1. Transcripción del ADN
La clase pasada básicamente vimos la
mantención de la información, sus procesos
biológicos informativos. Hemos tratado de
ejemplificar que la replicación mantiene la
información. Lo que nos interesa ahora es
expresar esa información en el ADN esa
expresión generalmente se expresa en
proteína. No todos los genes codifican para
proteína, algunos lo hacen para RNA, hoy
veremos la expresión de la información para
expresar proteínas. 85 mil genes. Ahora
veremos qué pasa con los genes.
Nuestro genoma 30 mil millones de pares de base, de eso solo el 2% codifica
para proteínas. Entonces porque hacemos ese ejemplo? Lo enfatizamos
porque ese 2%, para mostrar que es un gen. Como lo visualizas? Que es para ti
un gen?
Sabemos que está en el ADN,
entonces si esta en el ADN lo
que podemos visualizar
inmediatamente es que el ADN
tiene una estructura línea,
porque la información que está
en el ADN es una información,
una secuencia lineal de
nucleótidos, por lo tanto lo que
tendré en el gen en algún
segmento información para
codificar proteínas, una
secuencia de nucleótidos y esa
secuencia de nucleótidos me
dará, ya que saben que en
tripletes / codones se hacen
proteínas. El gen es solo el
segmento que codifica para
proteína o algo más? Qué crees? Debería ser algo más, porque de esa
información cuando hablamos de la expresión de un gen en la transcripción
cuando la pasamos a otra molécula, y tendremos parte de esta información
que será transcrita a ARNm y entonces lo que pasara es que copiaremos
parte de esa información en la mol de RNA, entonces iniciaremos el proceso
de transcripción por ese nucleótido. La pregunta es la siguiente, que es el gen?
Todo o la parte de la proteína? Y lo que les tiene que quedar claro es que el
concepto de gen que tienes que tener es que el gen es lo mismo que unidad
trasncripcional. Que es un gen? Es información que tenemos en el ADN que
transcribe. Pasando a ARNm eso lo hace el gen. Todos los elementos que
permiten expresar la información,. Porque el proceso ocurre en el nucleótido
+1 que se posiciona la RNA polimerasa, el sitio activo de la enzima (el sitio físico
2. de la catálisis) se posiciona en ese nucleótido que se denomina mas 1 y desde
ahí transcribe la información. Para poder expresar un gen físicamente tenemos
que localizar la enzima en el ADN y ella inicia la transcripción,
Lo que localiza el RNA polimerasa en ese sitio de transcripción son proteínas
asesorías. Como localizan al RNA
polimerasa? Tienen un segmento que
es capaz de unir al RNA, entonces son
capaces de reconocer secuencias del
ADN y forman un complejo
macromolecular cuya función es
fusionar al RNA polimerasa, para
comenzar la polimerización y la síntesis
de transcripción.
Aquí se forma una secuencia que se
llama “promotor”, cuando hablamos
de gen es más complejo, el gen no
solamente la parte que codifica
proteína, sino que son todos los
elementos genéticos que producen la
expresión de un transcrito, independiente del tipo de RNA que sea.
Que es el promotor? En el fondo del punto de vista estructural es una
secuencia de ADN que cuando veo la estructura del gel eucarionte por
ejemplo se ve la región del sitio de inicio de transcripción, el promotor son todo
lo lo que esta rio arriba que permite la expresión de ese gen.
El concepto es una secuencia de ADN, secuencia conservada porque son
reconocidas por proteínas que son factores de transcripción que tienen la
capacidad de reunirse con el ADN y forman complejos multi-proteicos cuya
función posiciona a la polimerasa en ese lugar para iniciar la transcripción.
Hemos hablado de la estructura de un gen, ahora hablaremos de la
transcripción en procariontes que es muy simple. Y luego el proceso de
transcripción en eucariontes que es más complejo.
La replicación es casi la misma en procariontes y eucariontes pero acá la cosa
se divide.
Entonces, este proceso de transcripción persigue una finalidad, que va a
hacer poder expresar la información transcritas traduciéndola a proteína que
hace una función dentro de la célula.
A pesar de que dijimos que codifica de proteínas en el ADN humano. En el gen
eucariontes hay intrones y exones, incluso elementos que son los LPC. Se
descubrieron cuando se estudiaron la enfermedad de la hemoglobina,
cuando no se expresa esa cadena de hemoglobina los eritrocitos se eliminan
antes de tiempo, habían personas que no la expresaban bien y se concluyo
que la información para codificar la proteína estaba mala. Encontraron que
los pacientes tenían problemas con la información para codificar la proteína y
ahí se provocaba el problema. Pero había pacientes que no presentaban esa
mutación. Sino que fue hacia los mecanismos que expresaban las proteínas y
ahí estaban los promotores malos. Sin poder hacer macro complejos y las
polimerasas no podrían transcribir.
3. Podemos tener mutación en la parte promotor del gen provocando
problemas de las proteínas.
Un tercer grupo de pacientes tenían falla control del locus, que están muy
corrientes arriba del gen, 100mil pares de bases, incluye la expresión de los
genes de abajo, la regulación de la expresión génica es muy amplio. Rio arriba
nos puede modificar la expresión de la región que se expresa, provocando
expresiones. Cuando vemos la estructura de un gen hemos definido el sitio de
inicio de la transcripción, el nucleótido más 1. El nucleótido adyacente del de
inicio de transcripción es el nucleótido menos 1. Ocurre que de ese sitio la ARN
polimerasa transcribe en ese sitio. Del promotor es corriente arriba.
Hay varios promotores, varios genes, haciendo varios transcritos. Hay regiones
que están arriba que controlan el locus. Que es otro elemento genético que
tiene un efecto en la expresión de los genes corriente abajo, eso es la región
controladora del locus que alteran la expresión rio abajo.
Eso es para que entiendan y tenga idea estructural de lo que es un gen en los
sistemas biológicos.
4. Transcripción en procariontes
Tenemos nucleótido más 1 y transcribiremos esa información dentro de ciertos
rangos. En el caso de los procariontes la cosa es simple. Nucleótido mas 1 y
menos 1 y lo que encontramos están los menos 10 y menos 35 elementos del
promotor que dirigen el RNA polimerasa en la transcripción.
Eso será reconocido por un factor de transcripción que se denomina sigma
que se asocia al ARNpolimerasa a ese sitio. Ocurrirá que el complejo factor
sigma polimerasa se une al ADN haciendo su apertura y la polimerasa hace la
transcripción del ADN.
Que hace el elemento menos 35 y menos 10? Que son estos elementos?
Primero tenemos que tomar en cuenta que en el ADN tenemos esa
información, si es importante se mantiene, sino no funciona. En el promotor de
un procarionte si aparecen múltiples genes, se estudio promotores que se
estudio que en el nucleótido menos 35 y menos 10 había una conservación de
ciertas secuencias, que eran nucleótidos mantenidos en esas zonas. Si ven el
promotor corriente arriba es que encontramos TTGGCA que esta conservado
en la mayoría de los procariontes. Lo mismo en la secuencia menos 10.
Secuencia conservada porque algo la tiene que reconocer, generalmente
proteínas, lo que encontramos es que el factor sigma es una proteína que
dirigirá la ARN polimerasa para la transcripción en procariontes.
El factor sigma reconoce los factores -35 y -10. El ciclo de transcripción
bacteria es que une el factor
sigma reconociendo las
secuencias en el promotor.
Entonces físicamente lo
reconoce y se une y dirige la
polimerasa a ese sitio. La
transcripción es nada más que
los elementos físicos en el ADN
para ser transcrito. Se produce
la burbuja de transcripción. Así
el ADN polimerasa cambia la
conformación e inicia la
transcripción. En todo el
proceso dirige el RNA
polimerasa a ese sitio, en el
posicionamiento se hace la
5. afinidad y fuerzas de proteínas. Se unen físicamente, se atrapan al sitio de
inicio de la transcripción, existiendo fuerzas del ARN polimerasa, transcribiendo
pequeños trozos de RNA, transcribe y se cae y así todo el rato. Se dice que la
enzima tartamudea, porque la enzima está tratando de escapar, pero los
factores de transcripción la atraen. La fuerza la hace transcribiendo, y se
escapa iniciando la elongación. Y transcribe hasta que aparezca una
estructura de horquilla que la desestabiliza y se libera el RNA y la polimerasa
busca otro sitio y así se transcriben los genes en procariontes.
Lo que hemos estados conversando es como se procesa la información
biológica, me parece que la clase pasada dijimos que la información
biológica esta en el ADN, que es una información línea conformada por letras,
que son nucleótidos en el ADN. Esa información para tener significado tiene
que expresarse, pasando por la transcripción. Que se transcribía trozos que son
copiados a una molécula de ARN y lo que ocurre que una vez que se expresa
se traduce a proteína. Dna paquetes de información que se tienen que
expresar.
Concepto de gen: unidad trasncripcional.
Expresión de genes en eucariontes, acá la cosa se complica porque el
concepto de gen todo lo que necesitamos para expresar, tienen una
estructura diferente. En eucariontes la información está intervenida por una
secuencia que se denominan INTRONES que se hace la analogía que
interviene un mensaje. Cuando expresamos esa información veremos el sitio de
inicio, transcribiremos intrones y también los elementos que están en el ARN
mensajero maduro. Cuando visualizamos el RNA , veremos ciertas partes que
son elementos que estarán presentes en el ADN maduro., siendo procesado
siendo un ARNm maduro, sin intrones.
Cada cuadrado es representa un gen de eucarionte. Antes del gen esta la
caga tata que se une los factores de transcripción, y se forma un complejo
que se denomina mediador hecho de proteína que posiciona la
ADNpolimerasa para que parta la transcripción de un gen en eucarionte.
Lo que hace la polimerasa es que se pone en el sitio y transcribe. Se procesa
para eliminar los intrones. El procesamiento es lo primero que le ocurre al RNA.
El RNA sufrirá varias modificaciones que se denominan POSTERIOR
trasncripcional. A diferente de los procariontes.
6. Lo primero es que el extremo 5`se introducirá una modificación típica que es el
capuchón de 7 metil-Guanilato.
2 modificación empalme de los exones (eliminación de intrones)
Y finalmente le pasa la polialinacion, (cambios estructurales al transcrito
primario)
En la estructura de los genes esta la ATAA y cuando se traduce queda AUAA
polialinacion, la transcripción no termina ahí. Cuando aparece esa señal hay
factores de cortes que cortaran entonces queda 3`hidroxilo, donde queda
una proteína que se llama poliadenilpolimerasa (poli aaa, 200 para estabilizar)
Cambios necesarios para estabilizar el mensaje, y transportarlo
Eso será traducido por ribosomas produciendo una proteína, transportado a
través de poro nuclear al citoplasma.
Resumen: que lo que pasa, cuando describimos un proceso del punto de vista
conceptual tienen principio y final, cuando nosotros decimos que el proceso
de la transcripción comienza cuando, los factores fmacromulaores escapa del
reclutamiento y empieza a transcribir (ADN polimerasa) la wea tiene que
terminar pero en realidad no se sabe donde tiene que terminar.
Lo que sí se sabe es que en el proceso de transcripción hay una etapa en la
cual en donde aparece una secuencia ATAA .z reclutara mecanismos en el
RNA para cortar el enlace fosfodiester y queda 3`hidroxzilo que es la base
para reclutar la poli adenil polimerasa que es una rnapolimerasa que funciona
sin templado y añade nucleótidos de adenina al final.
Entonces el mensajero maduro es un transcrito con 3 modificaciones posterior
trasncripcionales.
El tercero se llama poli adenilacion,
Cuando el transcrito esta modificado con esas 3 weas se transporta para su
posterior traducción en el ribosoma.
Secuencias de stop. Diferente traducción es un proceso, y la transcripción es
otro proceso, se confunden entre ambos. Como sugerencia les recomendaría
que hicieran una tabla de diferencias para no confundirse del punto de vista
conceptual.
El mensaje en su interior tiene la información para codificar la proteína, no es
todo el mensaje solo es la región central. Tiene región no traducida 3`upr.
Esta la región promotar del gen donde se unen los factores de transcripción.
En esa región de promotor son diferentes algunos son modulables, los
receptores nucleares de las hormonas estiroidales son modificados con un
ligando. Esas regiones se unen los diferentes regiones de transcripción,
reclutando a la RNA polimerasa ,. Dentro de su estructura tienen dominio c
terminal que es fosforilado cuando es reclutado al sitio de inicio es fosforilado
por factor H. que abre y fosforila la polimerasa y el ADN.
Una vez que es fosforilazada empieza el inicio de la transcripción,
Son proteína muy afines esta la caja tata, formando un complejo, hay
proteínas corriente arriba que pueden aumentar o disminuir la transcripción, el
complejo mediador y la polimerasa se recluta y empieza la síntesis
7. Cómo funciona el proceso?
En un gen que expresaremos son diferentes elementos genéricos en el
promotor. Lo primero que se une mil o 2 mil kilobases del sitio de transcripción
esta la proteína mediador. Complejo extremadamente grande más de 50
proteínas que interacciona con ADN polimerasa 2.
Mediador- >dna polimerasa 2-> se recluta resto de factores , después factor H
que fosforila rna polimera para iniciar la transcripción
Lo que pasa después es que después que la rnapolimerasa reclutada
transcribe
Hay factores que estimulan e inhiben, intensifican y represan.
Represores ponen al mediador en una conformación que no puede reclutar
polimerasa y el gen desmulle su expresión.
Como funciona?
Tenemos la región promotora que se unen
a factores de transcripción, reclutando
mediador y una vez que esta factores de
transcripción, polimerasa fosforilada en c
terminal y una vez que lo hace se
comienza la transcripción.
A medida que ADN se sintetiza hay
factores y ahí se hacen 3 modificaciones.
Splice sosoma que saca intrones del
mensajero polialinacion a tail lo cortan.
Después se une a proteína para
protegerlo de las nucleases y el RNA se
transporta en el citoplasma. Después se
une factor de incio de traducción en el
5`periminetodo reclutamiento de
subunidad menor de ribosoma con un
codon aug y comienza la síntesis de
proteína. A medida que se traduce la poli
a y después se degrada y la información
se degrada.
Factores de transcripción solo son proteínas con diferente estructura y
morfología que reconocen secuencias especifica. Formando complejos
macromoleculares, capaces de reconocer la secuencia de DNA.
Con respecto a la transcripción en sí, básicamente en eucariontes hay 3 RNA
polimerasa, la ARN polimerasa 2 transcribe todo los genes que codifican para
proteínas pero hay genes que no codifican para proteína como RNA
ribosomales y de transferencia , se tienen que expresar pero producto final de
weas moleculares.
Rna ribosomal rna polimenrasa I. y la rna polimera III rna cortos de transferencia
y los rna ribosoma de 5s , también transcribe RNA pequeño nucleonales.
Que son? Donde participan?
Hemos hablado mucho que el proceso de transcripción va a sufrir 3
modificaciones posterior trasncripcionales,
8. Capuchón-:; marca en el 5`de ese mensaje , cuando vemos la transcripcion
en procariontes no sufre modificaciones se transcribe y expresa. Eucariontes es
más complejo.
Este mensajero con guanocina en el 5`a través del puente 5`5`3fosfato. Esa es
la parte que se introduce atreves de 4 a 5 reacciones enzimáticas, quienes
introducen las modificaciones?
Factores y enzimas unidas en el RNA polimerasa en el dominio c terminal.
Aparece el RNA siendo modificado inmediatamente con estos elementos. En
realidad el RNA inmaduro nunca existe el proceso pasa simultáneamente.
La otra modificación es la eliminación de intrones, llama mucho la atención
porque tenemos intrones, lleva a pensar que como somos más
“evolucionados” somos más complejos pero no es así, en el eucarionte ha
guardado la información, desde el punto de vista energético se ve el gen del
factor de coagulación, la polimerasa para expresar el gen tiene que transcribir
mas intrones que exones, pero porque la célula hace esos gastos?
Porque nuestro genoma tiene solo 35mil genes, chico para la complejidad
proteína. Lo que ocurre es que un mismo gen se transcribe y se expresa de
forma diferente, hay empalme alternativo haciendo isoformas de la misma
proteína.
Cuando se hace los diferentes transcritos de la tropomiosina en diferente
músculos celulares todos expresan el segundo exón y en este caso el segundo
solo en el liso y así se ven cambios , así la célula innova produciendo
combinaciones., produciendo proteína diferente pero con modificaciones
chicas con funciones especificas para determinado tipo celular
De esa manera se cree que en promedio cada gen en nuestro genoma da 6
proteínas en promedio, a veces hay más de 1000 isoformas. Ósea 200 mil
proteínas solamente por consecuencia por empalme alternativo, sumar
modificación por fosforilacion y glicosilacion seria como un millón de proteínas
solamente de 35 mil genes. Eso constituye el splicing
9. Que lo produce?
Es una maquinaria que hace el empalmosoma que participa una partícula
ribonucleoproteica con RNA nuclear pequeño identificando donde axón
intron dirigiendo el empalme del exón. Nucleopoarticula lo hace 2 veces y se
produce una trasnesterificacion, lo que ocurre es que se corta el enlace
fosfodiester y el extremo se suma con la adenina y es la primera
trasneterificacion y se forma el lazo y en la segunda el exón 1 se une con el
exón 2 y así se elimina los intrones. Posterior mente la estructura de lazo se
degrada.
Como la célula determina que intron sacar o no, se está investigando.
La última modificación es el corte del mensaje y la polialinacion. Cuando esta
la señal, se hace el corte unas 20 bases mas abajo Los factores de corte y
factores de anilancio aoa y poly adenil polimerasa PAP añade adenina al
extremo 3` hidroxilo al mensaje. Y así el RNA se protege para se transportado
al citosol por poro nuclear al citoplasma donde es traducido finalmente a la
proteína.
10. Hemos terminado la transcripción de
genes.
Trasnesterificacion. -> eliminar intrones partículas ribonucleotidas, borde intron-
exón, se repclutan factores u1 u2 u4 u5 u6 proteínas con RNA , que reconoce
borde intron-exón, formando complejo y se rechequea se forma una
estructura 3d quien cataliza el splicing es el RNA mismo, auto splicing.
Vestigio del mundo prebiótico, el mecanismo tiene que haber un corte
quedando un 3`hidroxilo reaccionando con adenina con poli a haciendo
estructura del lazo, el 3`hidroxilo reacciona con el otro borde del otro exón y
hace el enlace fosfodiester.
Función poli adenil adelinaza, 3`q se introdujo el corte.
Una salvedad, para explicar la diferente entre eucariota y procariota ,
cuando encontramos RNA mensajero de procarionte información para
codificar solo 1 proteína, cuando se transcribe son capaces de transcribir los
poli sintrónicos,. En el mensajero en el procarionte información para más de
una proteína,. Son genes policistronicos en procariontes. Eucariontes es
diferentes monocistronicos.