Transcripción

La transcripción es el proceso mediante el cual una molécula de ADN sirve de molde para la síntesis de una molécula complementaria a ella de ARN. Desde el punto de vista del funcionamiento de la célula, la transcripción es fundamental para la expresión de la información genética ya que da lugar a moléculas que van a realizar funciones específicas (ARN ribosómico o transferente) o que, a su vez, van a servir de modelo para la síntesis de otras moléculas funcionales (las proteínas).

A diferencia de lo que ocurre con la replicación, la transcripción no supone la copia de todo el material genético de la célula, sino solo de los fragmentos que son necesarios en un momento determinado. Esto supone que se trata de un proceso regulado, es decir, que existen una serie de estímulos y sistemas de control que determinan qué partes del genoma celular se transcriben en un momento determinado.

El proceso de transcripción es desarrollado por una enzima llamada ARN polimerasa, que une ribonucleótidos trifosfato, haciendo crecer la cadena que forma en dirección 5'→3' (la misma en la que actúa la polimerasa durante la replicación). Para llevar a cabo su función esta enzima necesita, además, un "molde", que siemopre es una molécula de ADN monocatenario. La introducción de los nucleótidos en la cadena de ARN creciente se produce de acuerdo con el principio de complementariedad de bases.

La ARN polimerasa solo se une al ADN en ciertas regiones específicas, caracterizadas por su secuencia de bases, que reciben el nombre de promotores. El inicio del proceso requiere, además de la ARN polimerasa, la participación de otras proteínas que reciben el nombre genérico de factores de transcripción.

Transcripción en procariotas

En procariotas el proceso de tanscripción es relativamente sencillo: solo existe un factor de transcripción, llamado factor σ, y una única ARN polimerasa. El factor σ se une a una región del ADN situada cerca de la primera base que se transcribe. Esta zona tiene una secuencia de nucleótidos con una elevada proporción de Adenina y Timina, que se ha conservado a lo largo de la historia evolutiva. Esta región incluye siempre la secuencia TATA, por lo que se denomina TATA box.

Una vez que el factor σ se ha unido a la TATA box se une a ambos la ARN polimerasa, que cumple dos funciones simultáneamente: separa las dos hebras de la molécula de ADN y utiliza una de ellas como molde para crear la molécula de ARN. La dirección de síntesis es la misma que en la replicación: la cadena de ARN crece en sentido 5' a 3'. La unión de los nucleótidos es rápida, entre 30 y 40 nucleótidos por segundo, lo que hace que este proceso tenga una tasa de error superior a la replicación, a lo que hay que unir el hecho de que no existan mecanismos de reparación de errores.

La transcripción termina cuando la ARN polimerasa alcanza una zona del ADN rica en C+G (en la que la unión entre las dos cadenas es más fuerte, porque este par de bases establece tres puentes de hidrógeno). Para que la ARN polimerasa se separe del ADN es necesaria la unión de otra proteína, el factor de terminación o factor ρ (rho).

Si el resultado de la transcripción es un ARN mensajero, es utilizado inmediatamente por la célula, incluso antes de que la transcripción termine. En cambio, si se trata de un ARN ribosómico o de un ARN transferente, debe sufrir un proceso de maduración antes de que sean funcionales.

Transcripción en eucariotas

En eucariotas existen dos procesos diferentes de transcripción: las mitocondrias y los cloroplastos transcriben sus genes del mismo modo que los procariotas, mientras que la transcripción de los genes del núcleo utilizan un conjunto de proteínas más complejo, además de incluir ciertas diferencias en el proceso.

Los genes eucariotas tienen también una TATA box a la que se unen los factores de iniciación, que en este caso son varias proteínas diferentes. No existe una única ARN polimerasa, sino tres, que transcriben diferentes tipos de genes: la ARN polimerasa I sirve para transcribir casi todos los ARN ribosómicos, la ARN polimerasa II da lugar a los ARN mensajeros, que luego servirán para la síntesis de proteínas, y la ARN polimerasa III permite la transcripción de todos los ARN transferentes y algunos ARN ribosómicos.

La terminación del proceso también se lleva a cabo mediante la unión de varios factores de terminación, que ayudan a la separación de la ARN polimerasa.

Mientras que los ARN mensajeros de las células procariotas pueden ser utilizados directamente por la célula, los que se producen en el núcleo de las células eucariotas necesitan pasar por dos procesos de modificación química antes de ser utilizados: el procesamiento y la maduración.

El procesamiento consiste en la adición de diferentes elementos en ambos extremos de la molécula de ARN: en el extremo 5' se añade una "caperuza" (cap) constituida por un derivado de un nucleótido, la 7-metil guanosina trifosfato, mientras que en el extremo 3' se añaden aproximadamente unos 200 nucleótidos de Adenina. La función de ambas modificaciones es la misma: proteger la molécula, impidiendo su degradación prematura, antes de que pueda cumplir su función celular.

La maduración del ARN (splicing) responde al hecho de que los genes de los eucariotas no son continuos, sino que incluyen en su interior regiones que no forman parte de la proteína.

Las regiones de ADN situadas en el interior de un gen que no forman parte de la proteína se denominan intrones, y son eliminados después de la síntesis de la molécula de ARN. En este proceso interviene un conjunto de moléculas denominadas ribonucleoproteínas nucleares pequeñas (RNPpn) o espliceosoma, constituidas por proteínas y ácidos nucleicos. Las RNPpn cortan los intrones por sus extremos, identificándolos gracias a que los nucleótidos de estas zonas son complementarias de los que forman parte del espliceosoma. Los extremos resultantes del corte son unidos entre sí por ligasas específicas.

El ARN ribosómico y el ARN transferente también sufren modificaciones químicas después de la transcripción: los ARN transferentes sufren alteraciones en algunas de sus bases, que son transformadas en "bases raras" características de este tipo de compuestos, imprescindibles para que adquieran su estructura final. Además se les añaden tres bases en su extremo 3' (CCA) que son las que permiten la unión del aminoácido durante el proceso de traducción.

En cuanto al ARN ribosómico, la ARN polimerasa I sintetiza una única molécula de ARN de gran tamaño, que es cortada en fragmentos, cada uno de los cuales es uno de los ARNr funcionales. Este proceso ocurre en el nucleolo.