TRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓNTRANSCRIPCIÓN

UNIVERSIDAD AUTONOMA DE SAN LUIS POTOSIUNIVERSIDAD AUTONOMA DE SAN LUIS POTOSI

UNIDAD ZONA HUASTECAUNIDAD ZONA HUASTECA

BIOLOGÍA MOLECULARBIOLOGÍA MOLECULAR

BQ. Carolina Eugenia Gil Solís octubre 2011

mRNAmRNAtRNArRNA

� Proceso de copia de un gen o fragmento de DNA utilizando ribonucléotidos y originándose diferentes tipos de RNA.

TRANSCRIPCIÓN…TRANSCRIPCIÓN…

� Por ej: Las moléculas de mRNA son largas copias (o transcriptos) de secuencias de DNA -de 500 a 10.000- nucleótidos.

� Este mecanismo permite que la información del DNA llegue al resto de orgánulos celulares y salga del núcleo en el caso de los eucariotas.

� ¿Cómo es en el caso de procariontes?

[Procesos de transcripción y traducción en la célula]

COMPONENTES BASICOS DE LA TRANSCRIPCION

DNA moldeRNA polimerasa NTP: ATP

UTPGTPCTP CTP

Dirección 5´-3´

5’GATTACAGTACAGTGATCAGTACAGTACGTACATGTA 3’3’CTAATGTCATG TCACTAGTCATGTCATGCAT GTACAT 5’

What is the molecular basisof transcription?

Bases moleculares de la transcripción

3´’

....3’

...

1

2

5’

5’GATTACAGTACAGTGATCAGTACAGTACGTACATGTACGGG 3’

3’CTAATGTCATGTCACTAGTCATGTCATGCATGTACATCCC 5’

SEPARACION DE LAS HEBRAS DE DNA

5’GATTACAGTACAGTGATCAGTACAGTACGTAACGGG…´ 3’

5´ GAUUACA3’CTAATGTCATGTCACTAGTCATGTCATGCATTCCC ...5’

HEBRA CODIFICANTE

SINTESIS de RNA en DIRECCION 5´- 3´

3’CTAATGTCATGTCACTAGTCATGTCATGCATTCCC ...5’

HEBRA MOLDE o TEMPLADO

5’GATTACAGTACAGTGATCAGTACAGTACGTAACGGG 3’

5´ GAUUACAGUACAGUGAUCAGUACAGUACGUAACGGG 3´3’CTAATGT CA TGTCACTAGTCATGTCATGCATTCCC 5’

HEBRA CODIFICANTE

SINTESIS EN DIRECCION 5´- 3´

3’CTAATGT CA TGTCACTAGTCATGTCATGCATTCCC 5’

HEBRA MOLDE RNA

ADN Hebra codificante

RNA POLIMERASA

A

ETAPAS DE LA TRANSCRIPCION

INICIACION

ELONGACION

TERMINACION

GEN

Secuencia completa de nucleótidos necesaria para la síntesis de un producto

funcional funcional ( polipéptido o RNA )

How is a RNA polymerase directed to a gene?

Let’s define a gene as a transcription unit

ESTRUCTURA DE UN GEN . Secuencias reguladoras y secuencias codificantes

RNA polimerasa

--

rio arriba rio abajo

inicio

promotor

+1

promotor

Sitio de inicioDNA

¿DONDE SE INICIA LA TRANSCRIPCION GÉNICA ?¿ DONDE TERM INA?

Señales de termino Señales de inicio

promotor

Región reguladora Región codificante

RNA

NO TODO EL GENOMA SE TRANSCRIBE

Proteínas reconocen secuencias de nucleótidos ( secuencias de consenso )que indican a la RNA polimerasa el inicio y el termino de la síntesis

Flujo de la información genética en eucariontes

Transferencia de la información del DNA a la proteína

� Hay separación de cadenas durante la transcripción

� Ambas cadenas se utilizan como molde

� Hay genes completos en fragmentos de ambas cadenas

� Para un gen dado solo una de las cadenas actúan como molde y para ese gen siempre es la misma

� Los NTP son ATP, GTP, CTP y UTP

Puntos importantes a tenerse en cuenta……

5´ 3´

3´ 5´

Cadena molde (antisentido)

Cadena sentido (secuencia del gen)

Dirección de la transcripción

Gen Gen

Gen Gen Gen

� La polimerasa se mueve desde el extremo 3´ de la cadena molde

� La transcripción puede ser a partir de las 2 cadenas

� Transcripción en el nucleólo de Triturus viridiscens (un anfibio) de los genes repetidos en tándem que determinan el RNA ribosómico.

� A lo largo de cada gen se unen muchas moléculas de polimerasas de RNA que transcribe en una dirección.

� Las moléculas mas cortas se encuentran mas cerca del sitio de inicio de la transcripción, las mas largas, casi han completado el proceso.

� La secuencia de nucleótidos del RNA coincide con lacadena que NO actúa como molde (sentido ocodificadora), excepto que las T aparecen reemplazadaspor U

Puntos importantes a tenerse en cuenta……

Cadena sentido 3´

5´

Cadena codificadorao

Cadena molde5´

� La secuencia de mRNA es complementaria a la cadena molde delDNA utilizada para su síntesis. Se muestra parte de lasecuencia que determina la enzima β-galactosidasa.

3´

POLIMERASAS DE RNA

� RNA I (Pol I): transcribe genes que determinan rRNA

� RNA II (Pol II): transcribe genes que determinan proteínas

� RNA III (Pol III): transcribe otros RNA funcionales (ej: tRNA)

FASES DE LA TRANSCRIPCIÓN

� INICIACIÓN

� ELONGACIÓN

� TERMINACIÓN

INICIACIÓNINICIACIÓN

INICIACIÓN…

� La polimerasa se une al promotor para iniciar la transcripción, se trata de una zona previa a la región de DNA que se transcribirá (para mRNA)

� Se trata de un elemento de control que es una región del ADN � Se trata de un elemento de control que es una región del ADN

con una secuencia que es reconocida por la ARN polimerasa

para comenzar la transcripción. A el se unen los factores de

transcripción. Se encuentra inmediatamente antes de los genes

estructurales.

� El promotor forma parte de la región reguladora del gen

adyacente a la región informativa, regula la actividad de la RNA-

polimerasa y por tanto, regula la expresión del gen.

RNA Polimerasa en procariontes

� Convención sobre la asignación de los extremos5´ y 3´ de un gen

Existen secuencias de nucleótidos que indican el inicio de la transcripción

Promotor bacteriano río arriba del sitio de inicio de la transcripción

+1

+ 15´ 3´

Secuencia informativa del gen

transcripción

promotor

Secuencias consenso de los promotores de E. coli

Promotor: se localiza aguas arriba, 5´ del sitio de inicio y de las secuencias informativas

75%

TTG, TA, T 50- 75%

T 50- 75%

EL FACTOR SIGMA JUEGA PAPEL CLAVE EN LA TRANSCRIPCION

� Reconocimiento de la secuencia promotora especifica

� Posiciona RNA polimerasa en el promotor� Posiciona RNA polimerasa en el promotor

� Facilita la apertura del DNA en cercanias del +1

INICIACION

pppPu

La polimerasa de RNA explora el DNA en buscade una secuencia promotora, donde se une, abre la doble hélice y comienza la

síntesis de una molécula de RNA a partir del sitio de inicio de la transcripción

+1

FT unido a secuencia ENHANCER”actúa a la distancia

FTRNA POL

ELONGACIÓNELONGACIÓNELONGACIÓNELONGACIÓN

• Burbuja de transcripción

• La pol de RNA cataliza la transcripción 3´ de la cadena de RNA, adición de nucleótidos, uno cada vez

NTP + (NMP)nDNA

Mg+2 RNA pol(NMP)n + 1 + PPi

RNA

NTP

ELONGACIONSalida de σ

PPP

PPP

TERMINACIÓNTERMINACIÓNTERMINACIÓNTERMINACIÓN

T e r m i n a c i ó nun ejemplo de cómo se lleva a cabo en E. coli…

� Señales de terminación: disociación de la cadena deRNA y la polimerasa del molde.

� Secuencias terminadoras ± 40 pb: finalizan ensecuenciasricasenGC seguidospor unaseriede6 osecuenciasricasenGC seguidospor unaseriede6 omas A en la cadena molde. Se han determinado 20secuencias de terminación distintas.

� Lazo tipo horquilla (terminación independiente deRho)� Este lazo y la serie de residuos U parece que actúan como

señal para la disociación de la polimerasa de RNA y laterminación de la transcripción

Término de la Transcripción en procariotas (E.coli)

-Rho Dependiente-Rho Dependiente

-Rho Independiente

HORQUILLA “Hairpin”

Asociación débil A:U es mas debil que G:C.

Rho independiente

Figure 26.15

A:U es mas debil que G:C.

σ

::

Inicio de elongación

Disociación de sigma

Regulacion de la expresión génica a nivel de transcripción

� EXPRESION CONSTITUTIVA: (productos génicos son requeridos en forma permanente)

Depende de la ESTRUCTURA DEL PROMOTOR ( débil , fuerte )Depende de la ESTRUCTURA DEL PROMOTOR ( débil , fuerte )

� EXPRESION REGULADA: (productos génicos cuyos niveles varían en respuesta a una señal molecular)

� REPRESION

� INDUCCION

REGULACION DE LA EXPRESION GENICA EN PROCARIONTES

ORGANIZACIÓN DE GENOMA BACTERIANO : OPERON

RNA policistrónico

P 1 T P 2 T P 3 T

ORGANIZACIÓN MONOCISTRONICA DEL GENOMA

EUCARIOTA

Gen 1 Gen 2 Gen 3

mRNAsmonocistrónicos

PROTEINAS

Promotor Señales de Termino

OPERON LACTOSA OPERON LACTOSA

O = operador P = promotor

EN AUSENCIA DE LACTOSA

EN PRESENCIA DE LACTOSA

Procesamiento de RNA en Procesamiento de RNA en eucariotaseucariotaseucariotaseucariotas

Procesamiento…Procesamiento…

� Una vez sintetizado, el preARNm sufre ciertasmodificaciones: se agrega una caperuza (7metilguanosina) al extremo 5’ y una cola poliadenina alextremo 3’ y se eliminan los intrones o secuenciasnocodificantes(splicing).

Procesamiento de RNA en eucariotas

nocodificantes(splicing).

� La adición de CAP sirve para que el mRNA seareconocido por el ribosoma

� CAP y Poli A sirven para que el mRNA no sea degradadopor nucleasas

� PROCESAMIENTO DE UN TRANSCRITO PRIMARIO

a. Transcripción mediada por la polimerasa

b. La enz guaniltransferasa añade 7-metilguanosina al extremo 5´

c. La secuencia AAUAAA, actúa como señal para que ocurra una reacción de corte de unos 20 pb aguas abajo20 pb aguas abajo

d. Catalizada por una endonucleasa

e. La enzima polimerasa de poli A añade la cola de poli A, compuesta por 120 a 200 residuos de adenosina, al extremo 3´de corte

f. mRNA primario completo

Poliadenilación

Procesamiento de RNA en eucariotas

Mecanismo de corte y empalme

� Uniones exón-intrón: secuencias muy conservadas

� Importantes para las reacciones de corte y empalme

� Regla 5´GU-AG 3´

� snRNP (snRNA asociado a proteínas) reconocen secuencias, cortan y empalman

Eliminación de intrones por corte y empalme� Se forma una molécula intermedia en forma de

lazada:� Primero un corte en la región 5´, formación de un lazo, el OH

“libre” produce un corte en el extremo 3´ liberando el intrón parcialmente enlazado

� La formación de la lazada también se da en una secuencia muy conservada en el intrón y la unión siempre se da en una A muy conservada

� Se unen los dos exones OH� Se unen los dos exones OH

A

REMOCION DE INTRONES - SEÑALES DE SPLICING

Sitio de splicing 5’Punto de ramificación

Sitio de splicing 3’

Frecuencia %

A

GU...................................A.................. ......AG

Intron

Transcripción y traducción simultáneas en E. coli

Características de Transcripción en: � Procariotes

� Acoplada a traducción� RNA polimerasa� No procesamiento

� Eucariotes

� Traducción en citoplasma� Tres polimerasas: Pol I, II y III� Procesamiento� No procesamiento

� Secuencias regulatorias� Caja Pribnow -10 pb� GC -35 pb

� Organización en operones

� Procesamiento� Splicing (corte y empalme)� GU---pyr---AG� Adición de nucleótidos� Modificación de bases

� Secuencias regulatorias� Caja TATA -35 pb (Hogness)� CAAT -75 pb� Enhancer

� No operones