Transcripción

1. Transcripción Para que la información genética almacenada en el DNA sea utilizada por los organismos se requiere que sean sintetizadas cadenas de RNA complementarias al DNA por medio de un proceso conocido como transcripción (de “scribere”=escribir y “trans”= pasar de uno a otro, en este caso de una escritura a otra).

2. Transcripción • Fue adoptado por la evolución para tener un mensajero capaz de llevar la información almacenada en el DNA de forma parcializada, ordenada y regulada. • El resultado de la transcripción es una molécula de RNA llamada transcrito.

3. Transcritos • Cuando sirve como patrón para la síntesis de proteínas se conoce como RNA mensajero o RNAm; • Cuando constituye parte de la estructura de los ribosomas, como RNA ribosomal o RNAr; • Cuando participa en la síntesis de proteínas como adaptador de los aminoácidos, como RNA de transferencia o RNAt; o • Puede tener varias otras actividades como • enzimáticas, ribozima • o actividades de regulación de la expresión genética, RNA de interferencia o RNAi.

4. Transcripción y Superenrollamiento (a) RNA polimerasa Burbuja de Transcripción Enrollamiento Desenrollamiento 5' 3' 5' 3' 3' 5' Híbrido RNA-DNA RNA Dirección de la trancripción Superhélices positivas (b) Superhélices negativas Dirección de la trancripción 5'

5. Localización de transcritos Transcritos de RNA DNA 36 x 103 pb • Genoma de adenovirus, ambas hebras contienen codificación de proteínas. Muchos de los mensajeros se sintetizan inicialmente en forma de un transcrito largo que proviene de dos tercios de la longitud del DNA. Este transcrito es modificado posteriormente.

6. Hebra molde Hebra menos (-) Hebra codante Hebra no molde Hebra más (+) Hebra no codante Nomenclatura de las hebras de DNA en la transcripción

7. Ejemplo de complementariedad (5')CGCTATAGCTGTTT(3') Hebra de DNA no molde (+) (3')GCGATATCGACAAA(5') Hebra de DNA molde (-) (5')CGCUAUAGCUGUUU(3') Transcrito de RNA

8. RNA polimerasa Subunidad s Núcleo de la enzima

9. Región -35 Espaciador Región -10 Espaciador Inicio del RNA Promotores en E. coli. Resumen trp TTGACA N17 TTAACT N7 A TTTACA N16 TATGAT N7 A tRNATyr lac TTTACA N17 TATGTT N6 A recA TTGATA N16 TATAAT N7 A araB, A, D CTGACG N18 TACTGT N6 A TTGACA TATAAT

10. Promotores de E. coli. 1

11. + N H Sar Sar L-Pro L-Pro L-meVal L-meVal D-Val O D-Val O L-Thr L-Thr O C O C N NH2 O O CH3 CH3 Inhibidores de la transcripción Acridina Actinomicina D

12. Terminación de la transcripción • Una vez que el proceso de transcripción ha comenzado la burbuja de transcripción avanza a medida que el RNA es transcrito y se continúa hasta que la polimerasa encuentra una secuencia que induce la disociación del complejo DNA-RNA y la separación de la enzima. • En eucariontes esta secuencia no ha sido bien estudiada, mientras que para los procariontes como E. coli se han reconocido dos tipos de señales de terminación que se diferencian por la ausencia o presencia de un factor proteico que parece reconocer dicha señal.

13. Terminación rho independiente • Terminación independiente de rho (r), contiene una secuencia que induce a la formación de una horquilla en el transcrito de RNA de 10 a 15 nucleótidos antes del final, seguida por un tramo de poliA en la cadena molde que facilita la disociación de los elementos de la transcripción.

14. En la terminación dependiente de r no se presenta el tramo de poliA, aunque sí se forma una horquilla en la que la RNA polimerasa hace una pausa y si se encuentra la proteína r presente se detiene la transcripción. • No se conoce a detalle el mecanismo de disociación, pero en este se produce la hidrólisis de ATP por efecto de r.

15. Regulación de la transcripción en procariontes. • Muchas proteínas bacterias son inducibles • su síntesis es regulada dependiendo del estado nutricional de la célula. • La expresión diferencial de los genes que codifican para esas proteínas esta regulada generalmente a nivel de la iniciación de la transcripción

16. Regulación 2 • Basados en el modelo de Jacob y Monod del control transcripcional, la transcripción del operón lac, que codifica 3 proteínas inducibles, es reprimido por unión de la proteína represora de lac a la secuencia operadora. • En presencia de lactosa o otros inductores, esta represión se levanta y el operón lac se transcribe.

17. Regulación 3 • Las mutaciones en el promotor, que une a la RNA polimerasa, o en el operador, actúan en cis; esto es sólo afectan la expresión de los genes en la misma molécula de DNA en que ocurre la mutación.

18. Regulación 4 • Las mutaciones en la secuencia de un operador que resulta en la disminución de la unión del represor, resultan en una transcripción constitutiva. • Las mutaciones en una secuencia promotora, que afectan la afinidad de la unión de la RNA polimerasa pueden disminuir (mutación a la baja) o incrementar (mutación a la alta) la transcripción.

19. Regulación 5 • Los represores y los activadores actúan en trans; esto es, afectan a la expresión de los genes que regulan sin importar en qué molécula de DNA están localizados en la célula.

20. Las mutaciones Oc del Operón lac actúan en cis

21. Acción trans del Operón lac

22. El inductor produce incremento en la transcripción del operón.

23. X-Gal • 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-b-D-galactoside

24. (a) La molécula señal ( ) origina la disociación de la proteína reguladora del DNA (b) La molécula señal ( ) origina la unión de la proteína reguladora al DNA Regulación negativa en la transcripción Operador DNA Promotor 3' 5' mRNA 3' 5' mRNA

25. (a) La molécula señal ( ) origina la disociación de la proteína reguladora del DNA (b) La molécula señal ( ) origina la unión de la proteína reguladora al DNA Regulación positiva en la transcripción RNA polimerasa 3' 5' mRNA 3' 5' mRNA

26. Modelo general de operón Sitio de unión del represor (operador) Sitio de unión del activador Promotor DNA A B C Secuencias reguladoras

27. Y A PI I P O Z Operón lac reprimido Represor mRNA

28. Y A PI I P O Z Y A PI I P O Z Inducción del operón lac DNA Alolactosa (o IPTG) mRNA

29. Control positivo de la transcripción • Una proteína reguladora promueve la unión de la RNA polimerasa, de manera que se incrementa la síntesis del mRNA.

30. Activación de la transcripción del operón lac Sitio CAP 5'-ATTAATGTGAGTTAGCTCACTCATTAGGCACCCCA Región -10 Región -35 GGCTTTACACTTTATGCTTCCGGCTCGTATGTTGTGTG Sitio de unión a la RNA polimerasa Operador GAATTGTGAGCGTGATAACAATTTCACAC

31. Estructura tridimensional del homodímero CAP Motivo de unión al DNA DNA cAMP

32. P O P O P O P O Efectos combinados de glucosa y lactosa en la expresión del operón lac Deficiencia de lactosa Abundancia de lactosa Deficiencia de glucosa, abundancia de cAMP RNA polimerasa mRNA Abundancia de glucosa, deficiencia de cAMP

33. Operón ara Activador L-Arabinosa Represor araC mRNA Sitio de unión de CAP araO2 araO1 araI Genes estructurales araC araB araA araD PC PBAD araBAD mRNA Sitios de Regulación

34. Regulación del operón ara (1) Sitio de unión de CAP RNA polimerasa araO2 araI araC araBAD PBAD araO1 PC araC mRNA

35. Regulación del operón ara (2) Glucosa a niveles altos arabinosa a niveles bajos araO2 Proteínas AraC araC araO1 araBAD PBAD araI PC Sitio de unión de CAP

36. Regulación del operón ara (3) Glucosa a niveles bajos arabinosa a niveles altos CAP-cAMP RNA polimerasa Proteína AraC araC araBAD araO2 PBAD araI PC araBAD mRNA arabinosa

37. Operón de triptofano Trp Represor Trp Represor mRNA Guía (trpL) Atenuador trpB trpA trpD trpC trpR O trpE P Genes estructurales Región reguladora trp mRNA bajos niveles de triptofano mRNA atenuado altos niveles de triptofano

38. Regulación del operón trp Estructura atenuadora MKAIFVLKGWWRTS Péptido líder RNA polimerasa Ribosoma 4 3 1 2 5' UUU 3' mRNA DNA Codones Trp Péptido líder MKAIFVLKG Genes estructurales 2 3 4 1 RNA polimerasa DNA

39. Secuencia guía de trpL Péptido guía M K A I F V L K G W W R T S - PARO 1 2 3 4 Polipéptido TrpE

40. Apareamiento del atenuador Par 3:4 Par 2:3

41. Otros mecanismos de atenuación • Las Bacteria Gram positivas (B. subtilis) utilizan la atenuación. • El mecanismo es independiente de la traducción. • Utiliza una proteína que se une al RNA cuando existe un efector. • El efector puede ser el aminoácido regulado pero también su aminoacil-tRNA. • La proteína se llama proteína trp de atenuación (en el caso del triptofano).

42. Otros sistemas de atenuación • Operones de la biosíntesis de pirimidinas (E. coli traduccional y B. subtilis con proteína de atenuación). • Atenuación traduccional. La traducción del péptido líder previene la traducción del siguiente gen en un mensajero policistrónico. • Genes de resistencia a antibióticos en Gram positivas.

43. Otras redes de control global • Sistemas que regulan muchos genes simultáneamente en respuesta a una señal ambiental específica. • Los sistemas de control global pueden incluir más de un regulón. • Modulón es un grupo de genes que pueden responder a una proteína reguladora común incluso cuando son de diferentes regulones. • Estimulón es un grupo de genes que responden a la misma señal ambiental

44. Factores sigma alternativos • Factor sigma es la subunidad de la RNA polimerasa que reconoce al promotor. • La mayoría de genes de E. coli responden a s70. • La cantidad del factor sigma alternativo regula la respuesta del E. coli sistema global. • En E. coli hay 7 factores s diferentes. • B. subtilis tiene un factor s más.

45. Algunos sistemas de control global por factor s en Escherichia coli.

46. Quorum sensing (percepción e quorum) • Señal regulatoria controlada por la densidad de población. • Cada bacteria sintetiza una lactona de homoserina acilada (AHL). • La AHL difunde hacia el exterior de la célula sin problema. • Se alcanza un concentración intracelular alta de AHL cuando hay alta densidad celular. • AHL se une a una proteína activadora y enciende genes. • Sistema luciferasa bacteriana, genes de producción de biofilms (películas) en P. aeruginosa, en Staphylococcus aureus produce varias proteínas virulentas.

47. Transducción de señales y sistemas reguladores de dos componentes • La señal externa no es transmitida directamente a la proteína reguladora. • La señal es detectada primero por un sensor • La señal se transmite en una forma diferente hacia el sistema regulador en un proceso llamado transducción de señales.

48. Componentes del sistema regulador • Proteína detectora específica localizada en la membrana. Generalmente una quinasa detectora. • Proteína reguladora de respuesta específica.

49. Quinasa detectora • Enzima de membrana plamática que Fosforila compuestos • Detecta la señal ambiental en la superficie externa y se fosforila a sí misma en un residuo de histidina • Este fosfato se transmite a el regulador de respuesta intracelular. • El regulador de respuesta intracelular es una proteína que controla la trascripción uniéndose al DNA.

50. Sistemas reguladores de dos componentes en la regulación de la transcripción de E. coli