Estructura y función del RNA, transcripción y traducción en la Universidad de Magallanes

Estructura del RNA

Función Transcripción Traducción Sussy Bastías Candia, Ph.D Bases celulares de la vida 2024.DNA-RNA-PROTEÍNA

Síntesis de proteínas

CELL NUCLEUS DNA Replication 1. Transcripción DNA Polymerase Chromosome 2. Maduración RNA RNA Transcription Núcleo celular Mitocondrias Cloroplastos RNA Polymer RNA Processing 4. Traducción 3. Transporte Nuclear membrane mRNA Transport Ribosomas citoplama Mitocondrias Cloroplastos Protein Translation

Paso de DNA a RNA

01 ¿Por qué el paso de DNA a RNA ? http://nobelprize.org/ Messenger ENAS JON LORDPrimary and secondary structure of RNA

Estructura primaria y secundaria del RNA

(a) 5' Strand continues Phosphate Base -GC- AU U:A U. .C UA- -A:U- CIG= CG- G 1 CH H.C 5" O AU- 4K H H H 2. 12 OH C 0- HC-N 0-P=0 -7 C 1 Ò G N. in O -Z (b) Primary structure 5 AUGCGGCUACGUAACGAGCUUAGCGCGUAUACCGAAAGGGUAGAAC 3 An RNA molecule folds to form secondary structures ... Folding HỌC S. o Z K H H H H 3' H O H N -H o-P=0 C HC C 1 N R.C. 5 o H H H 3. O OH 1 Strand continues 3' Secondary structure A UGG UACC C C 5 AUGC AUGCGGCUACG U U. G HN O-P=0 RNA contains uracil in place of thymine. U CH C U C c- "C -A:U- GC -U:A- -C.G. C -CG -G:C- -CIG- C.G -AU- U -AU- C -CIG- -AU- (3) Bulge loop (b) Internal loop (c) Multibranched junction (d) Stem-loop H H N-H A H O OH H HCmN -- 1 -7 1 O A HJC RNA has a hydroxyl group on the 2'-carbon atom of its sugar component, whereas DNA has a hydrogen atom. RNA is more reactive than DNA. -U:A- A HCG -Ribose sugar UC DCG CAAG 1 H ... owing to hydrogen bonding between complementary bases on the same strand. OH

Tipos de RNA

Se conocen muchos tipos de RNA, clásicamente los RNAs se clasificaban tan sólo en tres tipos, todos ellos participando de una u otra manera en la síntesis de las proteínas:

• RNA como producto final ARN mensajero Copia información del AND y la transporta hasta los ribosomas

ARN transferente

Se une a aminoácidos para formar proteínas en los ribosomas ARNm ARNt

ARN ribosomico

ARNr Se asocia a proteínas y forma los ribosomas

Tipos principales de RNA que fabrican las células

Tabla 6-1 Tipos principales de RNA que fabrican las células

TIPO DE RNA	FUNCIÓN
mRNA	RNA mensajeros, codifican proteínas
rRNA	RNA ribosómicos, forman la estructura básica de los ribosomas y catalizan la síntesis de proteínas
tRNA	RNA de transferencia, cruciales en la síntesis de proteínas como adaptadores entre el mRNA y los aminoácidos
snRNA	RNA nucleares pequeños, participan en varios procesos nucleares, incluyendo la maduración (ayuste) del pre-mRNA
snoRNA	RNA pequeños nucleolares, participan en el procesamiento y modificación química de los rRNA
scaRNA	RNA Cajal pequeños, participan en la modificación de snoRNA y snRNA
miRNA	microRNA, generalmente regulan la expresión génica bloqueando la traducción de mRNA selectivos
siRNA	RNA de interferencia pequeños, anulan la expresión de un gen mediante degradación directa de mRNA selectivos y el establecimiento de estructuras compactas de cromatina
Otros RNA no codificadores	participan en diversos procesos celulares, como la síntesis de los telómeros, la inactivación del cromosoma X y el transporte de proteínas al ER

RNAs importantes para la síntesis proteica

RNA mensajero (mRNA)

• El ARN generalmente es monocatenario en lugar de bicatenario.
• v bases son complementaria a la secuencia de bases del DNA
• v No permanece unida por enlaces de puente de hidrogeno a la cadena de DNA
• v Contienen señales de iniciación (AUG) y de terminación (UAA, UAG, UGA) de síntesis proteica
• v Se forma como un transcrito primario (pre-mRNA) que sufre modificaciones antes de ejercer su función (maduración del mRNA) in 3 GPPP AAAAn AUG UGA Capucha 5' (CAP) Cola poli A 1 proteina Lugar de union al ribosoma Secuencias no codificantes Región codificadora

Transcripción y traducción

ATC TCGTAA TACTAGAGCATT ADN TRANSCRIPCIÓN ARNm AUGAUCUCGUAA TRADUCCIÓN Polipéptido Met Ile Ser ALTO

Transcripción de RNA complementario

La transcripción produce RNA complementario para una cadena de DNA v Asimetría de la transcripción: se transcribe para cada gen una de las dos hebras de DNA, la hebra que se toma como molde para producir el RNA se la denomina cadena molde, cadena sin sentido o cadena no codificante y la otra hebra de DNA, la que no se transcribe, se la denomina cadena con sentido o cadena codificante 3' Antisense strand RNA polymerase 5' ATGACGGATCAGCCGCAAGCGGAATTGGCGACATAA UACUGCCUAGUCGGCGUU RNA Transcript TACTGCCTAGTCGGCGTTCGCCTTAACCGCTGTATT 5 3 Sense strand Human Genome Research Institute

Proceso de transcripción

Transcripción Codón ADN C U G U G T Par de bases Pre-ARNm Núcleo de la célula Citoplasma C ARNm Traducción Proteína 0 Aminoácidos ARNt Cadena de proteina en crecimiento C A C T C G U U C Ribosoma Codón O 2017 Terese Winslow LLC U.S. Govt, has certain rights C· The trunk of each 'Christmas tree' (a transcription unit) represents a DNA molecule; the tree branches (granular strings attached to the DNA) are RNA molecules that have been transcribed from the DNA. As the transcription apparatus moves down the DNA, transcribing more of the template, the RNA molecules become longer and longer.

RNA polimerasa

• Enzima compleja, no requiere primer (cebador), no funciona la corrección de errores
• Procariotas: sólo un tipo. Con múltiples subunidades
• Eucariotas: 3 tipos

Tipos de RNA polimerasa eucariotas

1. RNA polimerasa I, 13 subunidades. Se localiza en el núcleo y en el nucleolo Síntesis de rRNA 45S
2. RNA polimerasa II, 12 subunidades. Se localiza en el nucleoplasma. Síntesis de los hnRNA (transcrito primario o pre-mRNA), los precursores de los mRNA
3. RNA polimerasa III, 17 subunidades. Se localiza en el nucleoplasma. Síntesis rRNA 5S y tRNA

Mecanismo de la RNA polimerasa

3' 5' RNA polimerasa dirección de la transcripción doble hélice de DNA transcrito de RNA recién sintetizado cadena molde de DNA dirección de la hélice de DNA todavía no transcrita ribonucleósidos trifosfato canal de salida del RNA centro activo túnel de los ribonucleósidos trifosfato 5' transcrito de RNA recién sintetizado corta región helicoidal DNA/RNA (A) Figura 6-8 Biología molecular de la célula, quinta edición (@ Garland Science 2008 y Ediciones Omega 2010) v Desenrolla hélice un poco antes del centro activo. v Adhiere nucleótidos en sentido 5' a 3' No requiere de un cebador v Error 104, mientras que DNA polimerasa 107 V Pueden retroceder y corregir errores. vía de salida de la doble hélice de DNA (B) RNA formando una corta hélice DNA/RNA cadena de DNA no molde desplazada

Características de la RNA polimerasa

• La ARN polimerasa siempre construye una nueva cadena de ARN en la dirección 5' a 3'
• Para comenzar la transcripción de un gen, la ARN polimerasa se une al ADN del gen en una región llamada el promotor.
• Y Muchos promotores eucariontes tienen una secuencia llamada un caja TATA
• El transcrito de ARN tiene una secuencia casi idéntica a la hebra de ADN no molde o codificante. Sin embargo, las cadenas de ARN tienen la base uracilo (U) en lugar de timina (T)

Inicio de la transcripción

Promotor 3' 5' 3' TATAAA ATATTT 5' +1 Caja TATA Sitio de inicio de transcripción 3' 5' 3' TATAAA ATATTT 5' +1 Primer factor de transcripción 5' 3' TATAAA ATATTT 3' 5' +1 1 Mas factores de transcripción ARN polimerasa II 3 5' 3' TATAAA ATATTT 5' +1

Proteínas en el inicio de la transcripción

El inicio de la transcripción requiere de muchas proteinas DNA RNA polymerase I RNA polymerase II RNA polymerase III Pre-rRNA Pre-mRNA snoRNA 5S rRNA snRNA tRNA miRNA 18S FRNA 5.8S rRNA 28S rRNA Exon Intron UTR 1 - 3 5 3 = Núcleo pre - mRNA, RNA nucleares pequeños (snRNA) III Núcleo pre - tRNA, rRNA 5S, otros snRNA Mitocondrial Mitocondria Mitocondrial Cloroplástica Cloroplasto Cloroplástico

RNA polimerasas eucariotas

Table 13.3 Eukaryotic RNA polymerases

Type	Present in	Transcribes
RNA polymerase |	All eukaryotes	Large rRNAs
RNA polymerase II	All eukaryotes	Pre-mRNA, some snRNAs, snoRNAs, some miRNAs
RNA polymerase III	All eukaryotes	tRNAs, small rRNAs, some snRNAs, some miRNAs
RNA polymerase IV	Plants	Some siRNAs
RNA polymerase V	Plants	RNA molecules taking part in heterochromatin formation

Localización y función de RNA polimerasas

CYTOPLASM RNA POLIMERASAS

POLIMERASA	LOCALIZACION	RNA SINTETIZADOS
I	Núcleo	pre - rRNA (excepto la subunidad 5S)

Procesamiento de RNA

ETS ITS NUCLEOLUS snRNPs 28S rRNA Splicing Intron 18S rRNA 5.8S rRNA Spliceosome SS rRNA 5 3 snoRNPs rRNA processing 5 3 NUCLEUS 5' capping, 3' cleavage, and polyadenylation Amino acid ERNA Poly(A) tail Cap mRNA 5' Gppp AAAA 3 60S RIBOSOME 40S RIBOSOME ERNA Ribosome assembly rRNA components tRNAs bind to three sites within the ribosome 5' 3' mRNA Direction of translation Polypeptide chain (protein) 2 UTR

Factores de transcripción

Core promoter TATA Startpoint DNA 1 TFIID binds to TATA box in DNA. D TFIID D 1 Biol2060 Gene Expression Transcription 2 TFIIA and TFIIB form complex with TFIID. TFIIA TFIIB B A D TEJIF 3 Resulting complex is bound by RNA polymerase attached to TFIIF. F RNA polymerase Il B F D A TFIIE E H TFIIH 4 Preinitiation complex is completed by addition of TFIIE and TFIIH. Eukaryotic Transcription 4 Preinitiation complex is completed by addition of TFIIE and TFIIH. B F D H E Preinitiation complex ATP A D RNA polymerase Il P 5 RNA polymerase undergoes phosphorylation. P Transcription begins @ 2012 Pearson Education, Inc.

Pasos de la transcripción

1. Existen varias secuencias consensus en la región promotora del gen
2. Diversas proteínas reguladoras activas se unen a dichas secuencias
3. Se reclutan cofactores que abren la cromatina localmente
4. Se unen los factores de transcripción basales, como el complejo que se une a la TATA-box
5. La RNA polimerasa se une e induce la separación de las dos cadena de DNA y empieza a polimerizar ribonucleotidos en una copia de RNA
6. Elongación hasta pasado el sitio de poliadenilación

Función de los factores de transcripción en la iniciación

Nombre	Número de Subunidades	Función en Iniciación de Transcripción
TFII D	TBP subunidad TAF subunidades	1 ~11	Reconoce caja TATA Reconoce otras secuencias de ADN cerca del punto de inicio de la transcripción; regula unión de TBP a ADN
TFII B	1	Posiciona con precisión la ARN polimerasa en el sitio de inicio de la transcripción
TFII F	3	Estabiliza la interacción de ARN polimerasa con TBP y TFII B; ayuda a atraer TFII E y TFII H
TFII E	2	Atrae y regula TFII H
TFII H	9	Desenrolla el ADN en el punto de inicio de la transcripción, fosforila Ser5 de la ARN polimerasa CTD; libera ARN polimerasa del promotor