Saltar al contenido principal
Library homepage
 
LibreTexts Español

8.2: Transcripción procariota

  • Page ID
    53283
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    En E. coli, al igual que con otros procariotas, solo hay una ARN polimerasa verdadera (sin incluir la ARN polimerasa de especialidad, primasa, que hace cebadores de ARN cortos para la replicación del ADN). La polimerasa es una holoenzima multisubunidad compuesta principalmente por dos subunidades α, una subunidad β, una subunidad β', una subunidad ω y una subunidad σ. Las subunidades α son principalmente estructurales, ensamblando la holoenzima y factores reguladores asociados. La subunidad β contiene la actividad polimerasa que cataliza la síntesis de ARN, mientras que la subunidad β' se utiliza para unirse inespecíficamente al ADN. La subunidad ω está involucrada en el ensamblaje de la holoenzima y también puede desempeñar un papel en el mantenimiento de la integridad estructural de la ARN polimerasa. Finalmente, está la subunidad σ, que no permanece estrechamente asociada con la enzima central (αββ'ω) excepto cuando ayuda a iniciar la transcripción, y se usa para reconocer el promotor al disminuir simultáneamente la afinidad de RNAP al ADN en general, pero aumentando la afinidad de RNAP por ADN específico secuencias promotoras. ¿Por qué disminuir la afinidad por el ADN no específico? Cuando el RNAP no está en uso, no solo flota en el nucleoplasma: se une bastante fuertemente a lo largo del ADN. Cuando se une la sigma, la afinidad disminuida permite que la holoenzima RNAP se mueva a lo largo del ADN y escanee las secuencias promotoras. Existen múltiples isoformas de la subunidad σ (como la sigma-70 mencionada anteriormente), cada una de las cuales reconoce diferentes secuencias promotoras. Todas las isoformas realizan la misma función básica de ubicar adecuadamente el RNAP al inicio de un gen, y todas las isoformas solo permanecen unidas a la holoenzima para ese único propósito transitorio, después de lo cual se liberan (generalmente después de transcribir alrededor de diez nucleótidos).

    Screen Shot 2018-12-24 at 4.12.52 PM.png
    Figura\(\PageIndex{3}\). Las ARN polimerasas procariotas constan de dos subunidades α, subunidades β, β ', ω y σ.

    Aunque la ARN polimerasa fue descubierta en 1960, la RNAP de E. coli aún no ha sido mapeada con éxito mediante cristalografía de rayos X. Sin embargo, es muy similar al RNAP de la especie arquea, Thermophilus aquaticus, que es altamente estable (= más fácil de cristalizar) y para la cual se ha dilucidado una estructura cristalográfica de rayos X. Los datos de la estructura Taq RNAP y análisis microscópicos electrónicos de la RNAP de E. coli producen una holoenzima en forma de garra de langosta. La superficie interna de la garra está revestida con aminoácidos cargados positivamente que pueden interactuar con el ADN cargado negativamente, y cuando la holoenzima se une a una subunidad sigma, las dos mitades de la garra (formadas principalmente por las subunidades beta y beta') se acercan para interactuar con el ADN.

    Las rifampicina son una clase de antibióticos que incluyen la rifampicina B, elaborada por la bacteria Streptomyces mediterranei (por cierto, solo uno de los muchos antibióticos derivados del género Streptomyces), y rifampicina, su prima sintética. Funcionan uniéndose dentro del canal ADN-ARN cerca del sitio activo de la ARN polimerasa, lo que impide estéricamente la adición de nucleótidos a la cadena de ARN. Si el organismo no puede transcribir ARN, tampoco puede utilizar el ARN para hacer las enzimas y otras proteínas necesarias para la vida, y muere. El sitio de unión a la rifamicina está altamente conservado en la mayoría de los procariotas pero no en los eucariotas, por lo que el antibiótico mata bacterias específicamente con pocas posibilidades de daño a los eucariotas.

    Una vez que la holoenzima ha reconocido y unido fuertemente al ADN en el sitio promotor, el siguiente paso es “fundir” el ADN (rompiendo los enlaces H y separando las hebras de la doble hélice) en esa área para que el RNAP pueda proceder aguas abajo, leer la cadena de ADN molde y producir el nuevo ARN. A menudo se necesitan muchos transcritos de ARN de un gen para producir un gran número de proteínas activas en un corto período de tiempo. Por lo tanto, los genes altamente activos transcripcionalmente a menudo tienen múltiples ARN polimerasas que los leen, una tras otra. Generalmente, una ARN polimerasa solo necesita procesar aproximadamente 15 nucleótidos antes de que haya espacio para que otro RNAP pueda unirse al promotor e iniciar otro transcrito.

    La separación de hebras es un proceso energéticamente difícil debido a la fuerza de los enlaces H combinados entre las hebras, y a menudo un RNAP puede hacer varios intentos abortivos de corta duración antes de finalmente abrir la doble hélice de largo y lo suficientemente lejos como para permitir que el RNAP se estabilice y transcriba continuamente a el sitio de parada.

    Screen Shot 2018-12-24 a las 4.13.14 PM.png
    Figura\(\PageIndex{4}\). Una nueva ARN polimerasa puede comenzar a transcribir un gen antes de que el anterior haya terminado.

    La fase de elongación de la transcripción procede en una dirección 5' a 3', es decir que se añaden nuevos nucleótidos al 3'-OH de la cadena en crecimiento. La elongación es un proceso estocástico en el que uno de los abundantes ribonucleótidos de flotación libre cae en el sitio activo de RNAP opuesto al molde de ADN. Si es el nucleótido correcto (complementario al molde), entonces se formarán temporalmente enlaces H, estabilizando el nuevo nucleótido en su lugar el tiempo suficiente para que el RNAP catalice la formación de un enlace fosfodiéster entre el 3'-OH del ARN en progreso y el 5'-fosfato del nucleótido. Sin embargo, si es el nucleótido incorrecto, no se forman los enlaces H adecuados, y el nucleótido generalmente se disocia del sitio activo antes de que el RNAP tenga la oportunidad de unirse a la cadena de ARN en crecimiento. Obviamente, este no es un sistema perfecto, y de hecho, la tasa de error para la transcripción es bastante alta en aproximadamente 1 de cada 10000 nucleótidos. Afortunadamente, la célula generalmente produce muchas copias de ARN de cualquier gen dado muy rápidamente (aproximadamente 80 nucleótidos por segundo), la mayoría de los cuales están libres de errores o tienen errores que no afectan la función de la proteína del producto final. Además, a diferencia del ADN, en el que los errores de replicación se transportan de una generación de células a la siguiente, el ARN no es un medio de almacenamiento, y su naturaleza transitoria significa que incluso las mutaciones que impactan severamente la función de la proteína solo afectan a las pocas proteínas traducidas de ese ARN, no a las proteínas generado a partir de otros ARN elaborados a partir del mismo gen molde, mucho menos generaciones posteriores. En otras palabras, para apropiarse indebidamente de una frase de la película Albóndigas, “Simplemente no importa”.

    Finalmente, la ARN polimerasa llega al final del gen y deja de transcribir. El sitio de terminación suele estar marcado por una secuencia de 4-10 residuos de adenina (A) en la cadena molde, y algunos tienen una región palindrómica rica en G-C que forma un bucle en horquilla justo aguas arriba de la serie de adeninas. En el primer caso, se piensa que la cadena resultante de pares de bases A-U es inestable y puede llevar a que el RNAP y la nueva cadena de ARN se caigan del ADN molde mientras que al mismo tiempo, la estructura en horquilla puede hacer que el RNAP se detenga o haga una pausa, y esto también puede llevar a que se disocie del ADN. Sin embargo, solo aproximadamente la mitad de todos los sitios de terminación de la transcripción están marcados de esta manera, y los otros no tienen bucles en horquilla significativos o secuencias fácilmente reconocibles que no sean una serie de regiones ricas en G-C. En este tipo de sitio de terminación, se requiere el cofactor enzimático, rho, para la terminación, y así esto se conoce como terminación rho-dependiente. Rho es una proteína de unión a ARN con actividad helicasa, por lo que se postula que efectúa la terminación forzando la cadena de ARN fuera del molde de ADN.


    This page titled 8.2: Transcripción procariota is shared under a CC BY-NC-SA license and was authored, remixed, and/or curated by E. V. Wong.