Clase 7 Transcripción - Diego Chavez

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DEFINICIÓN:	LA	TRANSCRIPCIÓN	ES	LA	
SÍNTESIS	DE	UNA	MOLÉCULA	DE	ARN	A	
PARTIR	DE	UN	MOLDE	DE	ADN
• El	ARN	se	transcribe	desde	una	de	las	cadenas	de	ADN	
• Unos	genes	se	transcriben	desde	una	cadena	y	otros	
desde	la	otra
DESCRIPCIÓN	DEL	TEMA	
• Estructura	y	clases	de	ARN	
• Estructura	del	ADN	molde	(unidad	de	transcripción	/	gen)	
en	bacterias	y	en	eucariotas	
• El	 aparato	 básico	 de	 la	 transcripción	 en	 procariotas	 y	 en	
eucariotas:	polimerasas	de	ARN	y	proteínas	accesorias	
• Fases	 de	 la	 transcripción	 en	 procariotas	 y	 en	 eucariotas:	
iniciación,	elongación	y	terminación	
• Modificaciones	post-transcripcionales	del	ARNm	
• Resumen Under	 the	 electron	 microscope	 DNA	
molecules	 undergoing	 transcription	 exhibit	
“Christmas-like	tree	structures”.
El	Dogma	Central	de	la	Biología
• Flujo	de	información:	ADN	→	ARN	→	proteína
Figure 12.2
DNA 
Replication
Translation
• El ARN se sintetiza en un proceso llamado Transcripción 
Transcription
Los	genes	contienen	información	para	hacer	proteínas.	
Las	mutaciones	en	los	genes	alteran	la	función	de	las	proteínas.
Beadle	&	Tatum’s	Neurospora	experiment	(1941)
Beadle and Tatum shared, with J. Lederberg, the 1958 Nobel Prize in Physiology or Medicine
Diferencias	entre	el	ADN	y	el	ARN
El	ARN	se	distingue	del	ADN	en	tres	formas:	
● El	ARN	es	de	cadena	sencilla	(aunque	puede	plegarse	y	formar	
estructuras	secundarias,	ej.	ARNt)	
● En	el	ARN	la	molécula	de	azúcar	es	una	ribosa,	no	una	
desoxirribosa	
● En	el	ARN	se	usa	Uracilo	en	vez	de	Timina
ADN
Figure 11.7 – Part 2
ARN
1
OH
OH
OH
OH
2
U
H
3
El	ARN	puede	formar	estructuras	secundarias	y	terciarias CLASES	DE	MOLÉCULAS	DE	ARN
Clases	de	ARN	(*) Tipo	celular Localización	celular Función
ARN	ribosomal	(ARNr) Bacteriano	y	Eucariótico Citoplasma Estructura	y	función	del	ribosoma
ARN	mensajero	(ARNm) Bacteriano	y	Eucariótico Núcleo	y	Citoplasma Información	genética	para	hacer	proteínas
ARN	transferente	(ARNt)	 Bacteriano	y	Eucariótico Citoplasma Incorpora	AA	a	la	cadena	polipeptídica
ARN	de	interferencia	(ARNi) Eucariótico Citoplasma Regula	la	expresión	génica
(*)	Otros	ARNs	en	Eucariotas:	small	nuclear	RNA	(RNA	splicing);	small	nucleolar	RNA	(processing	and	assembly	of	tRNA).
Transcripción:	síntesis	de	ARN	dirigida	por	ADN
• La	transcripción	tiene	tres	fases:	
❑ Iniciación	
❑ Elongación	
❑ Terminación	
• El	ARN	se	transcribe	a	partir	de	un	molde	de	ADN	una	vez	que	las	bases	de	
ADN	están	expuestas	por	relajamiento	de	la	doble	hélice	
• En	cualquier	región	del	cromosoma,	solo	una	de	las	dos	cadenas	actúa	de	
molde	para	la	transcripción
(SnapGene)
(pRS316	en	SnapGene)
Around	1,200	cases	found	
in	mice	and	humans.	More	
common	in	viruses	and	
bacteria.	
They	optimize	the	use	of	
the	DNA.	
However	any	mutation	
could	affect	more	than	one	
gene.
OVERLAPPING	GENES	ARE	VERY	RARE
(Example	of	phage	
fX174)
Transcripción	en	Procariotas
ESTRUCTURA	DE	UN	GEN	BACTERIANO	(UNIDAD	DE	TRANSCRIPCIÓN)
• Unidad	 de	 transcripción:	 segmento	 de	 ADN	 que	 codifica	 para	 una	molécula	 de	 ARN	 (región	
codificadora	de	ARN	y	terminador)	y	la	secuencia	necesaria	para	su	transcripción	(promotor).	
• Promotor:	secuencia	de	ADN	adyacente	al	gen	que	es	requerida	para	la	transcripción.	Contiene	
“secuencias	 consenso”	 =	 son	 secuencias	 cortas	 de	 nucleótidos	 comunes	 a	 la	 mayoría	 de	
promotores.	El	esparcimiento	y	la	posición	relativa	respecto	del	lugar	de	inicio	son	similares	en	
la	mayoría	de	promotores.
5’	UTR	(región	no	traducida)
• En	procariotas,	el	5'	UTR	es	de	unos	3	a	10	nucleótidos	de	largo.	En	
eucariotas,	el	5'	UTR	puede	ser	de	cientos	a	miles	de	nucleótidos	de	
largo	
• El	5'	UTR	de	los	procariotas	posee	la	secuencia	Shine-Dalgarno	(5'-
AGGAGGU-3').	Esta	secuencia	se	encuentra	unas	3-10	pares	de	bases	
antes	del	codón	de	iniciación	(lugar	de	comienzo	de	la	traducción).	
• El	5'	UTR	de	los	eucariotas	es	más	complejo	que	el	de	procariotas.	
Contiene	una	secuencia	consenso	Kozak	(ACCAUGG).	Esta	secuencia	
contiene	el	codón	de	iniciación.
APARATO	BASAL	PARA	LA	TRANSCRIPCIÓN	EN	BACTERIAS
• Las	 bacterias	 poseen	 una		
única	 ARN	 polimerasa	 que	
produce	 todas	 las	 clases	 de	
ARN	bacterianos	
• El	 factor	 sigma	 permite	 a	 la	
ARN	 polimerasa	 unirse	 a	 las	
“secuencias	 consenso”	 del	
promotor
El	factor	σ	(sigma)	de	la	ARN	polimerasa	procariótica	reconoce	
secuencias	consenso	de	la	región	promotora	a	la	izquierda	del	
punto	de	inicio	de	la	transcripción.	
El	factor	σ	se	separa	de	la	polimerasa	una	vez	la	transcripción	se	
ha	iniciado.
Iniciación
Durante	la	elongación,	la	ARN	polimerasa	procariótica	se	mueve	a	lo	largo	de	
la	cadena	de	ADN	molde,	sintetizando	ARNm	en	la	dirección	5'	a	3',	y	
desenrolla	el	ADN	en	su	camino.
Elongación
Under	 the	 electron	 microscope	 DNA	
molecules	 undergoing	 transcription	 exhibit	
“Christmas-like	tree	structures”.
Un	mismo	gen	puede	transcribirse	a	
ARNm	al	mismo	tiempo	por	varias	
ARN	polimerasas.
El	bucle	de	terminación
Terminación:	la	transcripción	termina	
cuando	la	ARN	polimerasa	transcribe	una	
secuencia	de	terminación	(una	repetición	
invertida	seguida	de	6	adeninas).	
Otras	veces	hay	un	complejo	Rho	de	
proteínas	que	ayuda	en	la	terminación.
Si	genes	relacionados	están	organizados	en	
un	operón,	no	hay	secuencias	de	terminación	
entre	ellos	y	el	ARN	se	llama	“policistrónico”:
www.bio.miami.edu
La	transcripción	y	la	traducción	
pueden	ocurrir	simultáneamente	
en	procariotas
Transcripción	en	eucariotas
El	 núcleo	 eucariótico	 posee	 tres	 clases	 de	 ARN	 polimerasas	 con	
diferente	especificidad	y	que	reconocen	diferentes	tipos	de	promotores.
ARN	POLIMERASAS	EUCARIÓTICAS
La	ARN	polimerasa	II	es	la	encargada	de	generar	ARN	mensajero.
Las	secuencias	que	codifican	para	diferentes	genes	
pueden	encontrarse	en	cualquiera	de	las	dos	cadenas
•La transcripción eucariótica ocurre en el 
núcleo de la célula y procede también en los 
tres pasos: iniciación, elongación, y 
terminación. 
•Los eucariotas requieren de factores de 
transcripción que se unen primero a la zona 
promotora y así ayudan a reclutar la 
polimerasa apropiada.
Transcripción	en	Eucariotas
•Se necesita un remodelamiento de la 
cromatina para permitir que la ARN 
polimerasa y otras proteínas puedan unirse 
al ADN. 
•La ARN Polimerasa II transcribe el ARNm. 
•Solo un 25% del pre-ARNm se somete a 
procesamiento posterior. El resto se degrada.
Transcripción	en	Eucariotas
Iniciación	de	la	
transcripción	en	
eucariotas	
INICIACIÓN	DE	LA	TRANSCRIPCIÓN	EN	EUCARIOTAS
La	ARN	polimerasa	II	no	puede	comenzar	la	transcripción	si	no	se	unen	antes	los	
factores	de	transcripción	(son	también	proteínas)	a	la	zona	promotora	reguladora.
Transcripción:	Iniciación
*No	hay	primers	(cebadores)	
como	en	la	replicación	del	ADN
Transcripción:	Elongación
• Elongación:	la	ARN	polimerasa	extiende	la	molécula	de	ARNm	naciente	en	dirección	
5’	a	3’,	antiparalela	a	la	hebra	molde.	
• Los	nucleótidos	son	añadidos	por	complementariedad	de	bases	con	la	hebra	molde.	
• La	polimerasa	añade	unos	40	nucleótidos	por	segundo.
Los	substratos,	ribonucleósidos	trifosfato	(A,	U,	C	&	G),	son	hidrolizados	al	ser	
utilizados,	liberando	energía	para	la	acción	de	la	ARN	polimerasa.	
*Para	proteger	de	la	degradación	el	ARNm	naciente,	se	le	añade	una	modificación	(CAP)	
en	el	extremo	5’	a	unos	20-40	nucleótidos	del	origen.
Transcripción:	Elongación
La	molécula	naciente	de	ARN	tiene	la	misma	secuencia	(salvo	U	en	vez	de	T)	que	la	
cadena	superior	(codificante)	y	es	“complementaria”	a	la	de	la	cadena	molde
Transcripción:	Terminación
• El	“transcrito"	se	separa	del	ADN	tras	transcribir	una	secuencia	de	poliadenilación	
(AAUAAA).	A	ella	se	unen	entonces	varias	proteínas	unas	10-35	bases	más	abajo,	que	
liberan	el	pre-ARNm	
• Este	“Transcrito	primario”	se	llama	“pre-ARNm”	
• Solo	un	25%	del	pre-ARNm	se	procesa	para	generar	el	ARNm	maduro	
• *La	ARN	polimerasa	sigue	polimerizando	pero	el	ARNm	es	degradadoinmediatamente	
por	no	tener	protección	en	el	extremo	5’.
MODIFICACIONES	POST-TRANSCRIPCIONALES	DEL	pre-ARNm
Modificación Función
Adición	del	5´CAP Da	más	estabilidad	al	ARNm	y	facilita	la	unión	del	ribosoma	en	la	traducción
Corte	del	3’	y	adición	de	cola	de	poli-A Aumenta	la	estabilidad	del	ARNm.	Migración	fuera	del	núcleo.
Splicing	del	ARNm Elimina	intrones	y	permite	generar	proteínas	diferentes
Edición	del	ARNm Altera	la	secuencia	del	ARNm
5´	CAP
Cola	de	Poli(A):	50-250	A
Campbell	Biology,	Tenth	Edition	-	Reece,	Urry,	Cain	et	al.pdf
SPLICING	DEL	pre-ARNm
• El	splicing	alternativo	permite	la	
combinación	de	diferentes	genes	
para	generar	distintos	ARNm	
maduros	
• Ello	resulta	en	proteínas	diferentes	
a	partir	del	mismo	gen
Splicing
*En	algunos	organismos	no	hay	
spliceosoma	sino	que	el	mismo	intrón	
de	ARN	tiene	actividad	catalítica,	se	
pliega	sobre	sí	mismo	y	hace	el	corte	
=	es	una	ribozima.
RESUMEN
Las	bacterias	tienen	una	sola	ARN	polimerasa	y	los	eucariotas	tres	
En	eucariotas	la	transcripción	tiene	lugar	en	el	núcleo	
En	procariotas	la	trascripción	y	la	traducción	pueden	ocurrir	al	
mismo	tiempo	
El	procesamiento	del	pre-ARNm	ocurre	solo	en	eucariotas
La	ARN	polimerasa	bacteriana	se	une	directamente	a	la	región	
promotora	y	sintetiza	ARNm	en	gran	cantidad	
La	ARN	polimerasa	eucariótica	necesita	proteínas	accesorias	
llamadas	factores	de	transcripción	para	poder	iniciar	la	
transcripción.	Esta	ocurre	en	poca	cantidad	por	defecto,	pero	
dependiendo	del	tipo	de	factores	de	transcripción	de	cada	tejido	
puede	aumentarse	la	tasa	de	producción	de	ARNm
RESUMEN Transcriptasa	reversa
Transcriptómica:	Microarrays
https://en.wikipedia.org/wiki/DNA_microarray
A microarray is a pattern of ssDNA probes which 
are immobilized on a surface (called a chip 
or a slide). The probe sequences are designed 
and placed on an array in a regular pattern of 
spots. The chip or slide is usually made of glass 
or nylon and is manufactured using 
technologies developed for silicon computer 
chips. Each microarray chip is arranged as a 
checkerboard of 105 or 106 spots or features, 
each spot containing millions of copies of a 
unique DNA probe (often 25 nt long). 
A microarray is a pattern of ssDNA probes which 
are immobilized on a surface (called a chip 
or a slide). The probe sequences are designed 
and placed on an array in a regular pattern of 
spots. The chip or slide is usually made of glass 
or nylon and is manufactured using 
technologies developed for silicon computer 
chips. Each microarray chip is arranged as a 
checkerboard of 105 or 106 spots or features, 
each spot containing millions of copies of a 
unique DNA probe (often 25 nt long). 
Ejemplo de un microarray de levaduras. Dos condiciones: 
levaduras creciendo en presencia de oxígeno (respiración aerobia) 
o en ausencia de oxígeno (fermentación).
• Aislar ARNm de levaduras crecidas aeróbicamente. Etiquetar el 
ADNc de ROJO.
• Aislar ARNm de levaduras crecidas anaeróbicamente; Etiquetar 
el ADNc de VERDE.
• Unión al chip y lavado.
• Análisis de datos:
*Puntos rojos = el gen se expresa SOLO en condiciones aerobias
*Puntos verdes = el gen se expresa SOLO en condiciones 
anaerobias 
*Puntos amarillos = el gen se expresa en AMBAS condiciones 
*Puntos negros = no hay expresión de genes en ninguna de las 
condiciones
*** Se conoce la posición de cada gen en el chip.
Colocación	de	elementos	al	inicio	del	trabajo Colocación	de	elementos	durante	la	exposición	al	UV
Extracción	
	manual
Extracción	
	automática
Ciclos	de	la	PCR
Paso	de	ARN	
a	ADNc
www.smobio.com
Ct 10 Ct 19 Ct 33 Ct 39