15.2: Transcripción procariota

Tanto los procariotas como los eucariotas realizan fundamentalmente el mismo proceso de transcripción, con la diferencia importante del núcleo unido a la membrana en eucariotas. Con los genes unidos en el núcleo, la transcripción ocurre en el núcleo de la célula y el transcrito de ARNm debe transportarse al citoplasma. En los procariotas, que carecen de núcleos unidos a membrana y otros orgánulos, la transcripción ocurre en el citoplasma de la célula.

ARN Polimerasa

La ARN polimerasa es la enzima que produce la molécula de ARNm (al igual que la ADN polimerasa produjo una nueva molécula de ADN durante la replicación del ADN). Los procariotas utilizan la misma ARN polimerasa para transcribir todos sus genes. En E. coli, la polimerasa está compuesta por cinco subunidades polipeptídicas. Estas subunidades se ensamblan cada vez que se transcribe un gen, y se desensamblan una vez que se completa la transcripción. Cada subunidad tiene un papel único (que no es necesario memorizar). La polimerasa compuesta por las cinco subunidades se llama holoenzima.

Iniciación

La transcripción en procariotas (y en eucariotas) requiere que la doble hélice de ADN se desenrolle parcialmente en la región de la síntesis de ARNm. La región de desenrollamiento se llama burbuja de transcripción. La secuencia de ADN a la que se unen las proteínas y enzimas implicadas en la transcripción para iniciar el proceso se denomina promotor. En la mayoría de los casos, los promotores existen aguas arriba de los genes que regulan. La secuencia específica de un promotor es muy importante porque determina si el gen correspondiente se transcribe todo el tiempo, parte del tiempo, o apenas en absoluto. La estructura y función de un promotor procariota es relativamente simple (Figura\(\PageIndex{1}\)). Una secuencia importante en el promotor procariota se localiza 10 bases antes del sitio de inicio de la transcripción (-10) y comúnmente se llama caja TATA.

Figura\(\PageIndex{1}\): Estructura general de un promotor procariota.

Para iniciar la transcripción, la holoenzima ARN polimerasa se ensambla en el promotor. La disociación de σ permite que la enzima central proceda a lo largo del molde de ADN, sintetizando ARNm mediante la adición de nucleótidos de ARN de acuerdo con las reglas de emparejamiento de bases, similar a la forma en que se produce una nueva molécula de ADN durante la replicación del ADN. Sólo se transcribe una de las dos cadenas de ADN. La cadena transcrita de ADN se denomina cadena molde porque es la plantilla para la producción de ARNm. El producto de ARNm es complementario a la cadena molde y es casi idéntico a la otra cadena de ADN, llamada cadena no molde, con la excepción de que el ARN contiene un uracilo (U) en lugar de la timina (T) que se encuentra en el ADN. Al igual que la ADN polimerasa, la ARN polimerasa agrega nuevos nucleótidos al grupo 3′-OH del nucleótido anterior. Esto significa que la cadena de ARNm en crecimiento se está sintetizando en la dirección 5' a 3'. Debido a que el ADN es antiparalelo, esto significa que la ARN polimerasa se mueve en la dirección 3' a 5' hacia abajo de la cadena molde (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Alargamiento

A medida que avanza la elongación, el ADN se desenrolla continuamente por delante de la enzima central a medida que se rompen los enlaces de hidrógeno que conectan los pares de bases complementarios en la doble hélice del ADN (Figura\(\PageIndex{2}\)). El ADN se rebobina detrás de la enzima central a medida que se reforman los enlaces de hidrógeno. El emparejamiento de bases entre ADN y ARN no es lo suficientemente estable como para mantener la estabilidad de los componentes de la síntesis de ARNm. En cambio, la ARN polimerasa actúa como un enlazador estable entre el molde de ADN y la cadena de ARN recién formada para asegurar que la elongación no se interrumpa prematuramente.

Figura\(\PageIndex{2}\): Durante la elongación, la ARN polimerasa rastrea a lo largo del molde de ADN, sintetiza ARNm en la dirección 5' a 3', y desenrolla luego rebobina el ADN a medida que se lee.

Terminación

Una vez que se transcribe un gen, la ARN polimerasa necesita ser instruida para disociarse del molde de ADN y liberar el ARNm recién hecho. Dependiendo del gen que se transcriba, existen dos tipos de señales de terminación. Uno está basado en proteínas y el otro está basado en ARN. Ambas señales de terminación se basan en secuencias específicas de ADN cerca del final del gen que hacen que la polimerasa libere el ARNm.

En una célula procariota, para cuando termine la transcripción, el transcrito ya se habría utilizado para comenzar a hacer copias de la proteína codificada debido a que los procesos de transcripción y traducción pueden ocurrir al mismo tiempo ya que ambos ocurren en el citoplasma (Figura\(\PageIndex{3}\)). Por el contrario, la transcripción y la traducción no pueden ocurrir simultáneamente en células eucariotas ya que la transcripción ocurre dentro del núcleo y la traducción ocurre afuera en el citoplasma.

Figura\(\PageIndex{3}\): Múltiples polimerasas pueden transcribir un solo gen bacteriano, mientras que numerosos ribosomas traducen simultáneamente los transcritos de ARNm en polipéptidos. De esta manera, una proteína específica puede alcanzar rápidamente una alta concentración en la célula bacteriana.

Referencias

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OpenStax, Biología. OpenStax CNX. diciembre 21, 2017 https://cnx.org/contents/GFy_h8cu@10... -Transcripción