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Transcripción en los
Procariotas
CA García Sepúlveda MD PhD
Laboratorio de Genómica Viral y Humana
Facultad de Medicina, Universidad Autónoma de San Luis
Potosí
Transcripción generalidades
La transcripción ocurre en las inmediaciones
del DNA y requiere de una enzima especial
(RNA polimerasa DNA dependiente o DDRP
o RNAP).
Es regulada por secuencias específicas
presentes en el DNA.
Genera transcritos de mRNA, tRNA y rRNA.
En los procariotas se lleva a cabo en el
mismo lugar que la traducción
(protoplasma).
En los eucariotas el proceso requiere del
procesamiento del RNA transcrito para su
exportación al sitio de la traducción.
El objetivo de la transcripción es
EXPRESAR el material genético.
Sin expresión no hay función ni evolución.
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Transcripción generalidades
La información presente en el DNA se transduce hacia sus efectores (Proteinas o
RNA) gracias a un código genético que asegura la integridad y fidelidad (motivo
de un tema aparte).
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Transcripción generalidades
Unidad transcripcional.
Reconocimiento de promotor.
Iniciación de la Transcripción.
Cadena referencia, la codificante y el
RNA.
Elongación.
Terminación.
Prokarya: Transcrito
Eukarya: Transcrito primario (premRNA)
Transcrito maduro (mRNA)
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Promotores procariotas
Región -35 posee secuencia TTGACA, brinda alta tasa de transcripción.
Región -10 posee secencia TATAAT y es esencial (también llamada caja
Pribnow y equivalente a caja TATA eucariota).
Transcrito inicia en +1.
Codon de iniciación downstream de +1.
RNAP procariota no requiere de scanning, localiza directamente sobre promotor.
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Anatomia de los eventos
RNAP emplea cadena de
referencia (template) para
leer en sentido 3’-5’.
RNAP escribe en sentido 5’3’ (extiende RNA).
Uso de helicasas.
Pequeña región con una
especie hibrida de DNARNA.
Cadena codificante
Cadena referencia
mRNA
ATGATGATG
TACTACTAC
AUGAUGAUG
¿Por que este híbrido no es
blanco del silenciamiento?
Footprint!
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Transcripción procariota
La transcripción es el proceso mediante el
cual una secuencia de DNA es copiada
hacia una secuencia de RNA.
En procariotas solamente una enzima
(RNAP) es empleada para sintetizar las
distintas especies de RNA (tRNA, mRNA y
rRNA).
Los procariotas utilizan distintas enzimas
(con sus distintos protomores) para
sintetizar las distintas especies de RNA.
Principal transcriptasa es diferente a la
primasa.
Existen tres etapas al proceso de
transcripción: Iniciación, Elongación y
Terminación.
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Transcripción procariota
La transcripción es el proceso mediante el
cual una secuencia de DNA es copiada
hacia una secuencia de RNA.
En procariotas solamente una enzima
(RNAP) es empleada para sintetizar las
distintas especies de RNA (tRNA, mRNA y
rRNA).
Los procariotas utilizan distintas enzimas
(con sus distintos protomores) para
sintetizar las distintas especies de RNA.
Principal transcriptasa es diferente a la
primasa.
Existen tres etapas al proceso de
transcripción: Iniciación, Elongación y
Terminación.
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Transcripción procariota
La transcripción es el proceso mediante el
cual una secuencia de DNA es copiada
hacia una secuencia de RNA.
En procariotas solamente una enzima
(RNAP) es empleada para sintetizar las
distintas especies de RNA (tRNA, mRNA y
rRNA).
Los procariotas utilizan distintas enzimas
(con sus distintos protomores) para
sintetizar las distintas especies de RNA.
Principal transcriptasa es diferente a la
primasa.
Existen tres etapas al proceso de
transcripción: Iniciación, Elongación y
Terminación.
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Transcripción procariota
La transcripción es regulada durante la
iniciación (Si, No, que tanto).
En las bacterias inicia con la unión de
la RNAP (Subunidad σ) al DNA en el
promotor (región -35 y -10).
Aproximadamente 12 bp se
desnaturalizan para darle acceso a la
RNAP.
Burbuja transcripciional (= a ojo
replicacional) se extiende a 18 bp para
dar inicio a la transcripción.
Subunidad σ es liberada y otros factores
de elongación son reclutados al sitio.
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Transcripción procariota
La transcripción es regulada durante la
iniciación (Si, No, que tanto).
En las bacterias inicia con la unión de la
RNAP (Subunidad σ) al DNA en el
promotor (región -35 y -10).
Aproximadamente 12 bp se
desnaturalizan para darle acceso a la
RNAP.
Burbuja transcripciional se extiende a 18
bp para dar inicio a la transcripción.
Subunidad σ es liberada y otros
factores de elongación son reclutados
al sitio (NusA).
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RNA polimerasa procariota (RNAP o RNApol)
Nucleotidil transferasa.
En 1959 el premio Nobel fue para Arthur
Kornberg por lo que entonces se creia era
RNAP (en realidad otra enzima).
Finalmente descubierta por Sam Weiss,
Audrey Stevens y Jerard Hurwitz en 1960.
Roger Kornberg (hijo) fotografio con ME a
la RNAP en acción.
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RNA polimerasa procariota (RNAP o RNApol)
Holoenzima consta de 5 subunidades (aprox
400 kDa).
α = hay dos, andamiaje enzimatico y
ensamblaje de la holoenzima.
β = Principal subunidad catalítica
(polimerasa) durante iniciación y elongación.
β’= Permite unión inespecífica al DNA
(estado reposo) con poca afinidad para
permitir su liberación rápida.
σ = Subunidad polimórfica que brinda la
especificidad por el promotor.
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Regulación de la transcripción en procariotas
Dos modelos de control de la expresión procariota:
Negativos
Operón inducible – lac
Operón represible - Tryp
Positivos
CRP
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Operón lac
Normalmente la bacteria emplea glucosa
como energético.
A falta de glucosa requiere de mecanismo
alterno para el aprovechamiento de
carbohidratos.
En presencia de Lactosa seria conveniente aprovecharla como fuente de energia.
Lactosa = β-D-galactosa & β-D-glucosa.
Necesita:
Transportador que permita entrada de lactosa
Enzima que digiera lactosa
Enzima que ayude a digerir lactosa (transfiriendo Acetilo)
En presencia de glucosa no es necesario gastar tanta energia para el
aprovechamiento de la lactosa!
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Operón lac
Operón inducible - normalmente apagado (reprimido) en ausencia del
inductor (lactosa).
Bacteria solamente requiere del operón lac en presencia de Lactosa...
por ende, el operón se encuentra apagado cuando no hay lactosa
(reprimido) y encendido cuando si la hay...
La lactosa se une al represor y evita que interactue con el operador y
apague (reprima) al operon.
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Operón lac
Si hay lactosa se transcriben los tres genes contiguos del operón lac:
•lacZ (enzima que digiere la lactosa)
•lacY (transportador de lactosa), y
•lacA (el auxiliar)
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Operón lac
Si hay lactosa se transcriben los tres genes contiguos del operón lac:
•lacZ (enzima que digiere la lactosa)
•lacY (transportador de lactosa), y
•lacA (el auxiliar)
Enzima catalítica que hidroliza a los ß-galactósidos
hacia monosacáridos.
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Operón lac
Si hay lactosa se transcriben los tres genes contiguos del operón lac:
•lacZ (enzima que digiere la lactosa)
•lacY (transportador de lactosa), y
•lacA (el auxiliar)
Transportador que permite el ingreso de la lactosa.
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Operón lac
Si hay lactosa se transcriben los tres genes contiguos del operón lac:
•lacZ (enzima que digiere la lactosa)
•lacY (transportador de lactosa), y
•lacA (el auxiliar)
Conenzima que auxilia en la digestión de la lactosa
(transfiriendo un grupo acetilo)
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Operón lac
La bacteria supera la inanición de glucosa aprovechando la energia
alternativa brindada por la lactosa... Todos felices.
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Operón lac
No obstante, en ausencia de lactosa no hay por que mantener este
sistema energéticamente costoso encendido... No servirá de nada.
Lactosa no se une al represor, el cual se puede unir al operador y
reprimir al operón.
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Regulación Positiva por CRP-cAMP
cAMP normalmente bajo cuando
glucosa está presente como la
principal fuente de carbono.
cAMP aumenta al faltar la glucosa.
cAMP se une al cAMP receptor
protein (CRP) activándolo.
cAMP-CRP activo se une al sitio CRP
del operón lac y activa la transcripción
de los genes lac.
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Ejercicio - Operón de la lactosa
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Ejercicio - Operón de la lactosa
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Ejercicio - Operón de la lactosa
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Ejercicio - Operón de la lactosa
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Ejercicio - Operón de la lactosa
Glucosa
Presente
Ausente
Lactosa
Presente
Ausente
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Ejercicio - Operón de la lactosa
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Operón del triptófano
Operón reprimible – Molécula represora únicamente se une a operador cuando
existe inductor.
Las bacterias requieren del aminoácido para su crecimiento, lo aporte o nó el
medio en que vive.
Cuando hay trp en el medio, la bacteria apaga al operón que fabrica trp, el
mismo trp incementa la afinidad del represor por el operador (secuencia de
DNA).
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Operón del triptófano
Triptofano se une a represor.
Complejo triptofano-represor se unen a operador.
RNA pol incapaz de transcribir genes trpE a trpA
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Operón del triptófano
En ausencia de Trp, el represor nunca se une a operador ni puede
bloquear el paso de la RNA pol.
RNA pol transcribe genes trpE a trpA
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Operón del triptófano
Estos genes le permiten a la bacteria sintetizar Trp ella misma sin
depender del suministro ambiental.
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Terminación de la transcripción procariota
Dos mecanismos de terminación descritos:
Rho dependiente, y
Rho-independiente
La terminación prematura de la transcripción (atenuación) tiene función
regulatoria también.
Para incrementar la complejidad (y el estrés de los estudiantes) la
transcripción también puede regularse por anti-terminacion...
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Terminación de la transcripción procariota
Rho-dependiente
RNA pol pasa codon de terminación en DNA.
Después del TER se topa con una secuencia
específica: Rho-Binding Site
Proteina Rho reconoce esta región y se une a
ella (proceso que requiere de ATP).
Unión de Rho a mRNA “libera” al transcrito y
detiene la transcripción.
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Terminación de la transcripción procariota
Rho-independiente
Después de transcribir y pasar el TER se topa con
una secuencia especial.
A- Palindromo rico en repeticiones invertidas
“GGGG=CCCC” que forma estructura “hairpin”
secundaria.
B- La secencia palidromica es seguida (en el
transcrito primario) por región Poly-U.
Ambos elementos bastan para determinar la
liberación del transcrito primario y el final de la
transcripción.
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Labilidad del RNA
rRNA y tRNA bastante estables bajo condiciones normales.
mRNA poco estable bajo condiciones normales (t½ <1 min)
Esta vida media corta tiene relevancia funcional...
Es aprovechada por los procariotas para responder rápidamente a las exigencias
ambientales.
Cualquier molécula (transcrito) de RNA es vulnerable a la degradación
Cuando se encuentra desnudo (no asociado a proteinas).
Cuando no ha sido modificado (Cap 5’ y poliadenilado en 3’).
Cuando permanece en forma de ssRNA en vez de conform dsRNA.
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Labilidad del RNA
rRNA es procesado (modificado) por diferentes enzimas (>10 para 16S y
>13 para 23S, procariotas) para estabilizar su estructura.
rRNA también es estabilizado
por proteinas.
Proteinas
RNA
No obstante, en algunas
situaciones el rRNA también
es degradado rápidamente
(depleción de Mg++).
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Labilidad del RNA
tRNA adopta estructura dsRNA que lo estabiliza.
tRNA es sometido a procesamiento postranscripcional que modifica el
contenido de bases y estabiliza su estructura.
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Acoplamiento transcripto-traduccional procariota
En los procariotas, la transcripción se encuentra acoplada a la traducción.
Los ribosomas se unen al mRNA y
comienzan a traducirlo a aminoácidos
tan pronto como comienza a ser
transcrito.
Mecanismo optimizado para
aprovechamiento de recursos
(concordante con filosofia simplista).
La regulación de cualquiera de estos
dos procesos afecta al otro.
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Transcripción procariota
Los genes procariotas son mono-exónicos pero poli-cistrónicos.
Transcripción de varios genes al mismo tiempo.
Un mRNA codifica para varios polipeptidos.
Peptidos individuales liberados por codones de terminación en
ribosoma.
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