Transcripción de ADN: ¿cómo funciona?

Independientemente de si es un recién llegado a la biología o un aficionado desde hace mucho tiempo, es muy probable que Por defecto, considera que el ácido desoxirribonucleico (ADN) es quizás el concepto más indispensable en toda la vida. Ciencias. Como mínimo, es probable que sepa que el ADN es lo que lo hace único entre los miles de millones de personas en el planeta, dándole un papel en el mundo de la justicia penal, así como en el centro del escenario en biología molecular. conferencias. Es casi seguro que ha aprendido que el ADN es responsable de dotarlo de los rasgos que ha heredado. de sus padres, y que su propio ADN es su legado directo a las generaciones futuras en caso de que haya niños.

De lo que quizás no sepas mucho es del camino que conecta el ADN de tus células con los rasgos físicos que manifiestas, tanto abiertos como ocultos, y la serie de pasos a lo largo de ese camino. Los biólogos moleculares han elaborado el concepto de un "dogma central" en su campo, que puede resumirse simplemente como "ADN a ARN a proteína". La primera parte de este proceso, la generación de ARN o ácido ribonucleico a partir del ADN, se conoce como

El ADN y el ARN son ácidos nucleicos. Ambos son fundamentales para toda la vida; estas macromoléculas están estrechamente relacionadas, pero sus funciones, aunque exquisitamente entrelazadas, son muy divergentes y especializadas.

El ADN es un polímero, lo que significa que consta de una gran cantidad de subunidades repetidas. Estas subunidades no son exactamente idénticas, pero son idénticas en forma. Considere una larga cadena de cuentas que consta de cubos que vienen en cuatro colores y varían ligeramente de tamaño, y obtendrá una idea básica de cómo se organizan el ADN y el ARN.

Los monómeros (subunidades) de los ácidos nucleicos se conocen como nucleótidos. Los propios nucleótidos consisten en tríadas de tres moléculas distintas: un grupo (o grupos) fosfato, un azúcar de cinco carbonos y una base rica en nitrógeno ("base" no en el sentido de "base", sino que significa "ion-hidrógeno aceptador"). Los nucleótidos que componen los ácidos nucleicos tienen un grupo fosfato, pero algunos tienen dos o incluso tres fosfatos unidos en una fila. Las moléculas difosfato de adenosina (ADP) y trifosfato de adenosina (ATP) son nucleótidos de extraordinaria importancia en el metabolismo energético celular.

El ADN y el ARN se diferencian de varias formas importantes. Uno, mientras que cada una de estas moléculas incluye cuatro bases nitrogenadas diferentes, el ADN incluye adenina (A), citosina (C), guanina (G) y timina (T), mientras que el ARN incluye los tres primeros, pero sustituye el uracilo (U) por T. Dos, el azúcar en el ADN es desoxirribosa, mientras que en el ARN es ribosa. Y tres, el ADN es bicatenario en su forma más estable energéticamente, mientras que el ARN es monocatenario. Estas diferencias son de gran importancia tanto en la transcripción específicamente como en la función de estos respectivos ácidos nucleicos en general.

Las bases A y G se denominan purinas, mientras que C, T y U se clasifican como pirimidinas. Críticamente, A se une químicamente a, y solo a, T (si es ADN) o U (si es ARN); C se une y solo a G. Las dos hebras de una molécula de ADN son complementarias, lo que significa que las bases de cada hebra coinciden en cada punto con la base única "asociada" en la hebra opuesta. Por tanto, AACTGCGTATG es complementario a TTGACGCATAC (o UUGACGCAUAC).

Antes de profundizar en la mecánica de la transcripción del ADN, vale la pena tomarse un momento para revisar la terminología. asociado con el ADN y el ARN, porque con tantas palabras que suenan similares en la mezcla, puede ser fácil confundir ellos.

Replicación es el acto de hacer una copia idéntica de algo. Cuando haces una fotocopia de un documento escrito (escuela vieja) o usas la función de copiar y pegar en una computadora (escuela nueva), estás replicando el contenido en ambos casos.

El ADN se replica, pero el ARN, en la medida en que la ciencia moderna puede determinarlo, no; surge sólo de la transcripción _._ De una raíz latina que significa "una escritura a través", la transcripción es la codificación de un mensaje particular en una copia de una fuente original. Es posible que haya oído hablar de transcriptores médicos, cuyo trabajo es teclear en forma escrita las notas médicas hechas como una grabación de audio. Idealmente, las palabras, y por lo tanto el mensaje, serán exactamente iguales a pesar del cambio de medio. En las células, la transcripción implica la copia de un mensaje de ADN genético, escrito en el lenguaje de las secuencias de bases nitrogenadas, en forma de ARN, especialmente, ARN mensajero (ARNm). Esta síntesis de ARN ocurre en el núcleo de las células eucariotas, después de lo cual el ARNm abandona el núcleo y se dirige a una estructura llamada ribosoma para someterse a traducción.

Mientras que la transcripción es la simple codificación física de un mensaje en un medio diferente, la traducción, en términos biológicos, es la conversión de ese mensaje en una acción intencionada. Una longitud de ADN o un solo mensaje de ADN, llamado gene, en última instancia, da como resultado que las células fabriquen un producto proteico único. El ADN envía este mensaje en forma de ARNm, que luego lleva el mensaje a un ribosoma para que se traduzca en la producción de una proteína. Desde este punto de vista, el ARNm es como un plano o un conjunto de instrucciones para ensamblar un mueble.

Con suerte, eso aclarará cualquier misterio que tenga sobre lo que hacen los ácidos nucleicos. Pero, ¿qué pasa con la transcripción en particular?

El ADN, de manera bastante famosa, está tejido en una hélice de doble hebra. Pero de esta forma, sería físicamente difícil construir algo a partir de él. Por lo tanto, en el iniciación fase (o paso) de la transcripción, la molécula de ADN se desenrolla mediante enzimas llamadas helicasas. Solo una de las dos hebras de ADN resultantes se usa para la síntesis de ARN a la vez. Esta hebra se conoce como el no codificante hebra, porque, gracias a las reglas del apareamiento de bases de ADN y ARN, la otra hebra de ADN tiene la misma secuencia de bases nitrogenadas que el mRNA a sintetizar, lo que hace que esta hebra sea la codificación hebra. Con base en los puntos mencionados anteriormente, puede concluir que una hebra de ADN y el ARNm que es responsable de fabricar son complementarios.

Con la hebra ahora lista para la acción, una sección de ADN llamada secuencia promotora indica dónde debe comenzar la transcripción a lo largo de la hebra. La enzima ARN polimerasa llega a este lugar y pasa a formar parte de un complejo promotor. Todo esto es para asegurar que la síntesis de ARNm comience exactamente donde se supone que debe hacerlo en la molécula de ADN, y esto genera una cadena de ARN que contiene el mensaje codificado deseado.

A continuación, en el alargamiento fase, la ARN polimerasa "lee" la cadena de ADN, comenzando en la secuencia del promotor y moviéndose a lo largo de la cadena de ADN, como un El maestro se acerca a una fila de estudiantes y distribuye pruebas, agregando nucleótidos al extremo creciente del ARN recién formado. molécula.

Los enlaces creados entre los grupos fosfato de un nucleótido y el grupo ribosa o desoxirribosa del siguiente nucleótido se denominan enlaces fosfodiéster. Tenga en cuenta que una molécula de ADN tiene lo que se llama un terminal 3 '("tres primos") en un extremo y un terminal 5' ("cinco primos") en el otro, con estos números provenientes del posiciones terminales de átomos de carbono en los respectivos "anillos" terminales de ribosa. A medida que la propia molécula de ARN crece en la dirección 3 ', se mueve a lo largo de la cadena de ADN en la dirección 5' dirección. Debe examinar un diagrama para asegurarse de que comprende completamente la mecánica de la síntesis de ARNm.

La adición de nucleótidos, específicamente nucleósidos trifosfatos (ATP, CTP, GTP y UTP); ATP es trifosfato de adenosina, CTP es trifosfato de citidina y así sucesivamente): la cadena de ARNm que se alarga requiere energía. Esto, como muchos procesos biológicos, lo proporcionan los enlaces fosfato en los propios nucleósidos trifosfatos. Cuando se rompe el enlace fosfato-fosfato de alta energía, el nucleótido resultante (AMP, CMP, GMP y UMP; en estos nucleótidos, el "MP" significa "monofosfato") se agrega al ARNm, y un par de moléculas de fosfato inorgánico, generalmente escrito PP_I, caer.

A medida que ocurre la transcripción, lo hace, como se dijo, a lo largo de una sola hebra de ADN. Sin embargo, tenga en cuenta que toda la molécula de ADN no se desenrolla ni se separa en hebras complementarias; esto solo ocurre en las inmediaciones de la transcripción. Como resultado, puede visualizar una "burbuja de transcripción" moviéndose a lo largo de la molécula de ADN. Esto es como un objeto que se mueve a lo largo de una cremallera que se abre justo delante del objeto mediante un mecanismo, mientras que un mecanismo diferente vuelve a cerrar la cremallera en la estela del objeto.

Finalmente, cuando el ARNm ha alcanzado su longitud y forma requeridas, el terminación la fase se pone en marcha. Al igual que la iniciación, esta fase está habilitada por secuencias de ADN específicas que funcionan como señales de alto para la ARN polimerasa.

En las bacterias, esto puede suceder de dos formas generales. En uno de ellos, la secuencia de terminación se transcribe, generando una longitud de ARNm que se pliega sobre sí misma y, por lo tanto, se "agrupa" a medida que la ARN polimerasa continúa haciendo su trabajo. Estas secciones plegadas de ARNm a menudo se denominan hebras en horquilla e implican el apareamiento de bases complementarias dentro de la molécula de ARNm monocatenaria pero contorsionada. Aguas abajo de esta sección de horquilla hay un tramo prolongado de bases en U o residuos. Estos eventos obligan a la ARN polimerasa a dejar de agregar nucleótidos y desprenderse del ADN, terminando la transcripción. Esto se conoce como terminación independiente de rho porque no depende de una proteína conocida como factor rho.

En la terminación dependiente de rho, la situación es más sencilla y no se necesitan segmentos de ARNm en horquilla ni residuos de U. En cambio, el factor rho se une al lugar requerido en el ARNm y físicamente lo aleja de la ARN polimerasa. Que ocurra la terminación rho-independiente o rho-dependiente depende de la versión exacta de la ARN polimerasa que está actuando en el ADN y el ARNm (existe una variedad de subtipos), así como en las proteínas y otros factores en el entorno celular inmediato. ambiente.

Ambas cascadas de eventos finalmente conducen a que el ARNm se libere del ADN en la burbuja de transcripción.

Existen numerosas diferencias entre la transcripción en procariotas (casi todos los cuales son bacterias) y eucariotas (organismos multicelulares como animales, plantas y hongos). Por ejemplo, la iniciación en procariotas generalmente implica una disposición de base de ADN conocida como caja de Pribnow, con la secuencia de bases TATAAT se encuentra aproximadamente a 10 pares de bases de donde se produce el inicio de la transcripción. Los eucariotas, sin embargo, tienen secuencias potenciadoras ubicadas a una distancia considerable del sitio de inicio, como así como proteínas activadoras que ayudan a deformar la molécula de ADN de una manera que la hace más accesible para el ARN polimerasa.

Además, el alargamiento ocurre aproximadamente dos veces más rápido en bacterias (alrededor de 42 a 54 pares de bases por minuto, bordeando uno por segundo) que en eucariotas (alrededor de 22 a 25 pares de bases por minuto). Finalmente, mientras que los mecanismos bacterianos de terminación se describen anteriormente, en eucariotas, esta fase involucra factores de terminación específicos, así como una cadena de ARN llamada poli-A (como en, muchos bases de adenina en una fila) "cola". Todavía no está claro si el cese de la elongación desencadena la escisión del ARNm de la burbuja o si la escisión en sí misma termina abruptamente la elongación. proceso.