Transcripción Es la síntesis de ARN sobre una plantilla de ADN. En los procariotas, la síntesis de los tres tipos de ARN es catalizada por un complejo proteico complejo: la ARN polimerasa.
La síntesis de ARNm comienza con el descubrimiento por parte de la ARN polimerasa de una región especial en la molécula de ADN, que indica el lugar donde comienza la transcripción. promotor Después de unirse al promotor, la ARN polimerasa desenrolla la vuelta adyacente de la hélice de ADN. En este punto divergen dos cadenas de ADN y en una de ellas la enzima sintetiza el ARNm. El ensamblaje de los ribonucleótidos en una cadena se produce de acuerdo con su complementariedad con los nucleótidos del ADN, y también de forma antiparalela con respecto a la cadena plantilla de ADN. La ARN polimerasa es capaz de ensamblar un polinucleótido sólo desde el extremo de 5" hasta el extremo de 3"; sólo una de las dos cadenas de ADN puede servir como plantilla para la transcripción, es decir, la que se encuentra frente a la enzima con su extremo de 3" (3" → 5") Esta cadena se llama codogénica.
terminador- esta es el área donde se detiene el crecimiento de la cadena de ARN y se libera de la plantilla de ADN. La ARN polimerasa también se separa del ADN, lo que restaura su estructura bicatenaria.
Un fragmento de una molécula de ADN, que incluye un promotor, una secuencia transcrita y un terminador, forma una unidad de transcripción. transcripción.
La regulación de operones (es decir, la regulación a nivel transcripcional) es el principal mecanismo para regular la actividad genética en procariotas y bacteriófagos.
operón - una sección de material genético cuya transcripción se realiza por molécula de ARN bajo el control de una proteína represora.
Un operón consta de genes estructurales estrechamente vinculados que codifican proteínas (enzimas) que llevan a cabo etapas sucesivas de la biosíntesis de un metabolito. Cada operón contiene: un promotor, un operador y un terminador.
Operador- secuencia de nucleótidos que se une proteína represora y regulando negativamente transcripción vecino gene. El operador se encuentra entre el promotor y los genes estructurales. Puede estar asociado con una proteína especial, un represor, que impide que la ARN polimerasa se mueva a lo largo de la cadena de ADN e impide la síntesis de enzimas. Por tanto, los genes pueden activarse y desactivarse dependiendo de la presencia de las proteínas represoras correspondientes en la célula.
represor- una proteína reguladora que suprime la transcripción de genes del operón que regula como resultado de su unión al operador (sitio regulador del operón). Esto conduce al cese de la síntesis del correspondiente ARNm y, en consecuencia, de las enzimas codificadas por el operón. El represor se sintetiza bajo el control del gen regulador en una cantidad de 10 a 20 moléculas por célula en forma activa, es decir, capaz de unirse directamente al operador, o en forma inactiva. La formación de un represor activo es característica de las enzimas inducibles, cuya síntesis comienza solo cuando sustancias específicas de bajo peso molecular (inductores) ingresan a la célula. . Inductor- una pequeña molécula efectora que se une a una proteína reguladora o a un factor físico (luz, temperatura) que estimula la expresión de genes que se encuentran en estado inactivo.
Para realizar una transcripción correcta se requieren dos tipos de elementos reguladores. Los elementos reguladores del primer tipo se denominan reguladores-cis. Son secuencias de ADN específicas en un cromosoma determinado. cis-Los reguladores actúan sólo sobre genes cercanos. El segundo tipo se llama transreguladores. Estas son moléculas solubles (incluidas proteínas y ARN) que son producidas por un gen e interactúan con otros genes en el mismo cromosoma o en otros cromosomas. Si recurrimos a la inducción genética en laca-operón MI.coli, entonces podemos recordar que el gen represor produce una proteína represora que interactúa con la secuencia operadora de los genes. laca-operón. En este caso el operador es cis-un elemento regulatorio, ya que sólo controla laca- operón de su propio cromosoma. (Una secuencia operadora mutante en otro cromosoma puede unir o no una proteína represora). Una proteína represora, por el contrario, es trance-regulador. ya que es producido por un cromosoma y se une a cis-operador regulador en otro cromosoma (fig. 12.5).
Se encuentran dos tipos en genes eucariotas que codifican ARNm. cis-secuencias reguladoras de ADN – promotores y potenciadores (“amplificadores”). Promotores generalmente ubicado inmediatamente antes del sitio donde comienza
Gilberto s. Biología del desarrollo: en 3 volúmenes T. 2: Transl. De inglés – M.: Mir, 1994. – 235 p.
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Arroz. 12.5. Esquema de regulación genética diferencial en mi. coli; mostrado cis- Y trance-elementos regulatorios. En las células de tipo salvaje, el estado inducible se caracteriza por el hecho de que el ARN de la β-galactosidasa no se transcribe hasta que hay lactosa presente. En ausencia de lactosa, la proteína represora (R) codificada por el gen i, se une al sitio web del operador ( oh), inhibiendo así la transcripción por la ARN polimerasa del promotor ( pag). Si hay lactosa presente, se une a la proteína represora, como resultado el represor no puede unirse al ADN y la transcripción continúa. La naturaleza soluble de este represor quedó demostrada en experimentos con mutantes. mi. coli. Cuando las células bacterianas haploides que portan el gen i – , se vuelven parcialmente diploides con el gen i tipo salvaje ( i + ), se sintetiza un represor de tipo salvaje, que es capaz de hacer inducible el gen original de la ß-galactosidasa. Esta proteína represora es trance-elemento regulatorio. Las secuencias promotora y operadora son cis-elementos regulatorios. |
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Arroz. 12.6. Un promotor típico de un gen codificador de proteínas eucariotas. El gen presentado contiene una caja TATA y tres elementos promotores de 5". En la parte inferior de la figura se presentan ejemplos de dichos elementos 5'. (Según Maniatis et al., 1987). |
transcripción y tienen aproximadamente 100 pares de bases de longitud. La región promotora es necesaria para la unión de la ARN polimerasa II y el inicio preciso de la transcripción. El potenciador activa la utilización del promotor controlando la eficiencia y la tasa de transcripción de ese promotor en particular. Los potenciadores activan sólo a aquellos que están acostados. cis-posición de los promotores (es decir, promotores en el mismo cromosoma), pero pueden funcionar a largas distancias. Además, pueden localizarse no sólo en el lado 5" del gen, sino también en otra cadena de ADN (Maniatis et al., 1987).
Los promotores de genes que transcriben cantidades relativamente grandes de ARNm tienen estructuras similares. Contienen la secuencia AΤA (a veces llamada caja TATA o Caja Goldberg-Hogness), ubicado a una distancia de aproximadamente 30 pares de bases desde el lado de 5" del sitio donde comienza la transcripción, y uno o más elementos promotores anteriores, que se encuentra aún más lejos en el lado de 5". El elemento promotor aguas arriba suele ser una variación de la secuencia CAAT, pero se han identificado otros elementos promotores (Grosschedl y Birnstiel, 1980; McKnight y Tjian, 1986) (Fig. 12.6).
Por primera vez se estudió el promotor del gen de la β-globina en experimentos para comprobar la transcripción específica del ADN clonado. Los genes clonados se pueden transcribir correctamente cuando se introducen en los núcleos de ovocitos o fibroblastos de rana o cuando se incuban con ARN polimerasa purificada en presencia de nucleótidos sobrenadantes (Wasylyk et al., 1980). Una vez que se ha confirmado la transcripción de un gen, se utilizan enzimas de restricción para producir divisiones específicas en ese gen o en las regiones circundantes. Entonces se puede determinar si el gen modificado continúa transcribiéndose correctamente. Los resultados de estos estudios mostraron que los primeros 109 pares de bases que preceden al sitio cap son suficientes para la transcripción máxima del gen de la ß-globina (Grosveld et al., 1982; Dierks et al., 1983).
Otros investigadores han aclarado esta conclusión clonando una región del gen de la globina de ratón desde el par de bases 106 aguas arriba (desde el lado 5") del inicio de la transcripción (posición -106) hasta el par de bases 475 (posición +475) en el primer exón (Myers et al., 1986). Estos clones fueron sometidos a mutagénesis in vitro para introducir
La unidad de transcripción en procariotas pueden ser genes individuales, pero más a menudo están organizados en estructuras llamadas operones. El operón está formado por genes estructurales situados uno detrás del otro, cuyos productos suelen participar en la misma vía metabólica. Como regla general, un operón tiene un conjunto de elementos reguladores (gen regulador, promotor, operador), que asegura la coordinación de los procesos de transcripción genética y la síntesis de las proteínas correspondientes.
Un promotor es una sección de ADN responsable de unirse a la ARN polimerasa. En el caso de los procariotas, las secuencias más importantes para la regulación de la transcripción son las denominadas "--35" y "--10". Los nucleótidos ubicados antes del codón de iniciación (“aguas arriba”) se escriben con un signo “-”, y con un signo “+” están todos los nucleótidos que comienzan desde el primero en el codón de iniciación (punto de partida). La dirección en la que se mueve el proceso de transcripción se denomina "aguas abajo".
La secuencia denominada “-35” (TTGACA) es responsable del reconocimiento del promotor por la ARN polimerasa, y la secuencia “-10” (o caja de Pribnow) es el sitio desde donde comienza el desenrollado de la doble hélice del ADN. Esta caja suele contener bases TATAAT. Esta secuencia de bases se encuentra con mayor frecuencia en promotores procarióticos y se denomina consenso. La caja TATA contiene adenina y timina, entre las cuales solo existen dos enlaces de hidrógeno, lo que facilita el desenrollado de las cadenas de ADN en esta región del promotor. En el caso de sustituciones de pares de bases en estas secuencias promotoras, se altera la eficacia y la correcta determinación del punto de inicio de la transcripción a partir del cual la enzima ARN polimerasa inicia la síntesis de ARN. En los procariotas, además del promotor, existen otras regiones reguladoras: el activador y el operador.
Un operador es una sección de ADN a la que se une una proteína represora, impidiendo que la ARN polimerasa inicie la transcripción.
En el operón lactosa, la parte izquierda del promotor (activador) se une a la proteína activadora del catabolito (BAK, o CAP en terminología inglesa, proteína activadora del catabolito), y la parte derecha se une a la ARN polimerasa. La proteína BAC, a diferencia de la proteína represora, desempeña un papel positivo al ayudar a la ARN polimerasa a comenzar la transcripción.
Son posibles varias opciones para la interacción de sitios reguladores con enzimas y proteínas reguladoras, y estas últimas con moléculas llamadas inductores (efectores).
La información genética codificada en el ADN utilizando 4 nucleótidos (un alfabeto de cuatro letras), durante el proceso de biosíntesis de proteínas, se traduce en la secuencia de aminoácidos de las proteínas (un alfabeto de veinte letras) utilizando moléculas adaptadoras ("traductoras") de ARNt. Cada uno de los 20 aminoácidos que forman las proteínas debe unirse a su propio ARNt. Estas reacciones ocurren en el citosol y son catalizadas por veinte enzimas APCasa (aminoacil-tRNA sintetasas). Cada enzima tiene una doble afinidad: por “su” aminoácido y por su correspondiente ARNt (uno o más). La energía ATP se utiliza para la activación.
El proceso consta de dos etapas que tienen lugar en el sitio activo de la enzima. En la primera etapa, como resultado de la interacción de un aminoácido y ATP, se forma un adenilato de aminoacilo, en la segunda, el residuo de aminoacilo se transfiere al ARNt correspondiente.
1. Aminoácido (R) + ATP + enzima (ER E?) R (adenilato de aminoacilo) + FPN
2. ER (adenilato de aminoacilo) + ARNt Aminoacil-ARNt + AMP + E?RAPasaR
Ecuación resumida:
Aminoácido (R) + tRNAR + ATP aminoacil-tRNAR + AMP + FPN
El enlace éster entre el aminoacilo y el ARNt es de alta energía, la energía utilizada en la síntesis del enlace peptídico.
Entonces, ¿todos los aminoácidos activados necesarios para la biosíntesis de proteínas se forman en el citoplasma de la célula, conectados a sus correspondientes adaptadores? varios aminoacil-tRNA (aa-tRNA).
Terminador (ADN)-- una secuencia de nucleótidos de ADN reconocida por la ARN polimerasa como una señal para detener la síntesis de la molécula de ARN y la disociación del complejo de transcripción.
promotor del gen del ácido nucleico procariótico
