transcripción de ADN

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clase de transcripcion del PhD zamorano

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transcripción de ADN

  1. 1. Transcripción del ADN La clase pasada básicamente vimos la mantención de la información, sus procesos biológicos informativos. Hemos tratado de ejemplificar que la replicación mantiene la información. Lo que nos interesa ahora es expresar esa información en el ADN esa expresión generalmente se expresa en proteína. No todos los genes codifican para proteína, algunos lo hacen para RNA, hoy veremos la expresión de la información para expresar proteínas. 85 mil genes. Ahora veremos qué pasa con los genes. Nuestro genoma 30 mil millones de pares de base, de eso solo el 2% codifica para proteínas. Entonces porque hacemos ese ejemplo? Lo enfatizamos porque ese 2%, para mostrar que es un gen. Como lo visualizas? Que es para ti un gen? Sabemos que está en el ADN, entonces si esta en el ADN lo que podemos visualizar inmediatamente es que el ADN tiene una estructura línea, porque la información que está en el ADN es una información, una secuencia lineal de nucleótidos, por lo tanto lo que tendré en el gen en algún segmento información para codificar proteínas, una secuencia de nucleótidos y esa secuencia de nucleótidos me dará, ya que saben que en tripletes / codones se hacen proteínas. El gen es solo el segmento que codifica para proteína o algo más? Qué crees? Debería ser algo más, porque de esa información cuando hablamos de la expresión de un gen en la transcripción cuando la pasamos a otra molécula, y tendremos parte de esta información que será transcrita a ARNm y entonces lo que pasara es que copiaremos parte de esa información en la mol de RNA, entonces iniciaremos el proceso de transcripción por ese nucleótido. La pregunta es la siguiente, que es el gen? Todo o la parte de la proteína? Y lo que les tiene que quedar claro es que el concepto de gen que tienes que tener es que el gen es lo mismo que unidad trasncripcional. Que es un gen? Es información que tenemos en el ADN que transcribe. Pasando a ARNm eso lo hace el gen. Todos los elementos que permiten expresar la información,. Porque el proceso ocurre en el nucleótido +1 que se posiciona la RNA polimerasa, el sitio activo de la enzima (el sitio físico
  2. 2. de la catálisis) se posiciona en ese nucleótido que se denomina mas 1 y desde ahí transcribe la información. Para poder expresar un gen físicamente tenemos que localizar la enzima en el ADN y ella inicia la transcripción, Lo que localiza el RNA polimerasa en ese sitio de transcripción son proteínas asesorías. Como localizan al RNA polimerasa? Tienen un segmento que es capaz de unir al RNA, entonces son capaces de reconocer secuencias del ADN y forman un complejo macromolecular cuya función es fusionar al RNA polimerasa, para comenzar la polimerización y la síntesis de transcripción. Aquí se forma una secuencia que se llama “promotor”, cuando hablamos de gen es más complejo, el gen no solamente la parte que codifica proteína, sino que son todos los elementos genéticos que producen la expresión de un transcrito, independiente del tipo de RNA que sea. Que es el promotor? En el fondo del punto de vista estructural es una secuencia de ADN que cuando veo la estructura del gel eucarionte por ejemplo se ve la región del sitio de inicio de transcripción, el promotor son todo lo lo que esta rio arriba que permite la expresión de ese gen. El concepto es una secuencia de ADN, secuencia conservada porque son reconocidas por proteínas que son factores de transcripción que tienen la capacidad de reunirse con el ADN y forman complejos multi-proteicos cuya función posiciona a la polimerasa en ese lugar para iniciar la transcripción. Hemos hablado de la estructura de un gen, ahora hablaremos de la transcripción en procariontes que es muy simple. Y luego el proceso de transcripción en eucariontes que es más complejo. La replicación es casi la misma en procariontes y eucariontes pero acá la cosa se divide. Entonces, este proceso de transcripción persigue una finalidad, que va a hacer poder expresar la información transcritas traduciéndola a proteína que hace una función dentro de la célula. A pesar de que dijimos que codifica de proteínas en el ADN humano. En el gen eucariontes hay intrones y exones, incluso elementos que son los LPC. Se descubrieron cuando se estudiaron la enfermedad de la hemoglobina, cuando no se expresa esa cadena de hemoglobina los eritrocitos se eliminan antes de tiempo, habían personas que no la expresaban bien y se concluyo que la información para codificar la proteína estaba mala. Encontraron que los pacientes tenían problemas con la información para codificar la proteína y ahí se provocaba el problema. Pero había pacientes que no presentaban esa mutación. Sino que fue hacia los mecanismos que expresaban las proteínas y ahí estaban los promotores malos. Sin poder hacer macro complejos y las polimerasas no podrían transcribir.
  3. 3. Podemos tener mutación en la parte promotor del gen provocando problemas de las proteínas. Un tercer grupo de pacientes tenían falla control del locus, que están muy corrientes arriba del gen, 100mil pares de bases, incluye la expresión de los genes de abajo, la regulación de la expresión génica es muy amplio. Rio arriba nos puede modificar la expresión de la región que se expresa, provocando expresiones. Cuando vemos la estructura de un gen hemos definido el sitio de inicio de la transcripción, el nucleótido más 1. El nucleótido adyacente del de inicio de transcripción es el nucleótido menos 1. Ocurre que de ese sitio la ARN polimerasa transcribe en ese sitio. Del promotor es corriente arriba. Hay varios promotores, varios genes, haciendo varios transcritos. Hay regiones que están arriba que controlan el locus. Que es otro elemento genético que tiene un efecto en la expresión de los genes corriente abajo, eso es la región controladora del locus que alteran la expresión rio abajo. Eso es para que entiendan y tenga idea estructural de lo que es un gen en los sistemas biológicos.
  4. 4. Transcripción en procariontes Tenemos nucleótido más 1 y transcribiremos esa información dentro de ciertos rangos. En el caso de los procariontes la cosa es simple. Nucleótido mas 1 y menos 1 y lo que encontramos están los menos 10 y menos 35 elementos del promotor que dirigen el RNA polimerasa en la transcripción. Eso será reconocido por un factor de transcripción que se denomina sigma que se asocia al ARNpolimerasa a ese sitio. Ocurrirá que el complejo factor sigma polimerasa se une al ADN haciendo su apertura y la polimerasa hace la transcripción del ADN. Que hace el elemento menos 35 y menos 10? Que son estos elementos? Primero tenemos que tomar en cuenta que en el ADN tenemos esa información, si es importante se mantiene, sino no funciona. En el promotor de un procarionte si aparecen múltiples genes, se estudio promotores que se estudio que en el nucleótido menos 35 y menos 10 había una conservación de ciertas secuencias, que eran nucleótidos mantenidos en esas zonas. Si ven el promotor corriente arriba es que encontramos TTGGCA que esta conservado en la mayoría de los procariontes. Lo mismo en la secuencia menos 10. Secuencia conservada porque algo la tiene que reconocer, generalmente proteínas, lo que encontramos es que el factor sigma es una proteína que dirigirá la ARN polimerasa para la transcripción en procariontes. El factor sigma reconoce los factores -35 y -10. El ciclo de transcripción bacteria es que une el factor sigma reconociendo las secuencias en el promotor. Entonces físicamente lo reconoce y se une y dirige la polimerasa a ese sitio. La transcripción es nada más que los elementos físicos en el ADN para ser transcrito. Se produce la burbuja de transcripción. Así el ADN polimerasa cambia la conformación e inicia la transcripción. En todo el proceso dirige el RNA polimerasa a ese sitio, en el posicionamiento se hace la
  5. 5. afinidad y fuerzas de proteínas. Se unen físicamente, se atrapan al sitio de inicio de la transcripción, existiendo fuerzas del ARN polimerasa, transcribiendo pequeños trozos de RNA, transcribe y se cae y así todo el rato. Se dice que la enzima tartamudea, porque la enzima está tratando de escapar, pero los factores de transcripción la atraen. La fuerza la hace transcribiendo, y se escapa iniciando la elongación. Y transcribe hasta que aparezca una estructura de horquilla que la desestabiliza y se libera el RNA y la polimerasa busca otro sitio y así se transcriben los genes en procariontes. Lo que hemos estados conversando es como se procesa la información biológica, me parece que la clase pasada dijimos que la información biológica esta en el ADN, que es una información línea conformada por letras, que son nucleótidos en el ADN. Esa información para tener significado tiene que expresarse, pasando por la transcripción. Que se transcribía trozos que son copiados a una molécula de ARN y lo que ocurre que una vez que se expresa se traduce a proteína. Dna paquetes de información que se tienen que expresar. Concepto de gen: unidad trasncripcional. Expresión de genes en eucariontes, acá la cosa se complica porque el concepto de gen todo lo que necesitamos para expresar, tienen una estructura diferente. En eucariontes la información está intervenida por una secuencia que se denominan INTRONES que se hace la analogía que interviene un mensaje. Cuando expresamos esa información veremos el sitio de inicio, transcribiremos intrones y también los elementos que están en el ARN mensajero maduro. Cuando visualizamos el RNA , veremos ciertas partes que son elementos que estarán presentes en el ADN maduro., siendo procesado siendo un ARNm maduro, sin intrones. Cada cuadrado es representa un gen de eucarionte. Antes del gen esta la caga tata que se une los factores de transcripción, y se forma un complejo que se denomina mediador hecho de proteína que posiciona la ADNpolimerasa para que parta la transcripción de un gen en eucarionte. Lo que hace la polimerasa es que se pone en el sitio y transcribe. Se procesa para eliminar los intrones. El procesamiento es lo primero que le ocurre al RNA. El RNA sufrirá varias modificaciones que se denominan POSTERIOR trasncripcional. A diferente de los procariontes.
  6. 6. Lo primero es que el extremo 5`se introducirá una modificación típica que es el capuchón de 7 metil-Guanilato. 2 modificación empalme de los exones (eliminación de intrones) Y finalmente le pasa la polialinacion, (cambios estructurales al transcrito primario) En la estructura de los genes esta la ATAA y cuando se traduce queda AUAA polialinacion, la transcripción no termina ahí. Cuando aparece esa señal hay factores de cortes que cortaran entonces queda 3`hidroxilo, donde queda una proteína que se llama poliadenilpolimerasa (poli aaa, 200 para estabilizar) Cambios necesarios para estabilizar el mensaje, y transportarlo Eso será traducido por ribosomas produciendo una proteína, transportado a través de poro nuclear al citoplasma. Resumen: que lo que pasa, cuando describimos un proceso del punto de vista conceptual tienen principio y final, cuando nosotros decimos que el proceso de la transcripción comienza cuando, los factores fmacromulaores escapa del reclutamiento y empieza a transcribir (ADN polimerasa) la wea tiene que terminar pero en realidad no se sabe donde tiene que terminar. Lo que sí se sabe es que en el proceso de transcripción hay una etapa en la cual en donde aparece una secuencia ATAA .z reclutara mecanismos en el RNA para cortar el enlace fosfodiester y queda 3`hidroxzilo que es la base para reclutar la poli adenil polimerasa que es una rnapolimerasa que funciona sin templado y añade nucleótidos de adenina al final. Entonces el mensajero maduro es un transcrito con 3 modificaciones posterior trasncripcionales. El tercero se llama poli adenilacion, Cuando el transcrito esta modificado con esas 3 weas se transporta para su posterior traducción en el ribosoma. Secuencias de stop. Diferente traducción es un proceso, y la transcripción es otro proceso, se confunden entre ambos. Como sugerencia les recomendaría que hicieran una tabla de diferencias para no confundirse del punto de vista conceptual. El mensaje en su interior tiene la información para codificar la proteína, no es todo el mensaje solo es la región central. Tiene región no traducida 3`upr. Esta la región promotar del gen donde se unen los factores de transcripción. En esa región de promotor son diferentes algunos son modulables, los receptores nucleares de las hormonas estiroidales son modificados con un ligando. Esas regiones se unen los diferentes regiones de transcripción, reclutando a la RNA polimerasa ,. Dentro de su estructura tienen dominio c terminal que es fosforilado cuando es reclutado al sitio de inicio es fosforilado por factor H. que abre y fosforila la polimerasa y el ADN. Una vez que es fosforilazada empieza el inicio de la transcripción, Son proteína muy afines esta la caja tata, formando un complejo, hay proteínas corriente arriba que pueden aumentar o disminuir la transcripción, el complejo mediador y la polimerasa se recluta y empieza la síntesis
  7. 7. Cómo funciona el proceso? En un gen que expresaremos son diferentes elementos genéricos en el promotor. Lo primero que se une mil o 2 mil kilobases del sitio de transcripción esta la proteína mediador. Complejo extremadamente grande más de 50 proteínas que interacciona con ADN polimerasa 2. Mediador- >dna polimerasa 2-> se recluta resto de factores , después factor H que fosforila rna polimera para iniciar la transcripción Lo que pasa después es que después que la rnapolimerasa reclutada transcribe Hay factores que estimulan e inhiben, intensifican y represan. Represores ponen al mediador en una conformación que no puede reclutar polimerasa y el gen desmulle su expresión. Como funciona? Tenemos la región promotora que se unen a factores de transcripción, reclutando mediador y una vez que esta factores de transcripción, polimerasa fosforilada en c terminal y una vez que lo hace se comienza la transcripción. A medida que ADN se sintetiza hay factores y ahí se hacen 3 modificaciones. Splice sosoma que saca intrones del mensajero polialinacion a tail lo cortan. Después se une a proteína para protegerlo de las nucleases y el RNA se transporta en el citoplasma. Después se une factor de incio de traducción en el 5`periminetodo reclutamiento de subunidad menor de ribosoma con un codon aug y comienza la síntesis de proteína. A medida que se traduce la poli a y después se degrada y la información se degrada. Factores de transcripción solo son proteínas con diferente estructura y morfología que reconocen secuencias especifica. Formando complejos macromoleculares, capaces de reconocer la secuencia de DNA. Con respecto a la transcripción en sí, básicamente en eucariontes hay 3 RNA polimerasa, la ARN polimerasa 2 transcribe todo los genes que codifican para proteínas pero hay genes que no codifican para proteína como RNA ribosomales y de transferencia , se tienen que expresar pero producto final de weas moleculares. Rna ribosomal rna polimenrasa I. y la rna polimera III rna cortos de transferencia y los rna ribosoma de 5s , también transcribe RNA pequeño nucleonales. Que son? Donde participan? Hemos hablado mucho que el proceso de transcripción va a sufrir 3 modificaciones posterior trasncripcionales,
  8. 8. Capuchón-:; marca en el 5`de ese mensaje , cuando vemos la transcripcion en procariontes no sufre modificaciones se transcribe y expresa. Eucariontes es más complejo. Este mensajero con guanocina en el 5`a través del puente 5`5`3fosfato. Esa es la parte que se introduce atreves de 4 a 5 reacciones enzimáticas, quienes introducen las modificaciones? Factores y enzimas unidas en el RNA polimerasa en el dominio c terminal. Aparece el RNA siendo modificado inmediatamente con estos elementos. En realidad el RNA inmaduro nunca existe el proceso pasa simultáneamente. La otra modificación es la eliminación de intrones, llama mucho la atención porque tenemos intrones, lleva a pensar que como somos más “evolucionados” somos más complejos pero no es así, en el eucarionte ha guardado la información, desde el punto de vista energético se ve el gen del factor de coagulación, la polimerasa para expresar el gen tiene que transcribir mas intrones que exones, pero porque la célula hace esos gastos? Porque nuestro genoma tiene solo 35mil genes, chico para la complejidad proteína. Lo que ocurre es que un mismo gen se transcribe y se expresa de forma diferente, hay empalme alternativo haciendo isoformas de la misma proteína. Cuando se hace los diferentes transcritos de la tropomiosina en diferente músculos celulares todos expresan el segundo exón y en este caso el segundo solo en el liso y así se ven cambios , así la célula innova produciendo combinaciones., produciendo proteína diferente pero con modificaciones chicas con funciones especificas para determinado tipo celular De esa manera se cree que en promedio cada gen en nuestro genoma da 6 proteínas en promedio, a veces hay más de 1000 isoformas. Ósea 200 mil proteínas solamente por consecuencia por empalme alternativo, sumar modificación por fosforilacion y glicosilacion seria como un millón de proteínas solamente de 35 mil genes. Eso constituye el splicing
  9. 9. Que lo produce? Es una maquinaria que hace el empalmosoma que participa una partícula ribonucleoproteica con RNA nuclear pequeño identificando donde axón intron dirigiendo el empalme del exón. Nucleopoarticula lo hace 2 veces y se produce una trasnesterificacion, lo que ocurre es que se corta el enlace fosfodiester y el extremo se suma con la adenina y es la primera trasneterificacion y se forma el lazo y en la segunda el exón 1 se une con el exón 2 y así se elimina los intrones. Posterior mente la estructura de lazo se degrada. Como la célula determina que intron sacar o no, se está investigando. La última modificación es el corte del mensaje y la polialinacion. Cuando esta la señal, se hace el corte unas 20 bases mas abajo Los factores de corte y factores de anilancio aoa y poly adenil polimerasa PAP añade adenina al extremo 3` hidroxilo al mensaje. Y así el RNA se protege para se transportado al citosol por poro nuclear al citoplasma donde es traducido finalmente a la proteína.
  10. 10. Hemos terminado la transcripción de genes. Trasnesterificacion. -> eliminar intrones partículas ribonucleotidas, borde intron- exón, se repclutan factores u1 u2 u4 u5 u6 proteínas con RNA , que reconoce borde intron-exón, formando complejo y se rechequea se forma una estructura 3d quien cataliza el splicing es el RNA mismo, auto splicing. Vestigio del mundo prebiótico, el mecanismo tiene que haber un corte quedando un 3`hidroxilo reaccionando con adenina con poli a haciendo estructura del lazo, el 3`hidroxilo reacciona con el otro borde del otro exón y hace el enlace fosfodiester. Función poli adenil adelinaza, 3`q se introdujo el corte. Una salvedad, para explicar la diferente entre eucariota y procariota , cuando encontramos RNA mensajero de procarionte información para codificar solo 1 proteína, cuando se transcribe son capaces de transcribir los poli sintrónicos,. En el mensajero en el procarionte información para más de una proteína,. Son genes policistronicos en procariontes. Eucariontes es diferentes monocistronicos.

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