La expresión de todos los genes comienza con la transcripción de su secuencia de nucleótidos. La transcripción es el proceso de traducir información escrita en el lenguaje de la secuencia de desoxirribonucleótidos en la hebra con sentido del ADN al lenguaje de la secuencia de ribonucleótidos en el ARNm. En este caso, una determinada región de una de las dos cadenas de ADN (antisentido) se utiliza como molde para la síntesis de ARN por apareamiento de bases complementarias.
Las enzimas que catalizan el proceso de transcripción son las ARN polimerasas dependientes de ADN. Además, en procariotas, por ejemplo, en las células de Escherichia coli, solo se encontró un tipo de esta enzima, que sintetiza los tres tipos de ARN (ARNm, ARNt, ARNr). Por el contrario, los eucariotas tienen tres polimerasas de ARN dependientes de ADN diferentes, cada una de las cuales es responsable de la transcripción de genes que codifican diferentes tipos de ARN celular. El proceso de transcripción, así como su equipo enzimático, se ha estudiado mejor en procariotas. Las ARN polimerasas bacterianas son proteínas complejas compuestas por varias subunidades diferentes. La enzima más estudiada holoenzima E. coli ARN polimerasa, que contiene cinco subunidades polipeptídicas diferentes: dos cadenas a, una cadena b y una cadena b', cadenas s y w. Una forma alternativa de la enzima llamada ladrar o minienzima, carece de una subunidad s. La enzima central cataliza la mayoría de las reacciones de transcripción de ADN a ARN, pero no puede iniciar la síntesis de ARN en el lugar correcto, ya que no puede reconocer los sitios promotores. La unión e iniciación exactas en los promotores ocurren solo después de la adición de la subunidad sd a la enzima central y la formación de la holoenzima.
Al igual que otros procesos de plantilla, la transcripción incluye 3 etapas: iniciación, elongación y terminación.
Iniciación de la transcripción. Este proceso requiere: una holoenzima, una secuencia especial de nucleótidos en el ADN (promotor) y un conjunto de nucleósidos trifosfatos. La transcripción se inicia con la formación de un complejo estable entre la holoenzima y una secuencia específica, denominada promotor, ubicada al comienzo de todas las unidades de transcripción. Un promotor es una sección de una molécula de ADN, que consta de aproximadamente 40 pares de bases y se ubica inmediatamente antes del sitio de inicio de la transcripción. Distingue dos secuencias importantes y bastante conservadoras. Uno de ellos consta de seis o siete nucleótidos (normalmente TATAAT) y se encuentra a una distancia de unos 10 nucleótidos del primer nucleótido transcrito (+1); esta señal generalmente se conoce como la secuencia de 10, o Pribnov-Box, en honor a su descubridor. En este sitio, la ARN polimerasa se une al ADN. La segunda secuencia está ubicada a una distancia de ~ 35 nucleótidos del sitio de iniciación y sirve como sitio para el reconocimiento del promotor por la ARN polimerasa (Fig. 3.1).
Cuando la ARN polimerasa se une a un promotor, se produce un desenrollamiento local de la doble hélice del ADN y se forma un complejo promotor abierto. Copia la secuencia de nucleótidos del sentido, o cadena (+) de ADN, que tiene la dirección 5→3'. En este caso, la síntesis de ARNm siempre comienza con los nucleótidos A o G. La segunda cadena de ADN antisentido sirve como molde para la síntesis de una cadena de ARN (fig. 3.2).
La transcripción es similar a la replicación en que el orden en que se agregan los ribonucleótidos está determinado por el apareamiento de bases complementarias (Figura 3.2). Después de la formación de los primeros enlaces fosfodiéster (generalmente 5-10), la subunidad d se separa del complejo de iniciación y se lleva a cabo una transcripción adicional con la ayuda de la enzima central.
Alargamiento de la transcripción. La cadena de ARN en crecimiento permanece unida a la enzima y emparejada con su extremo en crecimiento a una porción de la cadena molde. El resto de la cadena resultante no está asociada ni con la enzima ni con el ADN. A medida que continúa la transcripción, la corenzima que se mueve a lo largo de la cadena de ADN actúa como una cremallera, desenrollando la doble hélice que se cierra detrás de la enzima, y se restaura su estructura dúplex original. La región de ADN "abierta" por la enzima se extiende sólo unos pocos pares de bases (Fig. 3.3).
El crecimiento del ARN procede en la dirección del extremo 5'- al 3' a lo largo de la hebra molde (-), orientada en la dirección 3'→5', es decir, antiparalela. La transcripción continúa continuamente hasta que la enzima alcanza el sitio de terminación de la transcripción.
Terminación de la transcripción. Las secuencias de ADN que señalan la terminación de la transcripción se denominan terminadores transcripcionales. Contienen repeticiones invertidas, por lo que los extremos 3' de los transcritos de ARN se pliegan para formar tachuelas diferentes longitudes (Fig. 3.4).
Se encuentran dos tipos de señales de terminación: terminadores dependientes de r e independientes de r. r es una proteína oligomérica que se une fuertemente al ARN y en este estado hidroliza ATP a ADP y fosfato inorgánico. En uno de los modelos, la acción de la proteína r se explica por el hecho de que se une a la cadena de ARN sintetizada y se mueve a lo largo de ella en dirección 5'→3' hasta el sitio de síntesis de ARN; la energía necesaria para su movimiento se libera durante la hidrólisis del ATP. Si la proteína r encuentra una horquilla que se está formando en el ARN, detiene la polimerasa, que podría continuar con la transcripción. El mecanismo de terminación independiente de r se comprende menos y queda mucho por aclarar.
En la mayoría de los casos, los transcritos primarios producidos de la manera descrita anteriormente no son moléculas de ARN maduras, sino que requieren un proceso de maduración llamado procesamiento de ARN. Procesando es muy diferente para los ARN procarióticos y eucarióticos.
En los procariotas, los transcritos primarios generados por la transcripción de genes que codifican proteínas funcionan como ARNm sin modificación ni procesamiento adicional. Además, la traducción del ARNm a menudo comienza incluso antes de que se complete la síntesis del extremo 3' de la transcripción. Se observa una situación completamente diferente para las moléculas procarióticas de ARNr y ARNt. En este caso, los grupos de genes de ARNr o ARNt a menudo se transcriben para formar una sola cadena de ARN. Para la formación de formas funcionales maduras, debe producirse una incisión específica de los transcritos de ARN primario y su modificación. Estos eventos moleculares se denominan procesamiento de ARN o modificación postranscripcional. La escisión inicial de los transcritos primarios en fragmentos que contienen secuencias de tRNA o 16S-, 23S- o 5S-rRNA la lleva a cabo la endonucleasa RNasa III. Sus objetivos son dúplex de ARN cortos formados durante el apareamiento de bases intramoleculares en secuencias que flanquean cada uno de los segmentos de ARN. . Estas secuencias complementarias forman horquillas, en las que la RNasa introduce roturas, después de lo cual otras RNasas eliminan las secuencias adicionales de las regiones espaciadoras. Las moléculas de ARNt se sintetizan primero como pro-ARNt, que es aproximadamente un 20 % más largo que el maduro. Las secuencias adicionales ubicadas en los extremos 5' y 3' son eliminadas por las ribonucleasas Q y P. Además, para la formación de un tRNA funcional maduro, parece que la modificación de bases específicas y la adición de uno, dos o los tres 3' -Deben producirse nucleótidos CCA.-extremo (rama aceptora).
La maduración del ARN en eucariotas es mucho más complicada. Primero, los eucariotas tienen un núcleo, que está separado del citoplasma por una membrana nuclear. En el núcleo se lleva a cabo la formación de transcritos primarios, los cuales son más largos que el ARNm citoplasmático involucrado en la traducción. Por lo tanto, la formación de ARNm maduro en eucariotas debe estar precedida por la eliminación intrones de la secuencia de transcripción de hnRNA (este proceso se denomina empalme De inglés. empalmar - entrelazar, empalmar). Tras la eliminación de las secuencias correspondientes a los intrones, las secciones que se transcriben de exones. El empalme es catalizado por complejos proteína-ARN (snRNP), que interactúan con el hnARN para formar empalme. Se cree que el componente de ARN tiene actividad catalítica en el empalmesoma. Estos ARN se denominan ribozimas. El sitio de empalme se determina en los empalmesomas con gran precisión, ya que un error de incluso 1 nucleótido puede provocar una distorsión de la estructura de la proteína. Para un reconocimiento preciso en la composición de los intrones, existen secuencias específicas: señales.
Además del empalme, el ARNm en eucariotas sufre modificaciones: en el extremo 5', se sintetiza una "tapa" (sombrero), una estructura que es un residuo de trifosfato de guanosina metilado que protege al ARN de la hidrólisis por exonucleasas 5'. En el extremo 3' del pro-ARNm, se sintetiza una secuencia de poliadenilato de 150-200 nucleótidos de longitud, que se denomina "cola". Estas estructuras están involucradas en la regulación de la expresión de genes eucarióticos. El procesamiento de rRNA y tRNA en eucariotas es similar al de procariotas.
De acuerdo con el principio de secuenciación, la información se transfiere del ADN al ARN a las proteínas: ADN -> ARN -> proteína. A este respecto, volvamos al contenido de la transcripción (del lat. transcriptio- reescritura), junto con la replicación del ADN, que es el mecanismo genético y molecular más importante. La transcripción es similar a la replicación en muchos aspectos, pero, por supuesto, tiene numerosas características. Una de ellas es que a la hora de dilucidar el contenido de la transcripción, es imperativo tener en cuenta la estructura de los genes. El hecho es que todas las unidades estructurales de los genes se reproducen en la replicación, lo que no ocurre con la transcripción.
Tradicionalmente, un gen se define como una unidad de información hereditaria que determina el desempeño de una determinada función por parte de un organismo. Un gen consta de una parte reguladora y otra codificante. Solo se transcribe la parte de codificación, que consta de exones e intrones. Esta transcripción es característica del ARN inmaduro. Encuentra su continuación en la etapa final de la transcripción, en la que se excluyen todos los intrones del ARN inmaduro y se combinan los exones restantes. En el sitio del promotor, la ARN polimerasa se une a la parte reguladora del gen que, como resultado, inicia el inicio de la transcripción en una de las dos cadenas de ADN. En la fig. La figura 6.8 muestra un diagrama de la estructura de un gen eucariótico, así como el ARN maduro e inmaduro.
Algunos de los términos usados arriba obviamente necesitan caracterización.
Arroz. 6.8.
Promotor (del fr. promotor fundador, iniciador) es una secuencia de nucleótidos de ADN que le permite regular la expresión génica. Se encuentra cerca del gen 5" y, por tanto, inmediatamente antes de la parte del gen que codifica el ARN. Una característica esencial del promotor es su interacción específica con las proteínas dependientes del ADN, que determinan el inicio de la transcripción a través de la ARN polimerasa. Las proteínas se llaman factores de transcripción.
Junto con el promotor, la parte reguladora del gen incluye secuencias de nucleótidos que también tienen un efecto significativo en la expresión génica. potenciadores (inglés, potenciador- amplificador, lupa) amplificarlo y silenciadores (del inglés, silenciadores- silenciador) suprimen, pero no por sí mismos, sino solo si están expuestos a factores de transcripción. La posición espacial de los potenciadores y silenciadores no está claramente definida, pueden estar ubicados a menor o mayor distancia del promotor.
exón (inglés) región expresada- región de expresión) - una sección de un gen que codifica ARN maduro y proteínas. Los exones son las unidades genéticas primarias de las que depende decisivamente la aparición de todo el mundo biológico. Es su recombinación la que conduce a la formación de nuevos genes y proteínas. Solo el 1,5% de la composición génica del ADN determina la síntesis de proteínas. Otra parte de esta composición no se transcribe en absoluto o determina la estructura de tales variedades de ARN, por ejemplo, los ARN de transferencia, que no tienen la función de síntesis de proteínas.
intrón (del inglés, regiones intermedias- regiones intermedias) - una sección de un gen que no contiene información sobre el ARN maduro y las proteínas. Las funciones biológicas de los intrones se estudian mucho peor que las funciones de los exones. También existe una gran controversia sobre su origen: si surgieron junto con los procariotas, o junto con los eucariotas, o incluso más tarde que ellos. Un gen humano contiene en promedio 8,8 exones y 7,8 ingrones, pero los ingrones son en promedio unas 25 veces más largos que los exones.
Después de lo dicho, no es difícil imaginar en términos generales todo el proceso de transcripción (Fig. 6.9).
Arroz. 6.9.
Etapa de iniciación. Bajo la influencia de las enzimas, en particular de los potenciadores, al unirse al promotor, la ARN polimerasa rompe las bases nitrogenadas (indicadas en la Fig. 6.9 por líneas verticales cortas) y selecciona la rama de ADN que se convierte en la plantilla de transcripción (en la Fig. 6.9. esta es la línea de fondo). También crea un ojo de transcripción (en la Figura 6.9 es una tapa triangular). Al mismo tiempo, se exponen de 10 a 20 pares de no cleótidos para la etapa de elongación. Curiosamente, en el caso de la transcripción, no es necesario formar un cebador característico del proceso de replicación del ADN. La transcripción se realiza sin cartilla.
etapa de elongación. Bajo la acción de la ARN polimerasa, se forma ARN en la región del ojo transcripcional. A diferencia de la ADN polimerasa, la ARN polimerasa no puede corregir la corrección de la síntesis de la cadena de ARN y corregir los errores cometidos. Si surgen dificultades durante la síntesis, se suspende el movimiento de la ARN polimerasa. Como resultado, se reduce la probabilidad de ensamblaje erróneo de ARN. La transcripción no se detiene, el ojo se aleja del promotor. En aquellas zonas que han pasado la mirilla, se restablece la estructura dúplex del ADN. La cadena del ARN sintetizado se alarga gradualmente. Crece en la dirección de 5"-3".
Etapa de terminación. Ocurre debido al efecto de factores auxiliares en la ARN polimerasa. Una vez que las exonucleasas alcanzan la región transcripcional, la transcripción se detiene y la ARN polimerasa y el ARN se separan entre sí. El ADN restaura completamente su estructura dúplex.
Hasta ahora, hemos considerado la transcripción de PI IK en los términos más generales, haciendo abstracción de varias circunstancias significativas, en particular, no se tuvo en cuenta la presencia de diferentes tipos de ARN y ARN polimerasas. Existen los siguientes tipos de ARN:
La información sobre todos los tipos de ARN está contenida en el ADN. Sin embargo, no todos se transcriben directamente en el ADN molde.
Algunos ARN son modificaciones de ARN previamente transcritos. Para nosotros, familiarizándonos con los fundamentos de la genética molecular, de mayor interés son los RNA involucrados directamente en la síntesis de proteínas. Solo hay 5 tipos de ellos (Tabla 6.4).
Cuadro 6.4
ARN implicado en la síntesis de proteínas
* ARN mensajero - lo mismo que el ARN mensajero; ** SPR - abreviatura. inglés partícula de reconocimiento de señal- partículas que reconocen señales.
La transcripción de todos los ARN ocurre por la acción de ciertas ARN polimerasas o sus combinaciones. En mesa. 6.5 muestra los tres tipos principales de ARN polimerasas.
Cuadro 6.5
Tipos de ARN polimerasas
Los RGC pequeños (cortos) son diferentes de los ARN largos. Los microARN son un tipo de ARN pequeños que constituyen el 98 % de todo el material de ribonucleótidos.
Como conclusión de la sección, observamos que, junto con la transcripción directa, también es posible la transcripción inversa. La capacidad de transcribir ARN en ADN la poseen los retrovirus, en particular el VIH, que es responsable del SIDA. El retrovirus entra en la célula. Una enzima especial, la transcriptasa inversa, lleva a cabo la transcripción de ARN -» ADN. Luego, en la hebra de ADN resultante, como en una matriz, se completa la segunda hebra de ADN. Después de eso, se realiza el ciclo ADN -> ARN -» proteínas. Algunos eucariotas contienen la enzima telomerasa, que también inicia la transcripción inversa. El fenómeno de la transcripción inversa debe tenerse en cuenta al formular el principio de secuencia. No debe interpretarse como la negación de la transcripción inversa.
- Un gen consta de una parte reguladora y otra codificante.
- La parte codificante de un gen incluye exones e intrones.
- Los intrones no se transcriben en el ARN maduro.
- La transcripción incluye los pasos de iniciación, elongación y terminación.
- Hay varios tipos y tipos de polimerasas de transcripción tanto PIIK como PIK.
- La síntesis de cualquier ARN se lleva a cabo por una o varias polimerasas, y no sin la participación de enzimas proteicas.
- SakharkarM. K., Chow V. T., Kangueane R. Distribuciones de exones e intrones en el genoma humano // In Silicio Biology. 2004 vol. 4. no 4. Pág. 387-393.
La vida en forma de carbono existe debido a la presencia de moléculas de proteína. Y la biosíntesis de proteínas en la célula es la única posibilidad de expresión génica. Pero para implementar este proceso, es necesario poner en marcha una serie de procesos relacionados con el "desempaquetado" de la información genética, la búsqueda del gen deseado, su lectura y reproducción. El término "transcripción" en biología simplemente se refiere al proceso de transferir información de un gen al ARN mensajero. Este es el comienzo de la biosíntesis, es decir, la implementación directa de la información genética.
Almacenamiento de información genética.
En las células de los organismos vivos, la información genética se localiza en el núcleo, las mitocondrias, los cloroplastos y los plásmidos. Las mitocondrias y los cloroplastos contienen una pequeña cantidad de ADN animal y vegetal, mientras que los plásmidos bacterianos son el lugar de almacenamiento de los genes responsables de la rápida adaptación a las condiciones ambientales.
En los cuerpos virales, la información hereditaria también se almacena en forma de polímeros de ARN o ADN. Pero el proceso de su implementación también está asociado con la necesidad de transcripción. En biología, este proceso tiene una importancia excepcional, ya que es este proceso el que conduce a la realización de la información hereditaria, desencadenando la biosíntesis de proteínas.
En las células animales, la información hereditaria está representada por un polímero de ADN, que se empaqueta de forma compacta dentro del núcleo. Por lo tanto, antes de la síntesis de proteínas o la lectura de cualquier gen, deben pasar algunas etapas: desenrollado de la cromatina condensada y "liberación" del gen deseado, su reconocimiento por moléculas enzimáticas, transcripción.
En biología y química biológica, estas etapas ya han sido estudiadas. Conducen a la síntesis de una proteína cuya estructura primaria estaba codificada en el gen de lectura.
Esquema de transcripción en células eucariotas.
Aunque la transcripción en biología no se ha estudiado lo suficiente, su secuencia se presenta tradicionalmente en forma de diagrama. Consta de iniciación, elongación y terminación. Esto significa que todo el proceso se divide en tres componentes de sus fenómenos.
La iniciación es un conjunto de procesos biológicos y bioquímicos que conducen al inicio de la transcripción. La esencia de la elongación es continuar construyendo la cadena molecular. La terminación es un conjunto de procesos que conducen a la terminación de la síntesis de ARN. Por cierto, en el contexto de la biosíntesis de proteínas, el proceso de transcripción en biología suele identificarse con la síntesis de ARN mensajero. En base a ello, posteriormente se sintetizará una cadena polipeptídica.
Iniciación
La iniciación es el mecanismo de transcripción menos comprendido en biología. Se desconoce qué es esto desde el punto de vista de la bioquímica. Es decir, las enzimas específicas responsables de iniciar la transcripción no se reconocen en absoluto. También se desconocen las señales intracelulares y los métodos de su transmisión, que indican la necesidad de la síntesis de una nueva proteína. Para la citología y la bioquímica, esta es una tarea fundamental.
Alargamiento
Todavía no es posible separar en el tiempo el proceso de iniciación y elongación debido a la imposibilidad de realizar estudios de laboratorio diseñados para confirmar la presencia de enzimas específicas y factores desencadenantes. Por lo tanto, este límite es muy condicional. La esencia del proceso de elongación se reduce a la elongación de una cadena en crecimiento sintetizada sobre la base de una región molde de ADN.
Se cree que la elongación comienza después de la primera translocación de la ARN polimerasa y el comienzo de la unión del primer cadon al sitio de inicio del ARN. En el curso de la elongación, los kadones se leen en la dirección de la hebra 3'-5' en la región de ADN desespiralizada y dividida en dos hebras. Al mismo tiempo, a la cadena de ARN en crecimiento se le agregan nuevos nucleótidos complementarios a la región molde de ADN. En este caso, el ADN está “bordado” a un ancho de 12 nucleótidos, es decir, a 4 cánones.
La enzima ARN polimerasa se mueve a lo largo de la cadena en crecimiento, y "detrás" de ella, se produce el "entrecruzamiento" inverso del ADN en una estructura de doble cadena con la restauración de los enlaces de hidrógeno entre los nucleótidos. Esto responde en parte a la pregunta de qué proceso se llama transcripción en biología. La elongación es la fase principal de la transcripción, porque en su curso se ensambla el llamado mediador entre la síntesis de genes y proteínas.
Terminación
El proceso de terminación en la transcripción de células eucariotas es poco conocido. Hasta ahora, los científicos han reducido su esencia a la terminación de la lectura del ADN en el extremo 5" y la adición de un grupo de bases de adenina al extremo 3" del ARN. Este último proceso permite estabilizar la estructura química del ARN resultante. Hay dos tipos de terminación en las células bacterianas. Este es un proceso dependiente de Rho e independiente de Rho.
El primero procede en presencia de la proteína Rho y se reduce a una simple ruptura de los enlaces de hidrógeno entre la región molde del ADN y el ARN sintetizado. El segundo, Rho-independiente, ocurre después de la aparición del bucle de tallo si hay un conjunto de bases de uracilo detrás. Esta combinación conduce al desprendimiento del ARN del molde de ADN. Es obvio que la terminación de la transcripción es un proceso enzimático, pero aún no se han encontrado sus biocatalizadores específicos.
Transcripción viral
Los cuerpos virales no tienen su propio sistema de biosíntesis de proteínas y, por lo tanto, no pueden multiplicarse sin explotar las células. Pero los virus tienen su propio material genético que debe desarrollarse, así como integrarse en los genes de las células infectadas. Para ello, disponen de una serie de enzimas (o explotan sistemas enzimáticos celulares) que transcriben su ácido nucleico. Es decir, esta enzima, a partir de la información genética del virus, sintetiza un análogo del ARN mensajero. Pero no es ARN en absoluto, sino un polímero de ADN complementario a los genes, por ejemplo, en humanos.
Esto viola por completo los principios tradicionales de transcripción en biología, que deben ser considerados en el ejemplo del virus del VIH. Su enzima reversatasa del ARN viral es capaz de sintetizar ADN complementario al ácido nucleico humano. El proceso de sintetizar ADN complementario a partir de ARN se denomina transcripción inversa. Esta es en biología la definición del proceso responsable de incrustar la información hereditaria del virus en el genoma humano.
Primero, establezca la secuencia de pasos en la biosíntesis de proteínas, comenzando con la transcripción. La secuencia completa de procesos que ocurren durante la síntesis de moléculas de proteína se puede combinar en 2 etapas:
Transcripción.
Transmisión.
Las unidades estructurales de información hereditaria son genes, secciones de la molécula de ADN que codifican la síntesis de una proteína en particular. En términos de organización química, el material de herencia y variabilidad de pro y eucariotas no es fundamentalmente diferente. El material genético en ellos se presenta en la molécula de ADN, también es común el principio de registrar la información hereditaria y el código genético. Los mismos aminoácidos en pro y eucariotas están encriptados por los mismos codones.
El genoma de las células procariotas modernas se caracteriza por un tamaño relativamente pequeño, el ADN de Escherichia coli tiene forma de anillo, de aproximadamente 1 mm de largo. Contiene 4 x 10 6 pares de bases, formando alrededor de 4000 genes. En 1961, F. Jacob y J. Monod descubrieron la organización cistrónica o continua de los genes procarióticos, que consisten enteramente en secuencias de nucleótidos codificantes y se realizan en su totalidad durante la síntesis de proteínas. El material hereditario de la molécula de ADN de los procariotas se localiza directamente en el citoplasma de la célula, donde también se localizan el ARNt y las enzimas necesarias para la expresión génica.La expresión es la actividad funcional de los genes, o expresión génica. Por lo tanto, el ARNm sintetizado con ADN puede actuar inmediatamente como molde en el proceso de traducción de la síntesis de proteínas.
El genoma eucariótico contiene mucho más material hereditario. En los seres humanos, la longitud total del ADN en el conjunto diploide de cromosomas es de unos 174 cm, contiene 3 x 10 9 pares de bases e incluye hasta 100 000 genes. En 1977, se descubrió una discontinuidad en la estructura de la mayoría de los genes eucariotas, que se denominó gen "mosaico". Tiene secuencias de nucleótidos codificantes. exónico Y intrón parcelas Solo la información del exón se utiliza para la síntesis de proteínas. El número de intrones varía en diferentes genes. Se ha establecido que el gen de ovoalbúmina de pollo incluye 7 intrones y el gen de procolágeno de mamífero - 50. Las funciones de los intrones de ADN silencioso no se han dilucidado completamente. Se supone que proporcionan: 1) la organización estructural de la cromatina; 2) algunos de ellos están obviamente involucrados en la regulación de la expresión génica; 3) los intrones pueden considerarse como un almacén de información para la variabilidad; 4) pueden desempeñar un papel protector, asumiendo la acción de los mutágenos.
Transcripción
El proceso de reescritura de información en el núcleo celular de una porción de una molécula de ADN a una molécula de ARNm (ARNm) se llama transcripción(lat. Transcriptio - reescritura). Se sintetiza el producto principal del gen, el ARNm. Este es el primer paso en la síntesis de proteínas. En la sección correspondiente de ADN, la enzima ARN polimerasa reconoce el signo del inicio de la transcripción: avance Se considera que el punto de partida es el primer nucleótido de ADN, que la enzima incluye en la transcripción de ARN. Como regla general, las regiones de codificación comienzan con el codón AUG, a veces se usa GUG en bacterias. Cuando la ARN polimerasa se une al promotor, la doble hélice del ADN se desenrosca localmente y una de las hebras se copia según el principio de complementariedad. Se sintetiza ARNm, su velocidad de ensamblaje alcanza los 50 nucleótidos por segundo. A medida que la ARN polimerasa se mueve, la cadena de ARNm crece y cuando la enzima llega al final del sitio de copia: terminador, el ARNm se aleja de la plantilla. Se repara la doble hélice del ADN detrás de la enzima.
La transcripción de los procariotas tiene lugar en el citoplasma. Debido al hecho de que el ADN consiste completamente en codificar secuencias de nucleótidos, el ARNm sintetizado actúa inmediatamente como molde para la traducción (ver arriba).
La transcripción del ARNm en eucariotas ocurre en el núcleo. Comienza con la síntesis de moléculas grandes: precursores (pro-ARNm), llamados ARN inmaduro o nuclear.El producto principal del gen pro-ARNm es una copia exacta de la región de ADN transcrita, incluye exones e intrones. El proceso de formación de moléculas de ARN maduro a partir de precursores se denomina Procesando. La maduración del ARNm ocurre por empalme son esquejes por enzimas restrictasa intrones y conexión de sitios con secuencias de exones transcritas por enzimas ligasa. (Fig.) El ARNm maduro es mucho más corto que las moléculas precursoras de pro-ARNm, el tamaño de los intrones en ellas varía de 100 a 1000 nucleótidos o más. Los intrones representan alrededor del 80% de todo el ARNm inmaduro.
Ahora se ha demostrado que es posible splicing alternativo, en el que las secuencias de nucleótidos se pueden eliminar de una transcripción primaria en sus diferentes regiones y se formarán varios ARNm maduros. Este tipo de splicing es característico del sistema génico de las inmunoglobulinas en los mamíferos, lo que permite formar diferentes tipos de anticuerpos a partir de un solo transcrito de ARNm.
Una vez finalizado el procesamiento, el ARNm maduro se selecciona antes de abandonar el núcleo. Se ha establecido que solo el 5% del ARNm maduro ingresa al citoplasma, mientras que el resto se escinde en el núcleo.
Transmisión
Traducción (lat. Translatio - transferencia, transferencia): la traducción de la información contenida en la secuencia de nucleótidos de la molécula de ARNm en la secuencia de aminoácidos de la cadena polipeptídica (Fig. 10). Esta es la segunda etapa de la síntesis de proteínas. La transferencia de ARNm maduro a través de los poros de la envoltura nuclear produce proteínas especiales que forman un complejo con la molécula de ARN. Además del transporte de ARNm, estas proteínas protegen al ARNm de los efectos dañinos de las enzimas citoplasmáticas. En el proceso de traducción, los ARNt desempeñan un papel central, ya que aseguran la correspondencia exacta del aminoácido con el código del triplete de ARNm. El proceso de traducción-descodificación ocurre en los ribosomas y se lleva a cabo en la dirección de 5 a 3. El complejo de ARNm y ribosomas se llama polisoma.
La traducción se puede dividir en tres fases: iniciación, elongación y terminación.
Iniciación.
En esta etapa se ensambla todo el complejo involucrado en la síntesis de la molécula de proteína. Hay una unión de dos subunidades de ribosomas en un área determinada de ARNm, el primer aminoacil - tRNA se le une, y esto establece el marco para leer la información. Cualquier molécula de mRNA contiene un sitio que es complementario al rRNA de la subunidad pequeña del ribosoma y está específicamente controlado por él. Junto a él está el codón de inicio de inicio AUG, que codifica el aminoácido metionina.
Alargamiento
- incluye todas las reacciones desde el momento de la formación del primer enlace peptídico hasta la unión del último aminoácido. El ribosoma tiene dos sitios para la unión de dos moléculas de ARNt. El primer t-RNA con el aminoácido metionina se encuentra en una sección, peptidil (P), y a partir de ella comienza la síntesis de cualquier molécula proteica. La segunda molécula de ARNt ingresa al segundo sitio del ribosoma, el aminoacilo (A) y se une a su codón. Se forma un enlace peptídico entre la metionina y el segundo aminoácido. El segundo ARNt se mueve junto con su codón de ARNm hacia el centro peptídico. El movimiento del t-RNA con una cadena polipeptídica desde el centro aminoacilo al centro peptidilo va acompañado del avance del ribosoma a lo largo del mRNA mediante un paso correspondiente a un codón. El ARNt que entregó la metionina regresa al citoplasma y se libera el centro de amnoacilo. Recibe un nuevo t-RNA con un aminoácido encriptado por el siguiente codón. Se forma un enlace peptídico entre el tercer y segundo aminoácido, y el tercer ARNt, junto con el codón de ARNm, se mueve hacia el centro peptídico.. El proceso de elongación, elongación de la cadena de proteína. Continúa hasta que uno de los tres codones que no codifican aminoácidos ingresa al ribosoma. Este es un codón terminador y no tiene un ARNt correspondiente, por lo que ninguno de los ARNt puede ocupar un lugar en el centro de aminoacilo.
Terminación
- finalización de la síntesis de polipéptidos. Se asocia con el reconocimiento por parte de una proteína ribosómica específica de uno de los codones de terminación (UAA, UAG, UGA) cuando ingresa al centro aminoacilo. Un factor de terminación especial se une al ribosoma, lo que promueve la separación de las subunidades del ribosoma y la liberación de la molécula de proteína sintetizada. El agua se une al último aminoácido del péptido y su extremo carboxilo se separa del ARNt.
El ensamblaje de la cadena peptídica se realiza a gran velocidad. En bacterias a una temperatura de 37°C, se expresa en la adición de 12 a 17 aminoácidos por segundo al polipéptido. En las células eucariotas, se agregan dos aminoácidos a un polipéptido en un segundo.
La cadena polipeptídica sintetizada luego ingresa al complejo de Golgi, donde se completa la construcción de la molécula de proteína (las estructuras segunda, tercera y cuarta aparecen en sucesión). Aquí hay una complejación de moléculas de proteínas con grasas y carbohidratos.
Todo el proceso de biosíntesis de proteínas se presenta en forma de esquema: DNA ® pro mRNA ® mRNA ® cadena polipeptídica ® proteína ® complejo de proteínas y su transformación en moléculas funcionalmente activas.
Las etapas de implementación de la información hereditaria también proceden de manera similar: primero, se transcribe en la secuencia de nucleótidos del ARNm y luego se traduce a la secuencia de aminoácidos del polipéptido en los ribosomas con la participación del ARNt.
La transcripción de los eucariotas se lleva a cabo bajo la acción de tres ARN polimerasas nucleares. La ARN polimerasa 1 se encuentra en el nucléolo y es responsable de la transcripción de los genes de ARNr. La ARN polimerasa 2 se encuentra en la savia nuclear y es responsable de la síntesis del precursor de ARNm. La ARN polimerasa 3 es una pequeña fracción en la savia nuclear que sintetiza pequeños ARNr y ARNt. Las ARN polimerasas reconocen específicamente la secuencia de nucleótidos del promotor de la transcripción. El ARNm eucariótico se sintetiza primero como un precursor (pro-ARNm), la información de los exones y los intrones se anula. El ARNm sintetizado es más grande de lo necesario para la traducción y es menos estable.
En el proceso de maduración de la molécula de ARNm, los intrones se cortan con la ayuda de enzimas de restricción y los exones se unen con la ayuda de enzimas ligasa. La maduración del ARNm se denomina procesamiento y la unión de exones se denomina empalme. Por lo tanto, el mRNA maduro contiene solo exones y es mucho más corto que su predecesor, el pro-mRNA. Los tamaños de los intrones varían de 100 a 10.000 nucleótidos o más. Los Inton representan alrededor del 80% de todo el ARNm inmaduro. En la actualidad, se ha probado la posibilidad de splicing alternativo, en el que se pueden delecionar secuencias de nucleótidos de un transcrito primario en sus diferentes regiones y se formarán varios mRNA maduros. Este tipo de splicing es característico del sistema génico de las inmunoglobulinas en los mamíferos, lo que permite formar diferentes tipos de anticuerpos a partir de un solo transcrito de ARNm. Una vez finalizado el procesamiento, el ARNm maduro se selecciona antes de ser liberado al citoplasma desde el núcleo. Se ha establecido que solo entra el 5% del mRNA maduro, y el resto se escinde en el núcleo. La transformación de los transcriptones primarios de los genes eucariotas, asociada con su organización exón-intrón y en relación con la transición del ARNm maduro del núcleo al citoplasma, determina las características de la realización de la información genética de los eucariotas. Por lo tanto, el gen del mosaico eucariótico no es un gen de cistrónoma, ya que no toda la secuencia de ADN se utiliza para la síntesis de proteínas.
El ADN, el portador de toda la información genética en la célula, no participa directamente en la síntesis de proteínas. En las células animales y vegetales, las moléculas de ADN están contenidas en los cromosomas del núcleo y están separadas por una membrana nuclear del citoplasma, donde se sintetizan las proteínas. A los ribosomas, sitios de ensamblaje de proteínas, se envía un mediador portador de información desde el núcleo, capaz de atravesar los poros de la membrana nuclear. El ARN mensajero (i-ARN) es un intermediario de este tipo. Según el principio de complementariedad, se lee del ADN con la participación de una enzima llamada ARN polimerasa. El proceso de lectura (o más bien, cancelación) o síntesis de ARN, llevado a cabo por la ARN polimerasa, se llama transcripción (latín transcriptio - reescritura). El ARN mensajero es una molécula de cadena sencilla y la transcripción proviene de una cadena de una molécula de ADN de cadena doble. Si el nucleótido G está en la cadena de ADN transcrita, entonces la ARN polimerasa incluye C en el ARN, si es T, incluye A, si es A, incluye y (el ARN no incluye T) (Fig. 46) . En longitud, cada una de las moléculas de ARNm es cientos de veces más corta que el ADN. El ARN mensajero no es una copia de la molécula de ADN completa, sino solo una parte de ella: un gen o un grupo de genes adyacentes que transmiten información sobre la estructura de las proteínas necesarias para realizar una función. En procariotas, este grupo de genes se denomina operón. En la sección sobre biosíntesis de proteínas, leerá sobre cómo se combinan los genes en un operón y cómo se organiza el control de la transcripción. Al comienzo de cada operón hay una especie de sitio de aterrizaje para la ARN polimerasa llamado promotor. Esta es una secuencia específica de nucleótidos de ADN que una enzima reconoce a través de la afinidad química. Solo al unirse al promotor, la ARN polimerasa puede iniciar la síntesis de ARNm. Habiendo llegado al final del operón, la enzima encuentra una señal (en forma de cierta secuencia de nucleótidos) que indica el final de la lectura. El ARNm terminado se aleja del ADN y va al sitio de síntesis de proteínas. Hay cuatro etapas en el proceso de transcripción descrito:
1) Unión de la ARN polimerasa al promotor;
2) Iniciación - el comienzo de la síntesis. Consiste en la formación del primer enlace fosfodiéster entre ATP o GTP y el segundo nucleótido de la molécula de ARN sintetizada;
3) elongación: el crecimiento de una cadena de ARN, es decir, la unión secuencial de nucleótidos entre sí en el orden en que los nucleótidos complementarios están en la cadena de ADN transcrita. La tasa de elongación alcanza los 50 nucleótidos por segundo;
4) terminación: finalización de la síntesis de ARNm.
