Presentación sobre el proceso de transcripción genética de la UAX

Genética: Conceptos Esenciales

TEMA 4
TRANSCRIPCIÓN
César Benito · Fco. Javier Espino
Genética
Conceptos esenciales
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EDITORIAL MEDICA
panamericana

Biología Molecular de la Célula

Biología molecular de
LA CÉLULA
Quinta edición
SOUCE ALBERTS
MARTIN KAFF
KEity ROBERTS
PETER SALTER
Quinta edición
OMEGA
ALBERTS JOHNSON LEWIS
RAFF
ROBERTS
WALTER
UNIVERSIDAD
ALFONSO X EL SABIO
Ana Banzo Berzosa

Procesos Fundamentales del DNA

TRANSCRIPCIÓN
replicación del DNA
reparación del DNA
recombinación genética
DNA
5'
3'
3'
5'
síntesis de RNA
(transcripción)
RNA
5'
3'
síntesis de proteínas
(traducción)
PROTEÍNA
H2N
COOH
aminoácidos
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ALFONSO X EL SABIO
Ana Banzo Berzosa

Expresión Génica y Regulación

TRANSCRIPCIÓN
gen A
gen B
DNA
TRANSCRIPCIÓN
TRANSCRIPCIÓN
RNA
RNA
TRADUCCIÓN
TRADUCCIÓN
A
A
A
A
A
B
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
A
· La eficiencia de estos procesos es variable según los genes.
· La célula puede regular la expresión de cada uno de sus genes
controlando la producción de RNA
UNIVERSIDAD
ALFONSO X EL SABIO
Ana Banzo Berzosa

El Proceso de Transcripción

TRANSCRIPCIÓN
El proceso de transcripción es el primer paso que da la célula para expresar la
información contenida en el DNA. La célula va a copiar un determinado fragmento
de su secuencia de nucleótidos de DNA a una secuencia de nucleótidos de RNA.

Características del RNA

• EI
  RNA
  es un tipo de ácido nucleico
  intermediario entre el DNA y la síntesis de
  proteínas.
• Diferencias con el DNA:
  o El RNA está constituido por una sóla hebra
  monocatenario. Esta cadena de nucleótidos
  es mucho más corta que el DNA.
  o Composición química:
  bases: adenina, guanina, citosina
  y
  uracilo (en vez de timina).
  azúcar: ribosa
  o
  Estructura: el RNA no presenta una
  estructura secundaria regular.
  HOCH2 O
  OH
  VI
  H
  H
  H
  OH OH
  ribose
  used in ribonucleic
  acid (RNA)
  used in deoxyribonucleic
  acid (DNA)
  O
  .C
  H3C
  C
  C
  NH
  Il
  I
  HC
  C
  HC
  C
  N
  0
  1
  H
  H
  uracil
  thymine
  used in RNA
  used in DNA
  UNIVERSIDAD
  ALFONSO X EL SABIO
  Ana Banzo Berzosa
  HOCH2 O
  OH
  H
  H
  J
  H
  H
  OH H
  deoxyribose
  O
  O=
  HC
  NH
  -
  I
  N
  O

Estructura del RNA

ESTRUCTURA DEL RNA
RNA
5' End
O-P=0
O
U
5' CH2_O
H
H
H
H
3
O
OH
C
. H
-H
N
C
N
C
uracil
cytosine
C
C
C
C
H
H
C
I
H
H
3
OH
O-P=O
O
C
5'
5' CH2
.O
1
H
H
3
H
H
3
OH
N
C
C
C
N
C
N
O
C
N
5' CHO
H
H
H
H
3
O
OH
O-P=0
O
A
5' CH2_O
H
H
H
H
3
O
OH
H
3' End
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Ana Banzo Berzosa
O !!!!!!! I-Z
Z !!!!!! I-Z
Z-I
N
N
O
C
C
H
H
C
U=Z
hydrogen
bond
O-P=0
1
adenine
N
guanine
C
C
H
H
H
I-U
O-P=0
Ò
5' CHO
0=
N
O
IIII
O
H
H
N
-
-Z
O

Pares de Bases y Estructura Secundaria del RNA

ESTRUCTURA DEL RNA
Además de la hebra simple, la cadena de RNA
puede formar pares de bases con regiones
complementarias.
De esta manera a lo largo de la cadena de RNA
pueden observarse:

• regiones
  cortas
  con
  apareamiento
  intramolecular de bases formándose una
  doble hélice.
• Regiones de bases no apareadas o
  incorrectamente apareadas dando lugar a
  protuberancias o bucles internos.
  G
  CA
  „A-160
  G
  C
  C
  G
  `G
  GU-
  A-1
  G-C
  C-G
  A
  140
  AGCA
  AAC-GGU
  G
  -180
  A
  A
  GU
  A
  G
  GGUGCG
  40%
  G
  A
  CCACGCGA
  G
  `200
  100
  CGCGG CUGG
  G
  Q
  GUGCC GAC
  C
  00000
  00:00
  1
  .G.
  G~CCU
  IT
  GCAG-C
  G
  AUAC-
  A
  GT
  GGGUUCA GUACGG
  C
  80
  U-A
  A
  280
  C-
  0
  G
  CAAGG
  G
  AUGG
  C
  G-300
  C
  U
  A
  U
  A
  U
  60
  G
  20
  CCGGUCGUU
  C
  A G
  U
  G
  C
  A
  U
  1
  GAAGCUGACCAG
  . C'
  CUUUGACUGG
  'G
  C
  A
  U
  C
  A
  A
  U-377
  360-U
  CGGCCC4
  AA
  G
  G
  U
  260
  AUA
  C-G
  CCCAAGUCAUGCC
  -G
  0
  000504
  GAGCCAGUGAG
  GGGGGA GACG GOGGAGG
  UCUCCU CUGO UGCUUCG OGG . UN LAG
  330
  G
  40
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  ALFONSO X EL SABIO
  Ana Banzo Berzosa
  U
  120-
  CA
  A
  220 U
  A
  0
  Go
  C
  A
  G . U
  0000
  ~G
  A
  GA
  A
  G
  .C.
  A
  C
  G-C-240
  G-

Mecanismo de Transcripción

TRANSCRIPCIÓN
DNA
5'
3'
cadena molde
TRANSCRIPCIÓN
5'
3'
RNA
3' La transcripción es llevada a cabo por unas
enzimas denominadas RNA polimerasas, las
5'
cuales catalizan la formación de enlaces
fosfodiéster entre los nucleótidos, formando
una cadena lineal.
La RNA polimerasa se desplaza a lo largo
del DNA y expone una región de la cadena
de DNA, que se usa como molde, para la
síntesis de la cadena de RNA.
Los sustratos que utiliza son nucleósidos
trifosfato y la formación del enlace
requiere energía, que la va a obtener de la
hidrólisis de los enlaces trifosfato.
5' triphosphate
3'
HO-100
3'
5'
HO
primer
strand
template
strand
5'
3'
pyrophosphate
3'
5'
HO-
O
O
5'
3'
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ALFONSO X EL SABIO
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Función de la RNA Polimerasa

TRANSCRIPCIÓN
RNA polimerasa
3' 5'
dirección de la
transcripción
doble hélice
de DNA
RNA polimerasa
1
ribonucleósidos
trifosfato
canal de salida
del RNA
centro activo
túnel de los
ribonucleósidos
trifosfato
vía de salida
de la doble
hélice de DNA
5'
transcrito de RNA
recién sintetizado
corta región
helicoidal DNA/RNA
transcrito de RNA
recién sintetizado
cadena molde
de DNA
dirección de la
hélice de DNA
todavía no
transcrita
RNA formando
una corta hélice
DNA/RNA
cadena de DNA
no molde desplazada

Diferencias con la DNA Polimerasa

Diferencias con la DNA polimerasa:
· Cataliza la unión de ribonucleótidos.
· La RNA polimerasa puede iniciar la síntesis de una
cadena, sin necesidad de ningún cebador.
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ALFONSO X EL SABIO
Ana Banzo Berzosa

Tipos de RNA y sus Funciones

TRANSCRIPCIÓN

TIPO DE RNA	FUNCIÓN
mRNA	Codificar proteínas
rRNA	Formar el centro del ribosoma y catalizar la síntesis proteica
miRNA	Regular la expresión génica
tRNA	Actuar como adaptadores entre el mRNA y los aminoácidos durante la síntesis de proteínas
Otros RNA pequeños	Utilizados en el corte y empalme del pre- mRNA, procesamiento del RNA ribosómico, mantenimiento de los telómeros y muchos otros procesos

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ALFONSO X EL SABIO
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Tipos de RNA Polimerasas

TIPOS DE RNA POLIMERASAS

Procariotas	Un solo tipo de RNA pol, mediante la cual se transcriben todo tipo de genes
RNA pol I	rRNA 28S,18S y 5.8S
Eucariotas	Pre-mRNA, y RNA que se encargan de la maduración de los pre-mRNA y la regulación de la expresión génica
RNA pol II
RNA pol III	tRNA y rRNA 5S

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Transcripción en Procariotas

Inicio de la Transcripción Procariota

TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS
INICIO
. La RNA polimerasa debe poder reconocer el inicio de un gen y donde acaba ese gen.
· El inicio de la transcripción constituye el punto de regulación principal que utiliza
la célula para seleccionar que proteínas se van a expresar.
· La RNA polimerasa bacteriana es un complejo proteico formado por muchas
subunidades: una de ellas es el Factor Sigma.
. Al conjunto de enzima y factor sigma se le denomina holoenzima de la RNA polimerasa.
· En un principio este complejo se une
débilmente al DNA, hasta que llega a una
región que indica el punto de inicio de la
transcripción: Promotor, que es reconocida 3
por el factor sigma, el cual hace que el
complejo se una al DNA con mucha más
fuerza.
start
stop
site
site
gene
/
3'
DNA
5'
promoter
terminator
template strand
RNA polymerase
RNA SYNTHESIS
BEGINS
5'
3'
3'
5'
5'
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Mecanismo de Inicio en Procariotas

TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS
INICIO
· Una vez se ha unido la holoenzima al promotor,
comienza a separar la doble hélice de DNA. Esta
apertura no va a requerir energía de la hidrólisis de
ATP, si no que se producen una serie de cambios
conformacionales entre el DNA y la enzima, que los
llevan a un estado energético más favorable.
•
Con el DNA desenrollado, una de las dos hebras será
utilizada como molde para la síntesis de la cadena de
RNA.
· En principio, al ser el DNA de doble cadena,
cualquiera de ellas podría ser usada como molde.
· La RNA polimerasa sólo sintetiza en sentido 5'-3', por
lo que solo podrá usar una hebra por gen.
· Como los genes típicos solo tienen un promotor por
gen, la hebra de DNA que se use como molde variará
de un gen a otro en función de la localización y
orientación del promotor.
5'
5'
3'
3'
5'
sigma factor
5'
growing RNA strand
5'
3'
3'
5'
TERMINATION AND RELEASE
OF POLYMERASE AND
COMPLETED RNA CHAIN
3'
5'
sigma factor
rebinds
3'
3'
5'
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Elongación y Finalización en Procariotas

TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS
ELONGACIÓN Y FINALIZACIÓN
•
Fase de Elongación: Tras la síntesis de los primeros
nucleótidos de la cadena (2-10), la holoenzima se
suelta de la región del promotor, y la RNA polimerasa
avanza sintetizando el resto de la cadena.
· Fase de finalización: comienza cuando la enzima
encuentre una señal en el DNA, el terminador, donde
la polimerasa se detiene y libera tanto la cadena de
RNA sintetizada, como el molde de DNA.
· En la mayoría de los genomas bacterianos, la señal
de terminación consiste en una serie de pares de
nucleótidos A-T, precedidos por una secuencia de
DNA, que una vez transcrita a RNA, se pliega en
forma de horquilla, la cual ayuda a liberar el
transcrito de la enzima.
5'
3'
3'
5'
sigma factor
growing RNA strand
5'
5'
3'
3'
5'
TERMINATION AND RELEASE
OF POLYMERASE AND
COMPLETED RNA CHAIN
3'
5'
sigma factor
rebinds
5'
3'
3'
5'
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Secuencia Consenso de Promotores

TRANSCRIPCIÓN
Secuencia consenso de la principal clase de promotores de E. Coli
100
frequency of nucleotide in each position (%)
75
50
25
0
T
T
GA
C
A
T
A
T
A
A
T
15-19
-35
nucleotides
-10
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Unidad de Transcripción

TRANSCRIPCIÓN
Unidad de transcripción:
· es la secuencia de DNA que codifica para una molécula de RNA y las secuencias
necesarias para su transcripción.
· Incluye un promotor, la región que se transcribe y un sitio de terminación
de la transcripción o terminador
Cadena codificadora
PROMOTER
(start signal)
-35
-10
-
+1
5'
-TAGT GTATTGACATGATAGAAGCACTCTACTATATTCTCAATAGGTCCACG-3'
DNA
3' -ATCACATAACTGTACTATCTTCGTGAGATGATATAAGAGTTATCCAGGTGC-5'
start
site
TRANSCRIPTION
template strand (Cadena molde)
5'
3'
RNA
AGGUCCACG
TERMINATOR
(stop signal)
stop
site
5' -CCCACAGCCGCCAGTTCCGCTGGCGGCATTTTAACTTTCTTTAATGA
-
- 3'
DNA
3'
-GGGTGTCGGCGGTCAAGGCGACCGCCGTAAAATTGAAAGAAATTACT-
- 5'
TRANSCRIPTION
template strand
3' RNA
CC CACAGCCGCCAGUUCCGCUGGCGGCAUUUU
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5'

Proceso de Transcripción en Procariotas

TRANSCRIPCIÓN EN PROCARIOTAS
factor o
promotor
RNA
DNA
1
7
RNA polimerasa
2
6
3
5
4
RNA
RNA
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Transcripción en Eucariotas

Diferencias de RNA Polimerasa Procariota/Eucariota

TRANSCRIPCIÓN EN EUCARIOTAS
DIFERENCIAS ENTRE LA RNA POLIMERASA PROCARIOTA/EUCARIOTA
1.
Mientras que la RNA polimerasa bacteriana solamente necesita una proteina adicional (factor
sigma) para que se inicie la transcripción, la polimerasa eucariota requiere muchas otras
proteínas adicionales llamadas en conjunto: Factores Generales de Transcripción.
2. En las células eucariotas, el inicio de la transcripción debe resolver el problema que supone el
empaquetamiento de DNA, aspectos ausentes en los cromosomas bacterianos.
(A)
EUCARYOTES
cytoplasm
nucleus
introns
exons
DNA
TRANSCRIPTION
RNA transcript
5' CAPPING
RNA SPLICING
3' POLYADENYLATION
RNA cap
mRNA
AAAA
EXPORT
mRNA
AAAA
TRANSLATION
protein
(B)
PROCARYOTES
DNA
TRANSCRIPTION
mRNA
TRANSLATION
protein
WOA
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