Transcripción y Traducción en Procariotas

Etapas de la transcripción en procariotas

Al igual que en los eucariotas, la transcripción procariota tiene lugar en tres etapas: iniciación, elongación y terminación. Una de las principales diferencias entre la transcripción eucariota y procariota es que en los eucariotas este proceso tiene lugar en el núcleo, mientras que los procariotas transcriben sus genes en el citoplasma (no tienen núcleo).

Otras diferencias importantes entre la transcripción procariota y la eucariota se encuentran en las etapas de iniciación y terminación. Repasaremos cada etapa e identificaremos dónde radican estas diferencias.

Iniciación de la transcripción en procariotas

El inicio de la transcripcióncomienza con la unión de la enzima ARN polimerasa a una secuencia específica de la doble cadena de ADN conocida como promotor, que representa el comienzo del gen. A diferencia de los eucariotas, que tienen tres tipos de polimerasa (I, II y III), los procariotas sólo tienen un tipo de polimerasa.

A continuación, el ADN se desenrolla en la región promotora y la ARN polimerasa se une allugar de inicio de la transcripción. Ahora, la ARN polimerasa está preparada para "leer" las bases en la secuencia de la cadena de ADN desenrollada y producir ARN con una secuencia de bases complementaria.

Lascélulas procariotas tienen operadores, represores y proteínas activadoras que participan en la fase de iniciación.

• Los operadores son secuencias que ordenan a unas proteínas llamadas represores que se unan al ADN antes del lugar de inicio de la transcripción.

• Los repres oresimpiden que la ARN polimerasa acceda al ADN. Como la ARN polimerasa está bloqueada físicamente, la transcripción no puede tener lugar.

• Las proteínas activadoras envían señales a la célula cuando se necesita la expresión génica. Cuando lo hacen, los represores dejan de obstruir la ARN polimerasa.

Terminación de la transcripción en procariotas

La ARN polimerasa "lee" las bases recorriendo la cadena de ADN desde el extremo 3′ hasta el extremo 5' (\(3' \rightarrow 5'\)). A medida que recorre la cadena, la "copia" añadiendo pares de bases complementarias desde la dirección opuesta.

Como el producto final de la transcripción es el ARN, la base adenina (A) se codifica como (complementada por) uracilo (U) en lugar de timina (T) cuando se añaden las bases complementarias.

También es en esta fase cuando la ARN polimerasa crea la espina dorsal de azúcar-fosfato del ARN. Mientras que el azúcar pentosa del ADN es la desoxirribosa, la cadena de ARN resultante tendrá ribosa.

Terminación de la transcripción en procariotas

La elongación continúa hasta que la ARN polimerasa encuentra una secuencia de terminación en el gen que señala el final de la transcripción. La terminación procariota puede seguir dos caminos posibles:

• Terminación independiente de Rho: cuando la ARN polimerasa atraviesa una secuencia determinación palindrómica que produce una estructura de bucle de tallo, la débil conexión entre el híbrido ARN-ADN y la polimerasa provoca su disociación.

• Terminacióndependiente de rho: Una proteína llamada rho se une al ARNm transcrito y se desplaza a lo largo de la cadena hacia la polimerasa. Cuando llega a la polimerasa, induce al ARNm a disociarse de la polimerasa.

En esta etapa, los enlaces de hidrógeno que unen las hélices de ARN y ADN se rompen, liberando el ARN recién formado. En las células procariotas, el proceso de transcripción termina aquí, pero en las células eucariotas, el ARNm se somete a un procesamiento posterior.

Etapas de la traducción en procariotas

Al igual que en los eucariotas, la traducción procariota tiene lugar en tres pasos: iniciación, elongación y terminación. Tanto en eucariotas como en procariotas, la traducción tiene lugar en el citoplasma con la mediación de los ribosomas. La principal diferencia entre la traducción procariota y la eucariota está en la etapa de iniciación, mientras que las etapas de elongación y terminación son muy similares.

Una vez más, analizaremos todo el proceso de traducción procariota e identificaremos dónde radican estas diferencias.

Iniciación de la traducción en procariotas

Los ribosomas pueden dividirse en subunidades ribosómicas grandes y pequeñas.

• La subunidad ribosómica pequeña se uneal molde de ARNm.

• La subunidad ribosómica grandeune los ARN de transferencia (ARNt).

En los procariotas, la subunidad ribosómica pequeña se une a la secuencia Shine-Dalgarno en el molde de ARNm. La secuencia Shine-Dalgarno"AGGAGG" se encuentra justo delante del codón de inicio"AUG ".

A continuación, la subunidad ribosómica pequeña se une a la molécula de ARNt iniciadora cargada (ARNti) y juntas atraviesan la cadena de ARNm hasta el codón de inicio. Esto señala el inicio de la traducción.

El anticodón del ARNti se une al codón de inicio mediante elemparejamiento de bases. A continuación, la subunidad ribosómica pequeña, el ARNm y el ARNt se unen a la subunidad ribosómica grande, formando lo que se conoce como complejo de iniciación.

Elongación de la traducción en procariotas

Los fundamentos de las etapas de elongación y terminación de la traducción procariota y eucariota son similares.

Durante la elongación, el ribosoma sigue traduciendo codones y añadiendo aminoácidos a la cadena de aminoácidos en crecimiento. La elongación tiene lugar en los tres compartimentos de la subunidad ribosómica grande: Sitio A (aminoacil), Sitio P (peptidil) y Sitio E (salida).

El proceso de elongación puede resumirse como sigue:

• El ARNt portador demetionina se une al sitio P, mientras que el ARNt portador de aminoacil se une al sitio A.

• La molécula portadora de energía trifosfato de guanosina (GTP), que está unida al factor de elongación, se hidroliza, liberando el factor de elongación del ribosoma.

• Se forma un enlace peptídico entre el ARNti portador de metionina y el ARNt portador de aminoacil.

• La metionina viaja al sitio A y forma un peptidil ARNt.

• El ARNt disociado en el sitio P se desplaza al sitio E.

• El ribosoma desplaza el siguiente codón en el sitio A libre.

• A medida que el ribosoma se desplaza por la cadena de ARNm, sigue registrando cada codón, añadiendo a la cadena el correspondiente anticodón de ARNt cargado.

• La elongación continúa hasta que todo el ARNm se traduce en una cadena polipeptídica.

Terminación de la traducción en procariotas

La traducción termina cuando un codónsin sentido o de parada (UAA, UAG o UGA) entra en el sitio A. Los factores de liberación piden que se hidrolicen el ARNt y la cadena polipeptídica, liberando la cadena polipeptídica recién formada. Durante y después de la traducción, la cadena polipeptídica se "pliega" en su estructura tridimensional específica en un proceso denominado plegamiento proteico.

Tras la terminación, los nucleótidos del ARNm degradado pueden participar en otra reacción de transcripción, mientras que las subunidades ribosómicas pequeña y grande se disocian entre sí y del ARNm, lo que les permite participar en otro proceso de traducción.

Transcripción y traducción acopladas en procariotas

Enlugar de estar encerrado en el núcleo, el ADN procariota está suspendido en el citoplasma , en la región central de la célula llamada nucleoide. Como no hay membrana que separe el ADN procariota de los ribosomas, la transcripción y la traducción pueden tener lugar casi simultáneamente en los procariotas (Fig. 1). En concreto, los ribosomas pueden iniciar la traducción incluso cuando la transcripción del ARNm aún no ha finalizado, formando complejos ARN polimerasa-ARNm-ribosoma.

Por otro lado, el ADN eucariota está encerrado en el núcleo unido a una membrana, lo que lo separa de los ribosomas del citoplasma y del retículo endoplásmico. Por ello, la transcripción y la traducción eucariotas tienen lugar por separado: la transcripción del ADN en ARNm tiene lugar dentro del núcleo. Desde el núcleo, el ARNm se desplaza a los ribosomas del citoplasma y el retículo endoplásmico, donde se traduce en proteína (Fig. 2).

Factores de transcripción en procariotas

Transcripción factores son proteínas que regulan la actividad de un gen enviando una señal a la célula de que es necesaria la transcripción. Como tales, desempeñan un papel importante en la regulación de la expresión génica procariota.

Los procariotas como las bacterias utilizan un factor de transcripción llamado sig ma que se une vagamente al ADN y ayuda a la ARN polimerasa a buscar un promotor durante la fase de iniciación.

El factor sigma se disocia de la ARN polimerasa una vez iniciada la transcripción, lo que permite a la ARN polimerasa continuar el proceso de elongación. Así pues, el factor sigma desempeña un papel fundamental en la regulación de la expresión de los genes procariotas, controlando la especificidad de la unión de la ARN polimerasa a las regiones promotoras.

Existen múltiples tipos de factores sigma en las células procariotas, cada uno de los cuales reconoce un conjunto diferente de secuencias promotoras y regula la transcripción de genes específicos. Por ejemplo, el factor sigma-70 es el factor sigma más común en Escherichia coli, y reconoce promotores de genes de mantenimiento implicados en funciones celulares esenciales. En cambio, los factores sigma alternativos, como el sigma-32, se inducen en condiciones de estrés y regulan la transcripción de genes de respuesta al estrés.

Diferencias entre la transcripción y la traducción en procariotas y eucariotas

Al igual que las células eucariotas, las células procariotas experimentan expresión y regulación génica . Las células procariotas son organismos simples y unicelulares que no tienen núcleo ni ningún otro orgánulo unido a una membrana .

Esta característica distintiva de las células procariotas hace que el proceso de transcripción y traducción de las células procariotas sea diferente del de las células eucariotas. Ya hemos tratado la mayoría de las diferencias, pero hay otro proceso importante que difiere entre procariotas y eucariotas: La reparación del ADN, concretamente la reparación acoplada a la transcripción (RCT).

La TCR es un mecanismo de reparación del ADN mediante el cual la ARN polimerasa detecta lesiones en el ADN que se está transcribiendo y detiene la transcripción. Así se evita la creación de ARN mensajero y proteínas defectuosos. Además, la ARN polimerasa recluta proteínas reparadoras que intentarán arreglar el error en el ADN, de modo que las mutaciones no queden incrustadas permanentemente en el ADN.