADN, con el fin de que la ARN polimerasa lo reconozca. Hay muchos tipos de factores de transcripción, pero suelen trabajar juntos en complejos de proteínas para llevar a cabo sus funciones.
- Las células eucariotas poseen varios mecanismos de regulación que pueden darse antes, durante o después de la transcripción.
- Las células procariotas tienen una regulación más simple, y no poseen factores de transcripción, pero sí poseen otros mecanismo.
Por ejemplo, los operones: complejos funcionales de genes con la capacidad de autoregular su expresión.
Transcripción - Puntos clave
- La transcripción corresponde al primer paso en la expresión génica. Durante este proceso, se genera una copia de la secuencia de ADN de un gen y se escribe en una secuencia de ARN.
- El proceso de transcripción en eucariotas tiene lugar en cuatro pasos: iniciación, elongación, terminación y maduración.
- La transcripción se produce en el citoplasma de las células procariotas y en el núcleo de las células eucariotas.
- El pre-ARNm eucariota se somete a tres pasos adicionales para transformarse en ARNm funcional: adición de la caperuza al extremo inicial 5’(durante la elongación), poliadenilación al extremo final 3’(al final de la terminación) y empalme (durante la maduración).
- La transcripción es catalizada por las enzimas ARN polimerasas (un tipo en procariotas y 3 tipos en eucariotas).
References
- Figura "Etapa de elongación en la transcripción del ADN". Fuente: Quo-Fata FERUNT, CC0, via Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SVT_ADN-Transcription-ES.svg
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