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Transcripción

La transcripción se refiere al primer paso de la expresión génica donde se crea un polímero de ARN a partir de una plantilla de ADN. Esta reacción es catalizada por enzimas llamadas polimerasas de ARN y el polímero de ARN es antiparalelo y complementario a la plantilla de ADN. El tramo de ADN que codifica una transcripción de ARN se denomina unidad de transcripción y podría contener más de un gen.

Estas transcripciones de ARN se pueden usar como mensajeros para impulsar la síntesis de proteínas o participar en varios procesos celulares diferentes. Estos ARN funcionales o no codificantes podrían ser ARN de transferencia (ARNt), ARN ribosómico (ARNr) o regulación genética directa a través de la interferencia del ARN (ARNi) y la formación de heterocromatina.

Función de transcripción

Se dice que la vida en la tierra comenzó a partir del ARN autorreplicante, ya que es la única clase de moléculas capaces tanto de catálisis como de transportar información genética. Con la evolución, las proteínas se hicieron cargo de la catálisis porque son capaces de una mayor variedad de secuencias y estructuras. Además, los enlaces en la columna vertebral de fosfato de azúcar del ARN son vulnerables incluso a cambios leves en el pH y pueden sufrir hidrólisis alcalina. Por lo tanto, el ADN surgió como la molécula preferida para transportar información genética, ya que es más estable y resistente a la degradación. La transcripción mantiene el vínculo entre estas dos moléculas y permite que las células utilicen un ácido nucleico estable como material genético mientras retienen la mayor parte de su maquinaria de síntesis de proteínas.

Además, la separación del ADN del sitio para la síntesis de proteínas también protege el material genético de las tensiones bioquímicas y biofísicas de procesos complejos de múltiples capas. Los pequeños errores en la transcripción del ARN pueden superarse ya que la molécula de ARN tiene una vida media corta, pero los cambios en el ADN se convierten en mutaciones hereditarias. Además, la transcripción agrega otra capa para la regulación de genes intrincados, especialmente en especies con genomas grandes que requieren ajustes mínimos en el metabolismo.

En eucariotas, la transcripción también juega un papel importante en la transferencia de información del ADN al citoplasma porque el poro nuclear es demasiado pequeño para permitir el paso de los ribosomas, proteínas o cromosomas. Mientras que el poro nuclear tiene un diámetro de aproximadamente 5-10 nm, los ribosomas tienen un tamaño de entre 25 y 30 nm, muchas proteínas tienen un ancho superior a 10 nm y los cromosomas completamente condensados ​​pueden tener un tamaño superior a 2000 nm. Por lo tanto, la maquinaria primaria para la síntesis de proteínas no puede ingresar al núcleo y los tramos de ADN no pueden salir del núcleo.

Mecanismo de transcripción

La transcripción crea una molécula de ARN monocatenario a partir de ADN bicatenario. Por lo tanto, solo la información de una de las cadenas se transfiere a la secuencia de nucleótidos del ARN. Una hebra de ADN se llama hebra codificante y la otra es hebra molde. La maquinaria de transcripción interactúa con la hebra molde para producir un ARNm cuya secuencia se asemeja a la hebra codificante. Otros nombres para la hebra plantilla incluyen hebra antisentido y hebra maestra.

Alargamiento de transcripción simple

Dos genes diferentes en la misma molécula de ADN pueden tener secuencias codificantes en diferentes cadenas.

La actividad transcripcional es particularmente alta en las fases G1 y G2 del ciclo celular cuando la célula se está recuperando de la mitosis o se está preparando para los dramáticos eventos del próximo ciclo de división celular.

Inicio de la transcripción

La transcripción comienza con la unión de un RNAP en presencia de factores de transcripción generales a la región promotora corriente arriba del sitio de inicio de la transcripción en el ADN. El RNAP procariota se une a un factor sigma, mientras que las ARN polimerasas eucariotas pueden interactuar con varios factores de transcripción, así como con proteínas activadoras y represoras. Inicialmente, después de la unión de RNAP a la región promotora, el ADN permanece en forma bicatenaria. A esto se le llama un «complejo cerrado» entre el ADN y la RNAP. A partir de entonces, el RNAP junto con los factores de transcripción desenrolla un segmento del ADN e interactúa con los nucleótidos expuestos en un complejo abierto creando una «burbuja de transcripción». RNAP luego navega a lo largo del análisis de ADN en busca del sitio de inicio de la transcripción dentro de la burbuja. Una vez que se encuentra el sitio de inicio,

Escape del Promotor

Después de que se agregan los primeros nucleótidos a la supuesta transcripción de ARN, el RNAP entra en una fase crítica e inestable. Puede continuar hacia la iniciación productiva o atraer el ADN hacia sí mismo, creando un ADN abierto y arrugado dentro de la polimerasa. Si RNAP rebobina la porción corriente abajo del ADN, se libera la supuesta transcripción de ARN porque el complejo ADN-RNAP vuelve a su configuración abierta inicial. A esto se le llama iniciación abortiva.

Ciclismo abortivo

Sin embargo, si la porción de ADN corriente arriba se rebobina y se expulsa de la enzima, la RNAP avanza. Su interacción con la región promotora se rompe y el transcrito de ARN alcanza una longitud de 14-15 nucleótidos. A esto se le llama escape del promotor y se acompaña de cambios en las interacciones proteína-proteína y proteína-ADN. Se liberan algunos factores de transcripción y la transcripción avanza hacia la fase de alargamiento.

Elongación de la transcripción

Una vez que se forma un oligonucleótido de ARN corto de más de 15 bases, el RNAP avanza a lo largo de la hebra de ADN molde. La transcripción es idéntica a la cadena codificante, excepto que la cadena principal de nucleótidos tiene azúcar ribosa en lugar de desoxirribosa y pares de bases de adenina con uracilo, en lugar de timina. RNAP puede catalizar la formación de un enlace fosfodiéster entre el quinto átomo de carbono de un nucleótido entrante y el tercer átomo de carbono del último nucleótido en la transcripción existente.

Estructura química del ácido ribonucleico

Dado que la molécula de ARN tiene un fosfato libre unido al quinto carbono en el primer nucleótido y un grupo hidroxilo libre en el tercer carbono del último