EXPRESION GENETICA: SINTESIS DE RNA Y DE PROTEINAS EL DOGMA CENTRAL El primer paso en la síntesis de proteínas, es la síntesis de una molécula de RNA, especifica para cada gen, usando para ello como molde un segmento de una de de las dos cadenas del DNA y posteriormente esta molécula RNA es traducida para formar proteínas; a esto se le conoce como Dogma Central.
El dogma central indica el flujo de la información genética, a partir de la información localizada en estas moléculas de doble hélice, esto mediante dos mecanismos: la trascripción ( síntesis de moléculas de RNA usando genes de DNA como molde) y la traducción (síntesis de proteínas a través de la lectura del RNA mensajero).
Tipos de RNA Existen tres clases de RNA que están directamente relacionados con la producción de proteínas. 1. RNA mensajero; estos llevan una una copia del mensaje codificado codificado que será traducido a proteína 2. RNA de transferencia: son usadas para proveer de los aminoácidos correspondientes a cada uno de los codones contenidos en el RNAm. 3. RNA ribosomal: los cuales cuales constituyen constituyen el aparato de la polimerización de aminoácidos hacia la producción de una cadena polipeptídica.
El papel de cada uno de estos tipos es diferente. El RNAm posee una cada triple de nucleótidos dentro de la región codificante cada región codifica a un aminoácido correspondiente a una proteína codificada. La estructura del RNAt es solo reconocido por una enzima la cual es encargada de llevar a cabo la unión de este con un aminoácido específico para producir el amoniacil-RNAt, el cual es la estructura acarreadora que es usada para la síntesis de aminoácidos y controla el apareamiento o complementariedad de las pares de bases. El RNAr juega el papel estructural de la molécula de RNA proveyendo del marco de trabajo con el que la proteínas ribosomales forman un complejo ribonucleoproteico. TRANSCRIPCION Es un proceso enzimático mediado por la enzima RNA polimerasa que siempre ocurre, al igual que la replicación del DNA, en dirección 5’ a 3’, y normalmente solo una de las dos cadenas del DNA se transcribe en una de RNA.
La trascripción involucra la síntesis de una cadena de RNA representando una cadena del DNA dúplex, esta cadena tiene por característica que es idéntica en secuencia con una de las cadenas del DNA, la cual se llama cadena codificante. La cadena de RNA complementaria con la cadena del DNA sirve como molde para su síntesis se le conoce como cadena templado. La transcripción comienza cuando la RNA polimerasa se une con el promotor, el cual se encuentra cercano al punto de inicio, a partir del cual la RNA
polimerasa se mueve a lo largo del templado, sintetizando el RNA, hasta localizarse en una secuencia terminadora de la transcripción llamada terminador. Las
secuencias
son
convencionalmente
escritas de tal forma que la transcripción procede en la dirección de izquierda a derecha, lo que conlleva a que la dirección de la
cadena
sea
en
dirección
5->3,
las
posiciones de las base se enumeran a partir del punto inicial con el valor +1; los cuales se incrementan corriente abajo con valores positivos y corriente arriba con valores negativos. El producto inmediato de la transcripción se llama transcrito primario, el cual deberá contener un RNA extendido desde el promotor hasta el terminador. La transcripción primario generalmente es inestable. La transcripción es la primera etapa en la expresión genética y la principal en que esta puede ser controlada. Existen proteínas reguladoras, las cuales van a determinar cuando un gen en particular será transcrito, para muchos genes es controlada a nivel genético, aunque para muchos otros existen etapas subsecuentes que controlan los niveles de expresión. Proceso de la transcripción. Este puede ser dividido en tres etapas; Iniciación: el reconocimiento del templado comienza con la unión de la RNA polimerasa a la región denominada promotor constituida por una cadena de DNA dúplex para formar lo que se conoce como el complejo cerrado. Una vez ocurrido, las cadenas del DNA son separadas para dar lugar a la formación de complejo abierto que constituye la disponibilidad de la cadena molde del DNA, para la interacción por apareamiento de bases con los ribonucleótidos, necesaria para la síntesis de RNA.L a enzima permanece anclada en la cadena mientras seta sintetiza una RNA de aproximadamente 9 nucleótidos, esta fase
termina cuando la enzima procede a extender la cadena de RNA y se desplaza del promotor. Elongación: durante la fase de elongación la RNA polimerasa se mueve a lo largo del DNA y extiende el crecimiento de la cadena de RNA. Cuando la enzimas se desplaza, este va enrollado la hélice del DNA
para
exponer
un
nuevo
segmento
de
templado en cadena sencilla. En esta fase los nucleótidos se unen de forma covalentemente y forman un hibrido RNA-DNA en la región desenrollada. Pasando la región de desenrollamiento el DNA nuevamente es enrollado para restablecer su estructura y la cadena de RNA emerge como una cadena sencilla. Esta fase involucra el movimiento dela burbuja de la trascripción debido a la disrupción de la estructura del DNA , en la cadena templado de la región de desenrollamiento y es apareada con la cadena del RNA naciente en el punto de crecimiento Terminación: esta involucra el reconocimiento de un punto en la región en el que ya no es posible adicionar más bases a la cadena de RNA. La secuencia o región del DNA requerido para estas reacciones es definida como terminador . Para que la terminación se lleve a cabo es necesario acabar con los enlaces fosfo-diester y el complejo de transcripción se desintegrara cuando la última cadena de RNA es adicionada la burbuja de trascripción colapsa y el hibrido RENA-DNA es desintegrado, entonces el DNA adquiere su estado dúplex, la enzima y el RNA son liberados. RNA polimerasa bacteriana Solo un tipo de RNA polimerasa es el responsable de la síntesis de todo RNAm, RNAt y RNAr en una ebucateria. La enzima completa es también conocida como holoenzimas en E. coli tiene una masa molecular de aproximadamente 465kDa y esta constituida de subunidades proteicas, como se muestra en el dibujo de la derecha.
Las subunidades β y β’ son codificadas por los genes rpoB y rpoC, respectivamente, estas constituyen el centro catalítico, ya que el β se entrecruzan el templado de DNA el producto de RNA y los ribonucleótidos. La subunidad α es requerida para el ensamblaje del núcleo de la enzima, Así como para la afinidad por el promotor y la interacción de la RNA polimerasa con algunos factores reguladores. La haloenzima puede ser separada en dos componentes, el núcleo de la enzima y el factor sigma. El factor sigma garantiza que la RNA polimerasa bacteriana se una de manera estable al DNA solo en la región del promotor, este factor es liberado cuando la cadena de RNA contiene 8-9 bases, dejando al núcleo de la RNA polimerasa proseguir a la etapa de elongación. Cuando el factor sigma se une al núcleo de la enzima introduce cambios estructurales que influyen en la afinidad de la RNA polimerasa por el DNA, reduciendo drásticamente la capacidad de unión a sitios del DNA La asociación con el factor sigma cambia la iniciación de la trascripción Se puede describir los estados de la trascripción en términos de las interacciones entre las diferentes formas del RNA polimerasa y el templado de DNA. a) La holoenzima-promotor reacciona formando el complejo binario cerrado, por que el DNA permanece como cadena dúplex. Debido a que es reversible y es usualmente descrito con una constante de equilibrio kB b) El complejo cerrado es convertido a un complejo abierto, por la separación de una region corta del DNA donde ocurre la unión de la enzima, la conversión es irreversible, tal reacción es descrita por la constante de proporcionalidad k2 y el factor sigma esta involucrado en la reacción de la apertura del DNA. c) La siguiente estapa es la incorporación de los dos primeros nucleotidos, donde un enlace fosfodiester es formado entre estos. Estos genera un complejo ternario que contiene RNA,DNA y la enzima. La formación de este es descrito por una ki. por esto es posible adicionar más nucleótidos sin existir movimiento de la enzima para que pueda ir arriba de 9 bases. Después de adicionada la probabilidad de que la enzima sea liberada
representa la iniciación abortiva del RNA, esto usualmente ocurre para generar una serie de oligonucleótidos muy cortos. d) Cuando la iniciación sucede el factor sigma ya no es tan necesario y entonces la enzima realiza la transición hacia la elongación.
¿Cómo la RNA polimerasa encuentra las secuencias promotoras? Este fenómeno puede ser explicado en acuerdo a lo ocurrido en la difusión, en donde la RNA polimersa probablemenre se une al azar a sitios en el ADN cambiándose entonces hacia otras secuencias. En primer instancia hay que tomar en cuenta que eiste un exceso de la RNA polimersa como complejo cerrados perdidos y en consecuencia hay muy pocas moléculas libres.
La RNA polimersa encuentra promotores dentro del contexto del genoma, suponiendo que un promotor es reducido a aproximadamente 60pb como entonces esta distinguirá esta pequeña region de una tan grande como 4x10 6 pb que constituyen el genoma de E. coli.
¿Cómo el factor sigma controla la unión al DNA? El factor sigma favorece a la estabilización del complejo ternario en el sitio del promotor, dirigiendo la reacción irreversible hacia la formación de un complejo abierto. El factor sigma posee dominios que reconocen los promotores en el DNA. Como un polipeptido independiente, el este factor no se une al DNA, pero cuando forma la holoenzima forma un complejo fuerte de capacidad de unión
en donde si8gma contacta con el DNA en la region 5’ al punto inicial de la trascripción, un cambio en la conformación del factor son las responsables de esta unión. La región N terminal del factor sigma libre suprime la actividad de unión con el DNA, sin embrago cuando esta inhibición es liberada estés es capaz de unirse específicamente a la secuencia del promotor.
