Mecanismos De Transcripcion. 76k30

INDICE

Objetivo……………………………………………………………………… ..3

Introducción………………………………………………………………… 4

Contenido…………………………………………………………………… 7

Conclusiones………………………………………………………………. 38

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Objetivo

•

Saber cómo es que interactúan las macromoléculas en la expresión de los genes

•

Estudiar las diferencias en el tipo de transducción que se da en las células eucariotas y procariotas.

•

Observar el mecanismo con el cual las células eucariotas pueden generar una cadena de ARN.

•

Ver los distintos procesos que se debe hacer antes de que el DNA se exprese en forma de proteínas.

•

Estudiar las distintas complicaciones cuando los factores de transcripción fallan.

•

Mencionar las posibles soluciones para los males arriba mencionados.

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INTRODUCCION El asma, el cáncer, las cardiopatías, los trastornos inmunitarios y la enfermedades víricas a simple vista parecen no estar relacionadas, pero, en última instancia, sabemos que todas se deben por defecto o por exceso de una o varias proteínas, que son las moléculas que llevan a cabo la mayoría de que se producen en el cuerpo humano. Todo esto ha dado un empuje definitivo en las investigaciones que tienen como objetivo el conocimiento y la manipulación de la maquinaria que regula un paso esencial en la síntesis de proteínas: La transcripción de los genes. Para sintetizar una proteína, el gen que codifica su composición debe transcribirse, de ADN en moléculas de ARN mensajero que luego por traducción dará lugar a la formación de la proteína codificada. Tras 25 años de investigaciones, la estructura global de la maquinaria que regula la actividad de los genes que cifran proteínas empieza a vislumbrase con nitidez. Los trabajos de Robert Tjian y su equipo en la universidad de california en Berkeley y de otras instituciones, han revelado que una parte da la maquinaria que dirige la transcripción de la mayoría, si no todos, los genes humanos, constan de unas 50 proteínas. Esas proteínas deben ensamblarse en un apretado complejo con el ADN, antes que la polimerasa de ARN, pueda empezar a copiar en ADN en ARN mensajero. Existen, además, otra proteínas que se encajan en determinados sitios de esta compleja maquinaria, y ¨la programan¨, indicando que genes hay que transcribir y con qué velocidad. A finales de los sesenta se sabía muy poco sobre la maquinaria transcripcional de nuestras células. Pero ya se tenía una visión bastante clara de la transcripción en procariontes. Estos conocimientos adquiridos facilitaron bastante los estudios con células humanas y otros eucariontes (nucleados). Las investigaciones con bacteria demostraron que los genes están divididos en dos regiones principales, de función distinta. Uno de ellos, región cifrada, determina el orden que deben seguir los aminoácidos para formar una proteína. Este orden es dictado por la secuencia de nucleótidos presentes en una de las cadenas de la doble hélice del ADN. La otra región del gen cumple una función reguladora (promotor):

UNMSM4 controla el ritmo con el que la polimerasa de ARN debe transcribir la región cifrada en ARN mensajero. La región promotora se encuentra en un tramo de nucleótidos localizados a corta distancia (a manudo solo 10 nucleótidos) curso arriba del sitio donde comienza la región cifrada. Para que la transcripción se produzca de forma adecuada y eficaz, la polimerasa de ARNA debe unirse al promotor y deslizarse por la región cifrada construyendo de este modo una réplica en ARN. Pero la polimerasa es por sí misma, incapaz de distinguir entre un promotor y otra secuencia de ADN, para que la enzima se dirija hacia los promotores, las bacterias producen ciertas proteínas (factores sigma) que se unen a la polimerasa, solo así, estos complejos resultantes reconocen secuencias de nucleótidos específicos en el promotor, y se unen a ellos; los factores sigma desempeñan por lo tanto, un papel decisivo en la activación diferencial de los genes bacterianos. Entonces cabe preguntarse si existen factores sigma o proteínas parecidas en eucariontes y como aseguran estas proteínas que la polimerasa de ARN transcriba los genes correctos, en el momento adecuado y con el ritmo preciso. El misterio se empieza a resolver una vez que se conoce el insólito diseño de los genes eucariotas. En 1983, se sabía ya que todos los eucariotas portan tres tipos de secuencias discretas de nucleótidos, necesarios para que la polimerasa de ARN inicie la transcripción. Una de esas secuencias funciona como un promotor bacteriano; es el centro promotor, a partir del cual, la polimerasa de ARN comienza su tarea. Wálter Schaffner, Steven Lanier Mcknight y otros identificaron, además unos elementos reguladores nuevos, los intensificadores, que estimulan la transcripción. Estas secuencias pueden encontrarse a miles de nucleótidos curso arriba o abajo del centro promotor. Estudios posteriores revelaron la existencia de silenciadores, que son secuencias que inhiben la transcripción, y que también pueden encontrarse a grandes distancias del centro promotor. Los genes eucariotas pueden contare con varios intensificadores y silenciadores; dos genes distintos pueden compartir idénticos elementos intensificadores o silenciadores. Pero no existen dos genes que posean la misma combinación de estos elementos. El descubrimiento de estos elementos llevo a dos conclusiones relacionadas y sorprendentes. Era evidente que los intensificadores y silenciadores no podían, por si solos controlar la actividad de la ARN polimerasa, más bien parecían ser los sitios de anclaje de una familia de proteínas. Estas proteínas se denominan activadores y represores, esta se unen a secuencias intensificadores y silenciadores respectivamente y envían a la ARN polimerasa mensajes de estimulación o represión directa o indirectamente. Por lógica, el ritmo de transcripción de un gen dependerá de la actividad conjunta de todas las proteínas. En 1982, se identifico el primer factor transcripcional humano capaz de reconocer una secuencia reguladora específica. Se llego a estos resultados buscando proteínas que in vitro se uniesen al ADN y estimulasen la transcripción. Cuando William S. Dynan, determino que

UNMSM5 un componente de cierta mezcla de proteínas nucleares cumplía todos los requisitos de un factor transcripcional, se unía a un elemento regulador común a ciertos genes denominados GC por su abundancia en esos nucleótidos: a este factor se denomino SP1 (proteína específica 1). Los estudios realizados por el equipo de Mark Ptashne mostraron que los reguladores transcripcionales bacterianos son proteínas modulares, en los que regiones diferenciales realizan tares distintas. Una vez conocido las secuencias de aminoácidos del SP1, se observaron que al menos había dos módulos interesantes. Un extremo de la molécula contenía una región capaz de plegarse, formando tres dedos de zinc, a la secuencia intensificadora del ADN. El otro extremo del SP1 contenía un dominio formado por dos segmentos, ricos en aminoácidos glutamina, se sospecho que esta región intervenía en la transcripción, no obstante, con experimentos in vitro, las moléculas de SP1 que carecían de de ese dominio se trataban perfectamente con el ADN, pero no estimulaba la transcripción génica, tal hallazgo indicaba que el segmento rico en glutamina, ahora denominado activador interaccionaba con alguna otra parte de la maquinaria transcripcional. A mediados de los ochenta, el grupo de Robert g Roeder demostró que a ARN polimerasa no podía transcribir genes eucariotas, si previamente no se habían ensamblado otros factores de transcripción, ahora llamados factores basales. Durante ese decenio se había identificado al menos seis de esos factores esenciales: A, B, D, E, F, H. A finales de los ochenta ya se sabía que las células humanas alojaban al menos dos tipos de factores de transcripción. Los factores basales se requieren para la iniciación de la transcripción en todos los genes; otras proteínas (activadores y represores) dictan el ritmo de inicio de la transcripción por el complejo basal. Los resultados de múltiples experimentos sugerían que el dominio de SP1 rico en glutamina estimulaba la transcripción interaccionando con un factor basal. En particular, se sospecho que el SP1 entraba en o con el factor D, y facilitaba su unión al promotor. El factor D es el único componente basal capaz de reconocer ADN, uniéndose selectivamente a una secuencia denominada TATA que hay en los centros promotores de genes eucariotas. Luego de múltiples experimentos tratando de ahondar en la composición del factor D, a través de técnicas de purificación, en 1989 se consiguió aislar una proteína de levadura con lar propiedades para el factor D. la proteína conocida como TBP reconocía el bloque TATA. Ahora tratando de verificar la hipótesis de que el factor D era la misma proteína TBP, después de experimentar se llego a la conclusión de que el factor D constaba de proteínas de TBP y otras subunidades (hoy se sabe que muchos factores de transcripción contienen más de una proteína), estas subunidades eran esenciales para que los activadores regulasen los mecanismos de la maquinaria basal, desde luego, estos componentes no eran activadores, ahora estos son denominados coactivadores. Después se propuso que los activadores tendrían que

UNMSM6 unirse a coactivadores específicos para acelerar el ritmo de activación del ARN polimerasa por el complejo basal. En 1991 se descubre que el factor D (por análisis bioquímicos), además de la TBP, la unidad completa incluía 8 proteínas hasta entonces desconocidas. Esas proteínas fueron llamadas TAF (factores asociados a la TBP). En ese contexto, después de mezclar en un tubo de ensayo, factores basales, ARN polimerasa, los ocho TAF y un gen humano; el conjunto de proteínas se ensamblaba en el ADN y respondía ante diversos tipos de proteínas activadoras. Los complejos formados por: activadores, coactivadores y maquinaria basal representan el equivalente humano de los factores sigma en bacterias. En un artículo del número del 5 de mayo del 2000, de la revista science, el investigador del HHMI, Robert Tjian y el estudiante de doctorado Michael c. Holmes, informan que el gen tudor de drosofila contiene segmentos promotores en tándem, uno de los cuales responde a TRF1. Esta molécula es una de las varias de control transcripcional alternativo llamadas factores de reconocimiento que pueden sustituir al elemento más frecuente de control, llamado proteína de unión a TATA (TBP, por sus siglas en ingles). El la publicación del 12 de febrero de 2001en la revista nature, se muestra un fragmento del análisis de implicancia de la labor de secuenciación del genoma humano. Se muestra que en la búsqueda de las secuencias génicas que especifican factores generales de transcripción (GTFs, por sus siglas en ingles) y activadores transcripcionales, los investigadores encontraron las secuencias de numerosos genes que eran similares a los de la levadura y de la mosca de la fruta Drosofila. Sin embrago, también encontraron muchos más genes humanos que en el genoma Drosofila, que parecían estar vinculados a un GTP particular, llamado TFIID, lo que indica que la diversidad potencial del TFIID humano es mucho mayor que la diversidad del de Drosofila. El 14 de setiembre del 2001 se publica que: unos investigadores han encontrado un ejemplo de cómo la maquinaria que controla la transcripción de ADN en ARN mensajero se adapta a células o a genes específicos. Realizando estudios en ratones, los científicos descubrieron que FATII105, un componente clave de la maquinaria de transcripción, es específico de las células precursoras de óvulos que se encuentran en los ovarios.

TRANSCRIPCION EN EUCARIOTAS El mecanismo de transcripción en eucariotas, aunque transcurre de manera similar que en procariotas, es un proceso mucho más complejo. Tanto el número de proteínas y enzimas como la diversidad y estructura de los promotores son considerablemente mayores, lo que está de acuerdo a la necesidad de una regulación más compleja y precisa.

UNMSM7 El proceso de transcripción en los eucariotas es similar a los de los procariotas, existen sin embargo algunas diferencias. Los genes eucariotas no se agrupan en operones como los de los procariotas. Cada gen eucariota se transcribe separadamente, con un control transcripcional independiente para cada gen. Si bien los procariotas tienen un solo tipo de ARN polimerasa para todos los tipos de ARN, los eucariotas tienen una para cada tipo. Una para el mARN, una para los rARN largos y una tercera para los rARN cortos y los tARN. En procariotas la traducción comienza inclusive antes que la transcripción haya terminado, mientras que en eucariotas tenemos dos procesos separados en tiempo y localización (recordar la existencia de una envoltura nuclear). Luego que en el núcleo de la célula eucariota se transcribe un ARN, el ARN transcripto es extensamente modificado antes de ser exportado al citoplasma. Se le agrega 7-metilguanina (una base inusual) al extremo 5' del mARN; y esto resulta esencial para el pegado del mARN al ribosoma. Una ristra de adeninas (tanto como 200 nucleótidos conocido como poli-A) se agrega al extremo 3' del mARN luego de la transcripción. La función de esta "cola" de poli A no se conoce, pero puede usarse para capturar mARN para estudios. Los intrones se cortan y los exones se colocan juntos antes que el mARN deje el núcleo Existen muchos ejemplos de mensajes idénticos procesados por diferentes métodos, a veces los intrones se tornan exones y viceversa. Moléculas de proteínas se pegan al mARN y luego se exportan del núcleo formando partículas llamadas ribonucleoproteínas (mRNPs) que parecen ayudar en el transporte por los poros nucleares y también en el pegado a los ribosomas

EL ARN POLIMERASA: Las ARN-polimerasas son un conjunto de proteínas con carácter enzimático capaces de polimerizar los ribonucleótidos para sintetizar ARN a partir de una secuencia de ADN que sirve como patrón o molde. La ARN polimerasa más importante es la implicada en la síntesis del ARN mensajero o transcripción del ADN. La ARN polimerasa es la enzima soluble conocida de mayor tamaño puesto que mide unos 100 Å de diámetro y es visible en micrografías electrónicas, donde se observa unida al promotor en el ADN. La reacción química que cataliza el ARN polimerasa consiste en la unión de ribonucleótidos trifosfato, adenosín trifosfato (ATP), uracilo trifosfato (UTP), guanina trifosfato (GTP) y citosina trifosfato (CTP), liberándose los grupos fosfato. Además de la polimerización de los ribonucleótidos trifosfato, la ARN polimerasa tiene otras funciones como: •

Reconocer y unirse a localizaciones específicas o promotores de la molécula de ARN.

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Desenrollar parcialmente la molécula del molde de ADN, gracias a su actividad helicasa intrínseca.

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Sintetizar un ARN cebador para la elongación posterior.

•

Terminación de la cadena.

La ARN polimerasa cataliza consecutivamente la elongación de la cadena de ARN, al mismo tiempo que enrolla y desenrolla la doble cadena de ADN, y termina la transcripción después de copiar el gen. Las células eucariontes tienen distintos tipos de ARN polimerasa. •

ARN polimerasa I: sintesis, reparaciòn, revisión y retiro de cebadores (primers), Sintetiza precursores de ARN ribosómico.

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ARN polimerasa II: reparación, Sintetiza precursores de ARN mensajero, microARNs y otros tipos de ácido ribonucleico.[ Esta polimerasa es el tipo más estudiado, y se requieren factores de transcripción para que se una a los promotores del ADN. Su estructura tridimensional ha sido dilucidada por Roger Kornberg de la Universidad de Stanford, que recibió el Premio Nobel de Química en 2006 por sus trabajos. Se da la circunstancia que este investigador es hijo de otro Premio Nobel, Arthur Kornberg, que recibió el galardón en 1959 por el descubrimiento de un enzima análogo, la ADN polimerasa.[

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ARN polimerasa III: enzima principal de polimerización. Sintetiza ARN de transferencia, ARN ribosómico de 5S y otros pequeños ARN (ARN pequeños) encontrados en el núcleo celular (ARNpnucleares) y en el citoplasma (ARNpcitoplasmáticos).

Polimerasa IV y V: reparación en condiciones únicas. •

Otros tipos de ARN polimerasa se encuentran en la mitocondria y en cloroplasto y en el núcleo del ribosoma.

La ARN polimerasa es una ARN nucleotidiltransferasa. Su función es llevar a cabo la transcripción. Realiza una copia de ADN a ARN catalizando la formación de los enlaces fosfodiester entre ribonucleótidos. La copia la hace nucleótido a nucleótido, usando ribonucleósidos trifosfato (rNTP). En el ARN el ribonucleótido uracilo sustituye a la timina del ADN. Las principales ARN polimerasas de eucariotas son la I, la II, la III y la mitocondrial. Los diferentes tipos de ARN polimerasas se diferencian en su composición de aminoácidos, en su estructura, en su localización, en el tipo de ARN que transcriben y en su forma de inhibición. Las ARN polimerasas I, II y III se descubrieron en experimentos de inhibición por alfa-amanitina (toxina producida por un género de seta, la Amanita). Esta toxina produce una inhibición más o menos selectiva dependiendo de la concentración. A baja concentración inhibe a la ARN polimerasa II, a alta concentración a la tipo III y sólo a muy alta concentración a la ARN polimerasa I que es aún más resistente a la inhibición. La ARN polimerasa en general es oligomérica, estructurándose en un complejo formado por varias subunidades. Las subunidades comunes más grandes son dos: la B, que funciona como centro activo; y la B', que es la subunidad de unión al ADN. La subunidad B’ porta el dominio carboxiterminal (CTD:Carboxy-

UNMSM9 Terminal Domain) que es funcionalmente importante. Está formado por una larga cola de 52 repeticiones del heptapéptido “YSPTSPS” con residuos fosforilables. El resto de subunidades de la ARN polimerasa son más pequeñas y participan en la unión a todos las proteínas que intervienen en la transcripción. Algunas de estas subunidades son comunes y otras específicas de cada ARN polimerasa. Cada ARN polimerasa tiene una localización característica. Así, la I se encuentra en el nucleolo, la II y la III en el nucleoplasma y la mitocondrial en la mitocondria. El ARN que transcribe cada ARN polimerasa también es diferente. Las ARN polimerasas I y III se encargan de transcribir los genes "housekeeping". Bajo esta denominación se agrupan los genes expresados constitutivamente en todas las células, que intervienen en las funciones básicas de éstas y que son diferentes según el tipo celular y el estado funcional. Estos genes se transcriben continuamente y con gran eficiencia. Además, las ARN polimerasas I y III no necesitan una regulación tan compleja como la que sufre la ARN polimerasa II ya que transcriben un conjunto de genes de forma constante. La ARN polimerasa II cataliza la transcripción de los genes que codifican proteínas. Un dominio importante de la la ARN polimerasa II es el CTD (CTerminal Domain) que se encuentra en la subunidad B'. El CTD está involucrado en todas las etapas de la transcripción. Por una parte, su estado de fosforilación determina que se lleven a cabo eficientemente las tres etapas de la transcripción. Para que se inicie la transcripción el CTD no debe estar fosforilado, mientras que para que avance la ARN polimerasa II y deje el promotor, hace falta que el CTD esté fosforilado. Por otra parte, los factores encargados del procesamiento del pre-ARNm se unen al CTD para realizar su función: la formación de la caperuza, la poliadenilación y el “splicing” de exones. Se ha comprobado que determinadas repeticiones del heptapéptido del CTD son necesarias para el normal crecimiento y viabilidad de las células.

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TIPOS DE ARN POLIMERASA En las células eucariotas los genes nucleares son transcritos por tres tipos de RNA polimerasas que transcriben grupos de genes diferentes en lugares específicos del núcleo. Estas enzimas son proteínas grandes, que aparecen como agregados de 500 kDa o más y tienen de forma típica entre 8 y 14 subunidades. Cada una por tanto, reconoce promotores con características específicas y el requerimiento en número y tipo de factor de transcripción también es característico de la enzima en cuestión. Las RNA polimerasas de mitocondrias y cloroplastos son menores y se asemejan más a la RNA polimerasa bacteriana dada la menor complejidad de los genomas de estos organelos.

RNA polimerasa I Esta RNA polimerasa reside en una zona definida dentro del núcleo llamada nucleolo donde transcribe los genes que codifican para los RNA ribosomales (RNAr). Esta enzima sintetiza un único transcrito, el RNAr 45S, precursor de los RNAr 18S, 28S y 5.8S. El promotor que reconoce la RNA polimerasa I se denomina promotor de tipo I y su estructura ha sido caracterizada en células humanas. Está formado por una secuencia bipartita que precede al punto de inicio. Una de estas secuencias constituye el núcleo del promotor que se extiende desde -45 a +20 y es suficiente para comenzar la transcripción. La eficiencia del evento de transcripción se ve incrementada por otra secuencia ubicada en 5´ entre -180 y -107 conocida como UCE. Estas secuencias son idénticas en un 85 % y tienen la peculiar característica de ser ricas en G-C. La vecindad del punto de inicio (Inr) está compuesta

funadamentalmente por pb A-T.

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Factores de transcripción La RNA polimerasa I requiere de dos factores auxiliares: •

UBF1 es un polipéptido que se une a una región rica en G-C tanto en el núcleo del promotor como en UCE.

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SL1 está formada por 4 proteínas entre las que se encuentra la TBP (del inglés TATA binding protein), su nombre se debe a que fue descrita en los promotores de tipo II donde esta proteína se une a una secuencia consenso denominada TATA.

La unión de UBF1 aumenta la eficiencia del evento de iniciación. UBF1 se une a UCE por su surco menor y provoca un lazo en la doble hélice que acerca ambas regiones consenso. La SL1 por sí sola no tiene especificidad por el promotor pero una vez que se une la UBF1 esta se puede unir de forma cooperativa para extender la región cubierta del DNA. Una vez que ambos factores se han unido la RNA pol se puede unir al núcleo del promotor para iniciar la transcripción. La TBP no se une a las regiones ricas en G-C por lo que probablemente la unión al DNA esté mediada por los otros componentes de la SL1. El comportamiento de SL1 se asemeja al factor sigma en la RNA pol bacteriana que como complejo proteínico no se une al DNA y sí en presencia de otros elementos. La TBP se encuentra también formando parte de otros factores requeridos por las polimerasas ll y lll, un hallazgo comun entre estas tres enzimas en su mecanismo de iniciación es que la presencia de TBP asociada con otras proteínas actúa como un factor de posicionamiento de la RNA polimerasa para que esta comience en el sitio adecuado.

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RNA polimerasa II La RNA polimerasa II se encuentra en el núcleo, específicamente en el nucleoplasma, sintetizando moléculas de RNAhn (RNA heterogéneo nuclear), el precursor del RNAm, también sintetiza algunos RNAsn. En la RNA polimerasa II de S.cerevisiae se han identificado tres grandes subunidades que tienen homología con las de la RNA polimerasa bacteriana. Existen otras tres subunidades remanentes que son comunes a las otras dos RNA polimerasas eucarióticas. La subunidad más grande tiene un dominio carcajailo terminal (CTD), este puede estar altamente fosforilado en los residuos de residuos de serine y treonina lo que está relacionado con la reacción de iniciación. Factores de transcripción La transcripción de los genes que codifican los RNAm requiere de una regulación mucho más compleja por lo que el número y tipo de los factores de transcripción involucrados es mucho mayor. Estos se han clasificado en tres grupos generales: Factores generales: son los requeridos para los mecanismso de inicio de la síntesis del RNA en todos los promotores. Se unen a la RNA polimerasa II para formar un complejo que rodea al punto de inicio, determinando el sitio de iniciación. Los factores generales junto con la RNA polimerasa forman el aparato básico de transcripción. Factores 5´ o corriente arriba: son proteínas de unión al DNA que reconocen elementos cortos específicos situados en dirección 5´del punto de inicio. La actividad de estos factores no está regulada, son ubicuos y actúan sobre cualquier promotor que contenga el sitio de unión apropiado en el DNA. Aumentan la eficiencia de la iniciación y se requieren para que un promotor funcione a un nivel adecuado. El grupo preciso de factores requerido para una expresión completa es característico de cada promotor en particular. Factores inducibles: funcionan de la misma manera general de los otros pero a diferencia de estos, tienen un papel regulador. Se

UNMSM13 sintetizan o activan en momentos específicos y son por tanto los que controlan la transcripción en tiempo y espacio. Las secuencias a los que estos factores se unen se conocen como elementos respuestas. Un promotor que contenga elementos solo reconocibles por los dos primeros grupos de factores pueden ser trancritos en cualquier tipo celular y son los responsables de la lectura de genes que se expresan constitutivamente. Promotor de tipo II Aunque existe mucha diversidad entre los promotores reconocidos por la RNA polimerasa II se pueden definir tres elementos comunes (Fig.12): 1. Secuencias reconocidas por los factores generales y que determinan el punto de inicio de la transcripción: Inr y la caja TATA. Esta zona del promotor se denomina promotor basal o mínimo. 2. Secuencias reconocidas por los factores corrientes arriba: caja CAAT, caja GC y el octámero. Su función es aumentar la eficiencia del evento de iniciación. El número y posición de estos elementos es variable entre los promotores. 3. Los enhancers (potenciadores). Estos elementos aunque no forman parte del promotor propiamente dicho regulan la función del mismo y son reconocidos también por los factores corriente arriba. Pueden estar muy distantes del promotor, tener varias ubicaciones con respecto al mismo, incluso pueden estar dentro de la unidad de transcripción. La forma más simple de un promotor de tipo II es aquel que contiene la región conocida como iniciador (Inr) lo que se conoce como promotor genérico. Esta secuencia se encuentra entre -3 y +5. No existe una gran homología de secuencia pero hay una tendencia de que la primera base sea A flanqueda por pirimidinas, Py2CAPy5. La secuencia consenso denominada caja TATA debido a su composición de ocho pb A-T, se encuentra en la mayoría de los promotores y se localiza a 25 bp hacia el extremo 5´del punto de inicio. Este es el único elemento que se localiza en una dirección relativamente fija con respecto al punto de inicio. La minoría de los promotores que carecen de caja TATA son llamados TATA menos. Cuando una caja TATA muta la iniciación no se evita pero se afecta la posición habitual del punto de inicio; por tanto el papel de esta secuencia radica en el posicionamiento de la RNA polimerasa II. Si bien la transcripción puede iniciarse una vez que la RNA polimerasa II se ha ensamblado en la zona que rodea el punto de inicio, esta ocurre a una tasa muy baja. El factor corriente arriba conjuntamente con los elementos que reconocen, a pesar de ser dispensables en el comienzo

UNMSM14 de la transcripción, son necesarios para la síntesis del número de moléculas de RNAm requeridas por la célula. Factores de transcripción (factores generales) TFIID: es una proteína de aproximadamente 800 kDa. Está formada por dos componentes: la TBP y 11 TAFs (del inglés, TBP associated protein). La TBP es una proteína de aproximadamente 30 kDa y es el componente clave en el posicionamiento de la RNA polimerasa. Aquí la distancia desde el punto de inicio hasta la caja TATA es muy importante. En los promotores que carecen de caja TATA puede ser incorporada por asociación a proteínas que reconocen el DNA pero de cualquier manera que entre al complejo de iniciación tiene el propósito de interactuar con la RNA polimerasa. Esta proteína tiene la capacidad inusual de unirse al DNA por el surco menor donde lo dobla. Esto provoca una deformación en la estructura aunque no se separan las cadenas, ya que el emparejamiento de bases se mantiene. Este cambio permite que los factores de transcripción y la RNA polimerasa formen una asociación más estrecha que la que sería posible en el DNA lineal.

Los TAFs, como su nombre lo indica, son factores asociados a TBP, constituyen subunidades diferentes y pueden reconocer una variedad de promotores, incluso algunos son específicos de tejido. Estas proteínas juegan un papel fundamental en el nexo entre el aparato basal de transcripción y los factores 5´. La iniciación requiere que los factores

UNMSM15 de transcripción actúen en un orden definido para construir un complejo al cual se une la RNA polimerasa. El compromiso del promotor se inicia cuando se une TFIID a la caja TATA mediante TBP, el TAFII230 controla la capacidad de unión de TBP al DNA. Este factor ocupa la superficie cóncava de unión al DNA, de hecho, el dominio N-terminal de TAFII230 imita la supeficie del surco menor en el DNA. Por tanto, para que TBP se una al DNA debe ser desplazado este factor. Este factor es desplazado por TFIIA lo que le permite a TFIID reconocer una región que se extiende hacia el extremo 5´. TFIIB es otro factor que se une de forma adyacente a TBP en dirección 3´de la caja TATA, extendiendo los os a lo largo de una de las caras del DNA, proporcionando la superficie reconocida por la RNA polimerasa. La proteína TFIIF es otro factor que está compuesto por dos subunidades, la más grande RAP74 tiene una actividad helicasa que pudiera estar implicada en el proceso de fusión de las cadenas en la iniciación, y la RAP 38 es más pequeña y tiene homología con el factor sigma bacteriano en algunas regiones que an con el núcleo de la RNA polimerasa lo que le permite una unión muy fuerte. TFIIF por tanto puede ser el medio de unión de la RNA polimerasa al complejo de transcripción. Existen dos proteínas además, TFIIE y TFIIH que se requieren para el aclaramiento del promotor permitiendo que la polimerasa comience su movimiento a lo largo del DNA. Una vez que se une TFIIE se pueden unir TFIIH. Esta última proteína tiene varias actividades ATPasa, helicasa y quinasa la cual puede fosforilar el tallo CTD. La fosforilación del tallo CTD está implicado en varios procesos que van a tener lugar entre los que se encuentra la coordinación de la transcripción con el procesamiento del RNA, también está implicado en la reparación del daño del DNA y tiene un papel en el abandono de los factores del promotor. TFIIH excepcionalmente continúa unido a la polimerasa y pudiera jugar algún papel en la elongación. ¿Cómo ocurre la iniciación? La unión de la RNA polimerasa genera un complejo cerrado que es convertido luego en un complejo abierto. Para que comience el movimiento de la enzima se requiere además de un desplegamiento adicional de las cadenas, en este paso pudieran estar implicadas TFIIE y la actividad helicasa de TFIIH. La caja TATA alinea a la RNA polimerasa a través de TFIID y otros factores de forma que se inicie en el punto correcto, esto explica por qué la localización de esta secuencia es fija con respecto al punto de inicio. La unión de TBP a TATA es el hallazgo predominante en el reconocimiento del promotor, también intervienen dos TAFs (TAFII250 y

UNMSM16 TAFII150 ) que an con el DNA en la vecindad del punto de inicio e influyen en la eficiencia de la iniciación. En los promotores TATA menos se requieren los mismos factores generales de transcripción incluyendo TFIID. Aquí el Inr proporciona el elemento de posicionamiento y TFIID se une a través de uno o más TAFs que reconocen el Inr de forma directa. Aunque in vitro solo se requieren de los factores generales que se ensamblan en el núcleo del promotor (secuencia TATA e Inr), in vivo se necesitan otros factores que reconocen elementos en dirección 5´ para que tenga lugar la transcripción. Estos factores son los llamados factores 5´e interactúan con el aparato basal en diferentes estadíos durante su ensamblaje. Factores y elementos 5´ Las secuencias que se encuentran más alejadas hacia el extremo 5´ (las cajas GC, CAAT y el octámero) son reconocidas por los factores 5´ para aumentar la eficiencia del evento de iniciación. La caja GC es reconocida por el factor SP1. La caja GC más cercana suele estar entre 40 y 70 pb en dirección 5´del punto de inicio, pero el contexto es diferente en cada promotor. El modo más común de uso de los elementos de un promotor es que una secuencia sea reconocida por un determinado factor (o por una familia de factores), no obstante algunos elementos pueden ser reconocidos por más de un factor La caja CAAT puede ser reconocida en promotores diferentes por factores diferentes. Entre estos se encuentran los de la familia CTF, 1 y 2 y con los factores C/ EBP y ACF. Esta secuencia puede actuar como una diana para la regulación. En el promotor de la histona H2B es reconocida solo durante la espermatogénesis en el erizo de mar. Aunque los factores que reconocen esta secuencia se encuentran tanto en la espermatogénesis como en el período embrionario, solo se unen a la secuencia en la espermatogénesis. Durante la embriogénesis existe una proteína (CDP, proteína de desplazamiento del CAAT) que se une a la secuencia e impide la unión del factor correspondiente. El octámero (Oct) es otra secuencia que puede ser reconocida por más de un factor. El factor ubicuo Oct-1 se une al octámero para activar los genes de la H2B (y presumiblemente otros también), Oct-1 es el único factor que se une al octámero en tejidos no linfoides. En los de origen linfoide un factor diferente, Oct-2 se une al octámero para activar los genes de la cadena ligera de las inmunoglobulinas, así, Oct-2 es un activador específico de tejido mientras que Oct-1 es ubicuo. ¿Por qué el uso de un mismo octámero por dos factores no tiene el mismo efecto sobre la transcripción? Puede ser que Oct-2 es bastante más necesario para la interacción con otras proteínas que se unen al promotor.Al

UNMSM17 parecer no basta que se encuentre un factor determinado para predecir si un gen se transcribirá o no; el contexto en que se encuentren es otro eleemento a tener en cuenta. Existen también factores de transcripción llamados coactivadores cuya especificidad está dada por la capacidad de unirse a otras proteínas en lugar de al DNA directamente. Los factores 5´ pueden requerir de coactivadores específicos. ¿Cómo ocurre la interacción entre los factores 5´ y los del aparato basal? Este o puede ser a través de cualquiera de los factores generales TFIIB, TFIIA o TFIIB y el principal efecto de los factores 5´ es influir en el ensamblaje del aparato basal. TFIID puede ser la diana más habitual para los factores 5´ al ar con uno o más TAFs los cuales tienen como papel principal proveer la conexión entre el aparato basal y los factores 5´. Esta interacción puede estimular la unión de TFIID a la caja TATA o bien favorece la unión de otros factores alrededor del complejo TFIID-TATA. En cualquier caso la interacción estabiliza el complejo de transcripción basal lo que acelera el proceso de iniciación y por tanto aumenta la utilización del promotor (Fig.14).

ARN Polimerasa III La RNA polimerasa III se encuentra en el nucleoplasma del núcleo y es la encargada de la síntesis de los RNA de transferencia (RNAt), el RNAr 5S y otros pequeños RNA (RNAsn, del inglés smoll nuclear).

UNMSM18 Promotores de tipo III Esta polimerasa reconoce dos tipos de promotores (Fig. 15): Promotores internos: son promotores que se sitúan en dirección 3´ del punto de inicio. Estos promotores se encuentran en los genes que codifican para el RNA 5S y para los RNA de transferencia, y en cada caso son diferentes (promotores internos de tipo 1 y promotores internos de tipo 2) Promotores 5´: son los promotores clásicos que se sitúan en dirección 5 ´ del punto de inicio. Se encuentran en los genes que codifican para los RNAsn.

Promotores

internos

Promotor interno de tipo 1contiene una secuencia llamada caja A que se encuentra más cercana al punto de inicio y una secuencia caja C separada de una secuencia variable. Se encuentra en los genes que codifican para RNAr 5S. Promotor interno de tipo 2: contiene una secuencia caja A separada de una caja B, la distancia entre las secuencias puede variar mucho pero por lo general no pueden estar muy juntas ya que se anula la función del promotor. Se localizan en los genes de los RNAt. Factores transcripcionales En estos tipos de promotores participan tres tipos de factores: TFIIA: proteína con motivos de dedos de cinc. TFIIB: complejo formado por tres proteína, una TBP y dos proteínas más. TFIIC: es un gran complejo proteínico de más de 500 kDa. En los promotores de tipo 2 TFIIC reconoce caja B pero se une a una zona más extensa que incluye caja A, esta unión permite que TFIIB se una en una secuencia alrededor del punto de inicio (Fig.16). En los

UNMSM19 promotores de tipo 1 se requiere de TFIIA (que reconoce las secuencias caja A y caja C) para la unión de TFIIC el cual posiciona a TFIIB en una secuencia cercana al punto de inicio (Fig.17). Estudios in vitro han mostrado que mediante la eliminación de los factores TFIIA y TFIIC por altas concentraciones de sales la iniciación de la transcripción puede tener lugar. Por tanto, TFIIA y TFIIC actúan como factores de ensamblaje cuyo función es asistir la unión de TFIIB el cual es realmente requerido por la RNA polimerasa para iniciar la transcripción. Esta secuencia de eventos explica como aunque las secuencias del promotor están ubicadas en posición 3´ la RNA polimerasa puede situarse en el punto de inicio que se encuentra en dirección 5´.

Promotores 5´ En este promotor existen tres secuencias en dirección 5´ del punto de inicio (estos elementos también se encuentra en los promotores reconocidos por la RNA polimerasa II). Estos elementos funcionan de manera similar en ambos los promotores reconocidos por ambas polimerasas. Estas secuencias son: El elemento TATA es una secuencia que se encuentra precediendo el punto de inicio, y parece ser el elemento que confiere especificadad por el tipo de polimerasa. El reconocimiento de esta secuencia permite el inicio de la transcripción, aunque la eficiencia de este evento puede estar aumentada por la presencia de otros dos elementos que se encuentran más hacia la región 5´. Estos elementos son las secuencias PSE (del ingles proximal secuence element) y OCT (elemento de 8 pb). Los factores que se unen a estos elementos interactuan de forma cooperativa (Fig.15).

UNMSM20 El factor que reconoce la caja TATA incluye a la proteína TBP, que es la subunidad realmente encargada en reconocer la secuencia de DNA, el TBP se asocia con otras proteínas algunas de las cuales son específicas para los promotores de tipo III y esto puede explicar porqué la RNA poliemerasa III es reclutada específicamente por estos promotores. Al igual que en la RNA polimerasa I TBP tiene una función crucial en el posicionamiento de la RNA polimerasa III en el sitio adecuado para el comienzo de la transcripción. Podemos ver que independientemente de la localización de las secuencias del promotor el o los factores se unen de manera tal que permiten el pocisionamiento de la RNA polimerasa en el sitio adecuado para comezar el proceso de transcripción en el punto de inicio.

Enhancers La actividad de muchos promotores eucariotas está modulada debido a la presencia de otro elemento, los enhancers (potenciadores). Los enhancers son grupos de elementos cortos y agrupados que se encuentran a considerables distancias del promotor (incluso kpb) y potencian o aumentan en gran medida actividad del mismo. A diferencia de los promotores no tienen una localización fija y pueden estar en ambas direcciones con respecto al punto de inicio de la transcripción; su acción es bidireccional, estimulando a cualquier promotor que se encuentre en su vecindad (Fig. 18).

Los enhancers contienen secuencias comunes a los promotores (específicamente a los elementos 5´) como los Oct, pero la densidad en que estas aparecen es mucho mayor. Esto implica que los enhancers pueden interactuar con un mayor número de factores 5´ o corriente arriba los cuales se ha visto, se unen de manera cooperativa a su secuencia blanco. Los enhancers pueden tener además un papel regulatorio en la transcripción. La actividad de un promotor que esté sometido a una regulación específica puede ser favorecida (aumentada) por un

UNMSM21 enhancer que se encuentre en la vecindad. En contraste con esto, un promotor puede adquirir actividad solo cuando un enhancer cercano es activado específicamente. Las inmunoglobulinas son un ejemplo de este tipo de regulación, las cuales portan un enhancer dentro de la unidad de transcripción. Estos enhancer solo son activos en los linfocitos B donde se expresan estas inmunoglobulinas, de manera que estos elementos pueden formar parte de la red regulatoria que rige el control de la expresión de estos genes. Los enhancers pueden potenciar el evento de iniciación de varias formas. Estos pueden aumentar la concentración de factores de transcripción en la zona del promotor lo que implica una aproximación física entre ambos elementos. El hecho de que enhancers y promotores puedan encontrarse a grandes distancias tal aproximación requiere de una flexibilidad por parte del DNA. En bacterias se han encontrado elementos semejantes a enhancers en los que se ha observado estructuras de lazo; esto se debe corresponder con la expulsión del DNA que se encuentra entre el enhancer y el promotor que tiene lugar durante el acercamiento de ambas secuencias. Otra posibilidad puede ser la alteración de la estructura del DNA en la zona del promotor (grado de superenrollamiento) de manera que sea más factible el inicio de la transcripción. Aunque la regla dicta que los enhancers son elementos de acción en cis existe una interesante excepción. Se ha comprobado que un enhancer presente en un cromosoma puede activar un promotor en su cromosoma homólogo durante el apareamiento de cromosomas somáticos. Esto refuerza la hipótesis de que los enhancers actúan por un mecanismo que implica la aproximación física. ¿El alcance de los enhancers para ejercer su acción sobre los promotores es ilimitado? La acción de un bloqueda por la secuencias función es la de transmisión de determinado inactivador) de hélice de DNA

enhancer puede ser presencia de aisladoras, cuya bloquear la un efecto (activador o un sitio a otro en (Fig.19).

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Partiendo del hecho de que la mayoría de los enhancers actúan sobre cualquier promotor que se encuentre en su vecindad, la principal función de un aislador radica en contrarrestar esta acción indiscriminadora. Un aislador puede restringir la actividad de un enhancer bloqueando el efecto del mismo sobre un promotor, de manera que la acción sobre un determinado promotor sea más específica. La información necesaria para la perpetuación de los organismos se encuentra en el material genético. La expresión de la misma, que a su vez constituye una vía de perpetuación, requiere de dos importantes procesos: la transcripción y la traducción. La transcripción al ser el primero en el flujo de información es diana de mecanismos de regulación de la expresión de la información genética. La transcripción del DNA es el proceso mediante el cual se sintetiza continuamente una cadena de RNA de manera complementaria y antiparalela a una de las cadenas, la cadena molde, la cual es complementaria a la cadena codificadora, por tanto, la cadena de RNA tiene idéntica secuencia a la cadena codificadora. La enzima protagonista en este proceso es la llamada RNA polimerasa la cual sintetiza una cadena de RNA a partir de los precursores ribonucleósidos trisfosfatos en dirección 5´---3´ (al igual que la DNA polimerasa). Esta enzima actúa de manera continua sobre una unidad de transcripción la cual contiene hacia el extremo 5´ un promotor, le sigue la secuencia codificadora y finaliza en una secuencia terminadora. Estas unidades de transcripción pueden contener un solo gen, y se denominan unidades monocistrónicas, o varios genes, llamadas unidades policistrónicas. En eucariotas las unidades de transcripción son monocistrónicas, mientras que en procariotas son policistrónicas fundamentalmente aunque también pueden existir unidades que contengan un solo gen. La transcripción comienza cuando la RNA polimerasa se une a la región del promotor al inicio del gen. El promotor es una secuencia de DNA (en E.coli de aproximadamente 60 pb) requerida por la RNA polimerasa para iniciar el proceso de transcripción de una secuencia determinada de DNA. La enzima se mueve sobre el molde sintetizando el RNA hasta que alcanza una secuencia determinada denominada terminador. El transcripto primario es el producto inmediato de la transcripción. Este consiste en un RNA que contiene la secuencia codificadora y el terminador (o parte de él) cuyos extremos 5´ y 3´ no han sufrido modificación alguna. Este transcripto es casi siempre inestable. En

UNMSM23 procariontes es degradado rápidamente (RNAm) o cortado para formar los productos maduros finales (RNAr y RNAt). En eucariontes se modifica en los extremos para dar un RNAm y/ o se corta para dar lugar a los productos finales (todos los RNA). La RNA polimerasa puede por sí sola reconocer al promotor o puede necesitar de proteínas adicionales para esto. A las proteínas requeridas por la RNA polimerasa para reconocer sitios promotores se les conoce como activadores (en el caso de procariotas) o factores de transcripción (en el caso de eucariotas). Los promotores que requieren para su reconocimiento de tales proteínas son llamados promotores débiles y esta es una característica de todos los promotores eucariotas. Por el contrario, los que pueden ser reconocidos por la RNA polimerasa sin asistencia de otras proteínas son llamados promotores fuertes, característica general de los promotores procariotas aunque también podemos encontrar promotores débiles. La síntesis tiene lugar en una burbuja de transcripción en la que el DNA se separa transitoriamente en dos cadenas sencillas y una se utiliza como molde para la síntesis de RNA (Fig.1). Según la RNA polimerasa viaja la burbuja se mueve con ella y la cadena de RNA aumenta de longitud. El híbrido DNA-RNA es corto y transitorio y según la enzima avanza el DNA que queda detrás vuelve a formar la doble hélice desplazando al RNA como una cadena polinucleotídica libre (solo los últimos 25 nucleótidos forman complejo con el DNA y/o la enzima). La reacción de transcripción se divide en cuatro etapas: 1-Reconocimiento del molde: aquí tiene lugar la unión de la RNA polimerasa al DNA de doble cadena en la región del promotor. Es entonces cuando las cadenas de DNA se separan para exponer la cadena molde al apareamiento de bases con ribonucleótidos. La burbuja de transcripción se origina mediante un desenrollamiento local que se inicia en el sitio de unión de la RNA polimerasa. En el caso de promotores débiles es en este paso donde tiene lugar el ensamblaje de todas las proteínas necesarias para iniciar la síntesis. 2-Iniciación: síntesis de los primeros enlaces nucleotídicos en el RNA. La enzima permanece en el promotor mientras sintetiza los primeros nueve enlaces. La fase de iniciación puede verse retrasada por la ocurrencia de intentos abortivos en los que la enzima sintetiza pequeños fragmentos (< 9 bases) y los libera y vuelve a sintetizar RNA otra vez. La fase de iniciación termina cuando la enzima comienza a alargar la cadena y abandona el promotor. 3-Alargamiento de la cadena: la enzima se mueve a lo largo del DNA y extiende la cadena creciente de RNA. A medida que la enzima se mueve desenrolla la hélice de DNA para exponer un nuevo segmento de la cadena molde del DNA en forma de simple cadena. Los nucleótidos se añaden covalentemente al extremo 3´OH y se forma un híbrido DNARNA en la región desenrollada. Detrás de la burbuja se vuelve a formar la doble hélice de DNA y el RNA emerge como una cadena libre. La

UNMSM24 estructura del DNA se altera en la zona de la burbuja, la cadena molde que se encuentra en este punto en forma de simple cadena se aparea con el RNA naciente en el punto de crecimiento. 4-Terminación: implica el reconocimiento del punto que determina el final de la adición de bases a la cadena. Debe cesar la formación de enlaces fosfodiéster y el complejo de transcripción debe desintegrarse. Cuando se añade la última base la burbuja de transcripción colapsa al desaparecer el híbrido DNA-RNA y tanto la enzima como el RNA son liberados. La secuencia de DNA necesaria se denomina terminador.

EN

TRANSCRIPCIÓN PROCARIOTAS

Características Generales de la Transcripción en Procariontes 1. Unidad de transcripción: Secuencia promotor y región codificante. 3. ARN polimerasa core 4. Moléculas rias: - Subunidad sigma, subunidad rho 5. Hebra codificadora, Hebra no codificadora 6. Es simultánea en procariotas junto con la Traducción 7. Síntesis del ARN en la dirección 5’ 3’ 8. Fases: Iniciación, Elongación, Terminación 9. La ARN Polimerasa Bacteriana

UNMSM25 Polimerasa bacteriana

La transcripción es el paso de una secuencia de ADN a una secuencia de ARN (ya sea ARNm, ARNr o ARNt). En el ADN, cuyos genes (información genética) van a transcribirse se diferencian, en principio, dos regiones con distinta función: 1) Región estructural: Corresponde al conjunto de genes (cistrones) que determinan el orden de los AA en las proteínas que codifican (ya sean estructurales o enzimáticas). 2) Región reguladora o promotor: Esta región controla el ritmo con el que la ARN polimerasa transcribe la región estructural en ARN. Esta región se encuentra cerca de la anterior (hacia el extremo 3').

En la transcripción intervienen: a) Una molécula de ADN molde. Se transcriben fragmentos de una u otra de sus hebras. Tales fragmentos se llaman 'cordones codogenéticos' y corresponden a las 'regiones estructurales'. b) Ribonucleótidos trifosfato (rTP) de A, C, G y U. c) ARN polimerasas (todas del mismo tipo). Separan las hebras de ADN. Incorporan rTP en sentido 5'->3'. Catalizan la unión de los nucleótidos sin necesidad de cebador. d) Unas proteínas específicas llamadas 'factores sigma'. Se unen a la ARN pol para que ésta pueda identificar el promotor correspondiente. Debemos advertir una cuestión: · La ARN pol, en principio, no distingue al promotor de otras secuencias de ADN. · Para que la ARN pol reconozca y se dirija al promotor adecuado, las bacterias poseen unas proteínas específicas que son los mencionados factores sigma. · Estos factores sigma se unen a las ARN pol, permitiendo a éstas reconocer y asociarse a los correspondientes y específicos promotores. De lo anterior se infiere la importancia funcional que tienen los factores sigma, en cuanto que intervienen en la acción diferencial de los genes bacterianos.

UNMSM26 Etapas de la transcripción:

1) Iniciación: -La ARN pol se asocia con un factor sigma, que permite a esta enzima reconocer y asociarse a esa región concreta del ADN que llamamos promotor (región reguladora). El promotor, a veces, es común a varios genes. En el promotor se han descubierto dos 'secuencias de consenso', iguales o parecidas a TTGACA y TATAAT (que se encuentran a distintas distancias antes del punto de inicio o región estructural). -Ahora la ARN pol está en condiciones de separar las dos hebras del ADN y comenzar su 'trabajo' (polimerización de ARN). -El factor sigma se separa de la ARN pol y se inicia la transcripción de la región estructural con la incorporación del primer rTP, siguiendo la ley de complementariedad de bases.

2) Elongación: -La síntesis progresa en sentido 5'->3', con una velocidad que varía en función de la formación de bucles, aunque en general se transcriben 20-50 nucleótidos por segundo. 3) Finalización: -La ARN pol concluye el proceso al encontrar otra secuencia específica (rica en C y G) que actúa como 'señal stop'. -El ARN recién sintetizado se desprende y el ADN recupera su estructura de doble hélice. 4) Maduración: -Si el ARN formado es ARNm, no hay maduración; si se trata de ARNr o ARNt, hay un transcrito primario que sufre un proceso de 'cortes y empalmes'. El ARNm de procariotas puede originar varias proteínas (policistrónico). -Para terminar, apuntaremos dos cosas más: a) durante la transcripción, sólo se transcribe un fragmento (cordón codogenético) de una de las hebras del ADN, la hebra molde (la otra se llama 'codificadora'). b) no todas las secuencias molde están en la misma hebra; por ello, hay genes que se transcriben a partir de una hebra, mientras otros tienen su molde en la contraria. MECANISMO DE REGULACIÓN: EL MODELO DEL OPERÓN -El mecanismo de regulación de la actividad genética está basado en dos clases de fenómenos observados en bacterias: 1) La inducción enzimática:

UNMSM27 Se trata de un fenómeno regulador de la síntesis proteica por el cual determinadas enzimas (proteínas) sólo se producen si el sustrato sobre el que actúan se encuentra como nutriente en la célula (o en el medio de cultivo de ésta). 2) La represión enzimática: Se trata de un fenómeno regulador de la síntesis proteica por el cual la presencia de cierta cantidad de una proteína en la célula, reprime o inhibe la síntesis de tal proteína. -Para explicar el mecanismo de regulación se acepta como válida la hipótesis de Jacob y Monod (1965) conocida como modelo del operón (estudiado en "E. coli"). Según tal modelo, las acciones de inducción y/o represión se ejecutan durante la transcripción (por eso apuntábamos que la regulación de la expresión génica se realiza durante la transcripción). Características deferenciales del operón: a) un operón es un conjunto de genes estructurales (cistrones), cuya expresión genética depende de otras secuencias de ADN a las que está asociado. b) los cistrones corresponden a genes que codifican para distintas enzimas (proteínas) de una misma vía metabólica. c) como consecuencia, se dice que los genes estructurales se expresan de forma coordinada (porque están funcionalmente relacionados). Las secuencias de ADN asociadas a los cistrones, en el operón, son las siguientes: a) Promotor: Como el ya descrito, que se sitúa unos nucleótidos antes del punto de inicio de la síntesis de ARNm. b) Operador: Secuencia próxima a los genes estructurales y solapados al promotor. Permite o no la acción transcriptora de la ARN Pol. Puede ser bloqueada por una 'proteína represora' (represor). c) Regulador: Secuencia que puede estar más distante de los cistrones. Determina la síntesis de un represor.

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OPERÓN 'LAC' -El primer operón exhaustivamente estudiado fue el 'operón lac' de "E. coli". Este operón regula la síntesis de las tres enzimas que controlan la degradación de la lactosa (galactosidasa, permeasa y transacetilasa). La célula controla la expresión de los genes del operón de la siguiente forma: 1) En ausencia de lactosa: -El gen regulador se transcribe y se sintetiza la proteína represora. -El represor se une al operador (que está solapado al promotor) de tral modo que la ARN pol no puede acceder al promotor. -Como consecuencia, la transcripción de los genes estructurales queda bloqueada (represión). Supone ahorro de energía para la célula.

OPERÓN 'HIS' -Otro operón bien conocido es el 'operón his'. Este operón regula la síntesis de otro complejo enzimático, dependiendo de la mayor o menor concentración de un producto biosintético final (concretamente, de la histidina). La regulación genética tiene lugar de la siguiente manera: 1) Ante un exceso de histidina: -El excedente de histidina actúa como un agente 'correpresor' capaz de unirse a la proteína represora (inactiva en principio), activándola.

UNMSM29 -Como resultado de esa asociación se forma un complejo histidinarepresor que bloquea al operador, impidiendo que la ARN pol acceda al promotor. -Como consecuencia, no tiene lugar la transcripción de los cistrones (represión) y no se elabora el complejo enzimático correspondiente.

2)

Ante

la

disminución de la histidina: -El represor se sintetiza en forma inactiva. -Por tanto, no bloquea al operador. -Como consecuencia, la ARN pol puede actuar sobre el promotor específico para iniciar la síntesis de ARNm y la posterior elaboración del sistema enzimático (inducción).

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ENFERMEDADES DADAS POR UNA MALA TRANSCRIPCION Una enfermedad genética (o trastorno genético) es una condición patológica establecida por el efecto biológico consecuente a una alteración del genoma. Hay varias causas posibles: •

Puede estar causada por una mutación, como muchos cánceres.

•

Hay desórdenes genéticos causados por duplicación de cromosomas, como en el síndrome de Down, o duplicación repetida de una parte del cromosoma, como en el síndrome de cromosoma X frágil.

•

Hay desórdenes genéticos causados por la deleción de una región de un cromosoma, como en el síndrome deleción 22q13, en que el extremo del brazo largo del cromosoma 22 está ausente.

•

El defecto en los genes puede ser heredado de los padres. En este caso el desorden genético se llama enfermedad hereditaria. Puede pasar a menudo de padres sanos, si son portadores de un defecto recesivo, aunque también ocurre en casos con defectos genéticos dominantes.

•

También se pueden dar por exceso o carencia de la transducción de los genes, es decir que las cadenas de ARN no traduzcan adecuadamente sus proteínas.

Neurofibromatosis: Las neurofibromatosis son un grupo de entidades de herencia autosómica dominante, que afectan a piel, tejidos blandos, sistema nervioso y hueso. Existen 8 grupos de neurofibromatosis que se clasifican en relación a las manifestaciones clínicas. Las formas más frecuentes son la neurofibromatosis tipo I o enfermedad de VonRecklinghausen y la tipo II (Schwanoma acustico). La neurofibromatosis tipo I o enfermedad de Von Recklinghausen es la enfermedad hereditaria más frecuente afectando a 1:3000 personas, se caracteriza por la asociación de manchas café con leche, neurofibromas cutáneos, alteraciones óseas y neurológicas. Es de herencia autosómica dominante, con una penetrancia casi completa a los 5 años de edad. La frecuencia de mutaciones de novo es alta y se relaciona con la aparición de al menos el 50% de casos. El gen de la neurofibromatosis se ha localizado en el brazo largo del cromosoma 17, es un gen grande (350kb, 60 exones) que codifica la proteína citoplásmica neurofibromina que actúa como gen de supresor tumoral. La neurofibromina es una proteína que se expresa de forma

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ubicuota en las células y tiene una función de supresión tumoral por medio de regular negativamente el protooncogen Ras. En condiciones normales, la proteína neurofibromina tiene una región con actividad GTPasa que se une al oncogen Ras y modula la conversión de la forma activa Ras-GTP a la forma inactiva Ras-GDP. Los pacientes con neurofibromatosis tipo I presentan mutaciones o deleciones del gen que codifica la neurofibromina. Estas mutaciones ocasionan una disminución de su presencia y de la actividad GTPasa con la consiguiente proliferación de células mediadas por Ras-GTP. La neurofibromatosis puede asociar múltiples manifestaciones clínicas resumidas en la tabla I. La neurofibromatosis es una enfermedad progresiva, algunas manifestaciones clínicas están presentes en el nacimiento mientras que otras van apareciendo con la edad, con una penetrancia casi completa a los 5 años. Manifestaciones cutáneas 1. Manchas café con leche: consisten en máculas redondas u ovales de unos mm a 5 cm de diámetro, suelen estar presentes en el momento del nacimiento e ir apareciendo más durante la primera década de la vida. Los pacientes con neurofibromatosis tienen más de 6 manchas de 1,5 cm de diámetro en la edad adulta y de más de 0,5 cm de diámetro en la edad prepuberal. Entre los niños con 6 o más manchas de café con leche, la mayoría (>73%) desarrollan otros hallazgos de neurofibromatosis a la edad de 5 años. Menos del 1% de los niños sin neurofibromatosis tienen más de 3 manchas café con leche, pero la observación de 1-2 manchas es un hallazgo frecuente. El estudio histológico de las manchas café con leche muestra un aumento de la pigmentación melánica y presencia de melanosomas de mayor tamaño.

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2. Maculas lentiginosas (Efelides) axilares o signo de Crowe: consiste en la presencia de máculas de 1-3 mm de diámetro en áreas intertriginosas y ocasionalmente en toda la superficie cutánea, suelen aparecer a los 4-6 años de vida. 3. Neurofibromas: son los tumores más frecuentes de la neurofibromatosis tipo I. Están constituidos por células de Schwan, fibroblastos, mastocitos y vasos. Existen 3 tipos de neurofibromas: cutáneos, subcutáneos y plexiformes. Los neurofibromas cutáneos se caracterizan por ser pequeños nódulos dérmicos de consistencia blanda, de entre unos milímetros a varios centímetros de tamaño, suelen desarrollarse a partir de la pubertad y están presentes en número variable desde unos cuantos hasta varios cientos. Es muy característica la consistencia más blanda que la dermis que les rodea lo que produce la invaginación a la presión dando la sensación de presionar un ojal de botón. Los neurofibromas pueden localizarse a nivel subcutáneo siendo de mayor tamaño y menos delimitado. El estudio histológico de estos tumores muestra la presencia de tumoraciones no capsuladas constituidas por haces de células fusiformes de núcleos ondulados y citoplasma escaso y pálido con presencia de escasas fibras nerviosas y presencia de numerosos mastocitos. Los neurofibromas plexiformes suelen ser tumoraciones de mayor tamaño, pueden ser difusas o nodulares, presentes en el nacimiento(los difusos) o en los primeros 4-5 años de vida. Se caracterizan por estar localizados en un trayecto nervioso y manifestarse clínicamente como una tumoración en forma de bolsa que a la palpación presenta un tacto cordonal. Suele estar cubierto de una piel con hiperpigmentación e hipertricosis y puede acompañarse de hipertrofia de tejidos y hueso subyacente. La elefantiasis neurofibromatosa es una neurofibromatosis difusa de los nervios del tronco asociada a los tejidos subcut

Esclerosis Tuberosa:

UNMSM33 La esclerosis tuberosa, EPILOIA o enfermedad de Pringe-Bourneville una enfermedad de herencia autosómica dominante, de alta penetrancia, con expresividad variable que se caracteriza por la triada lo de epilepsia, retraso mental y angiofibromas (Epilepsia, Low Inteligence Angiofibromas) pero que afecta al sistema nervioso central, piel, retina, riñones, corazón y pulmón. Tiene una incidencia de 1 caso por cada 10.000 nacidos. La esclerosis tuberosa muestra una heterogenia genética, está causada por mutaciones bien del gen TSC1 (complejo de la esclerosis tuberosa 1) localizado en el cromosoma 9 o mutaciones en el TSC2, localizado en el cromosoma 16. Un 50-75% de casos son casos esporádicos resultado de una nueva mutación, siendo el resto de casos familiares. Los casos esporádicos son en su mayoría mutaciones del gen TSC2, mientras que los casos familiares tienen una distribución similar en los dos genes TSC1 y TSC2. El gen TSC1 codifica la proteína hamartina y la TSC2 la tuberina. Ambas proteínas se expresan en los tejidos normales de cerebro, hígado, suprarrenales, corazón y riñón. El gen TSC2 se localiza en proximidad al gen de la poliquistosis renal autosómica dominante, existiendo familias afectas de ambas enfermedades. Las dos proteínas hamartina (TSC1) y tuberina (TSC2) funcionan como genes de supresión tumoral. Una vez se diagnostica a un enfermo de esclerosis tuberosa se debe examinar a los familiares para detectar la presencia de la enfermedad. En el caso de que uno de los progenitores esté afecto, la posibilidad de transmisión en un nuevo embarazo es del 50%. En las familias con hijos afectos en las cuales los progenitores no tienen evidencia de la enfermedad, existe un riesgo de recurrencia del 2% debido a la posibilidad de existencia de mosaicismo gonadal. Los pacientes con esclerosis tuberosa tienen una variedad de manifestaciones que incluyen el desarrollo de epilepsia, retraso mental, autismo y diversos tumores benignos que incluyen angiomiolipomas renales, nódulos subependimarios, astrocitomas y tubers del cortex cerebral. Manifestaciones clínicas: Máculas hipo crómicas lanceoladas: Están presentes en el 90% de los pacientes afectos, consisten en máculas ovales, hipocrómicas, de 1 a 3 cm de diámetro, en forma de hoja de fresno, generalmente congénitas, que se observan mejor tras el examen con luz de wood. Las máculas hipocrómicas suelen ser múltiples. Un tercio de pacientes con esclerosis tuberosa tiene también máculas café con leche, pero por lo general en número menor de 5. La presencia de máculas hipocrómicas no es patognomónica ya que pueden observarse máculas hipocrómicas en un 0,2 - 0,3% de recién nacidos sanos. Angiofibromas: antes llamados adenomas sebáceos, consisten en pápulas sonrosadas o eritematosas que se desarrollan progresivamente a partir de la primera infancia, localizas especialmente alrededor de la nariz y mentón. Están presentes en el 70% de los pacientes como pequeñas pápulas en forma de cúpula, de distribución simétrica afectando especialmente a cara lateral de nariz, surco nasogeniano y mentón. Un 20% de pacientes tiene lesiones de angiofibroma en forma

UNMSM34 de placa localizadas en la frente. Dado que los angiofibromas se hacen más evidentes en la pubertad no es infrecuente que se confundan con lesiones de acné. Tumores de Koenen: consisten en fibromas de tamaño variable localizados a nivel periungueal especialmente de los dedos de los pies. Son lesiones benignas que ocasionalmente pueden alterar el crecimiento de la uña.

Placas de Chagrín o piel de naranja: consiste en el desarrollo de áreas de piel rugosa que en realidad corresponden a nuevos conjuntivos. Está presente en el 50% de pacientes y suele aparecer a partir de los 2 años de edad. Manifestaciones neurológicas: Las manifestaciones neurológicas son con frecuencia las que hacen plantear el diagnóstico, pero son necesarias otras manifestaciones, especialmente cutáneas para confirmarlo. Las manifestaciones neurológicas incluyen la epilepsia, el retraso mental, la dificultad en el aprendizaje y el autismo. La epilepsia es la manifestación neurológica más frecuente observada en el 85% de pacientes afectos, la forma más frecuentes son los espasmos infantiles -el diagnóstico de esclerosis tuberosa debe plantearse en todos los niños con espasmos infantiles-. Alrededor del 50% de pacientes tienen retraso mental y dificultad en el aprendizaje, esta dificultad de aprendizaje es más frecuente en los casos esporádicos debidos al gen TSC2 que en los casos debidos al TSC1. Es característico el desarrollo a nivel del sistema nervioso central de tumores o tubérculos que consisten en placas escleroticas calcificadas. Su presencia constituye el hallazgo neuropatológico patognomónico de la enfermedad. Otros hallazgos neuropatológicos son la presencia de nódulos gliales subependimarios y el desarrollo de astrocitomas subependimarios de células gigantes. Afectación de otros órganos: es frecuente la observación de afectación de múltiples órganos, como el desarrollo de facomas retinianos, máculas hipopigmentadas del iris, afectación renal y rabdomiomas cardíacos. La afectación renal presente en el 80% de casos se caracteriza por la presencia de angiomiolipomas, quistes renales y menos frecuentemente carcinomas renales. Los angiomiolipomas son tumores benignos, generalmente asintomáticos, compuestos de tejido adiposo, músculo liso y vasos sanguíneos, ocasionalmente pueden dar lugar a hematuria

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Corea de Huntington:

El médico

estadounidense George Huntington describió por primera vez el trastorno en 1872. La enfermedad de Huntington es causada por un defecto genético en el cromosoma No 4. El defecto hace que una parte del ADN, llamada repetición CAG, ocurra muchas más veces de lo que se supone que debe ser. Normalmente, esta sección del ADN se repite de 10 a 35 veces, pero en una persona con la enfermedad de Huntington, se repite de 36 a 120 veces. A medida que el gen se transmite de una generación a la siguiente, el número de repeticiones, llamado expansión de las repeticiones CAG, tiende a ser más grande. Cuanto mayor sea el número de repeticiones, mayor será la posibilidad de presentar síntomas a una edad más temprana. Hay dos formas de la enfermedad de Huntington y la más común es la de comienzo en la edad adulta. Las personas con esta forma de la enfermedad generalmente presentan síntomas a mediados de la tercera y cuarta década de sus vidas. La forma de la enfermedad de Huntington de comienzo temprano es menos común y se inicia en la niñez o en la adolescencia. Los síntomas se pueden parecer a los de la enfermedad de Parkinson con rigidez, movimientos lentos y temblor. Si uno de los padres tiene la enfermedad de Huntington, los hijos tienen un 50% de posibilidad de heredar el gen para la enfermedad. Si una persona hereda el gen de sus padres, desarrollará la enfermedad en algún momento de su vida y se lo puede transmitir a su vez a sus hijos. Si la persona no recibe el gen de sus padres, no se lo puede transmitir a sus hijos. Síntomas: • • • •

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Movimientos anormales e inusuales girar la cabeza para desplazar la mirada movimientos faciales, incluyendo muecas movimientos lentos e incontrolables movimientos espasmódicos rápidos y súbitos de los brazos, las piernas, la cara y otras partes del cuerpo marcha inestable Cambios de comportamiento

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comportamientos antisociales alucinaciones irritabilidad malhumor inquietud o impaciencia paranoia psicosis Demencia que empeora lentamente, incluyendo: •

pérdida de la memoria • pérdida del juicio • cambios en el lenguaje • cambios de personalidad • desorientación o confusión Los síntomas adicionales que pueden estar asociados con esta enfermedad son: •

Ansiedad, estrés y tensión

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Dificultad para deglutir

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Deterioro del lenguaje

En los niños: •

Rigidez

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Movimientos lentos

Ubicación de la enfermedad

Hipercolesterolemia:

UNMSM37 También conocida como: Hiperlipoproteinemia tipo II; Xantomatosis hipercolesterolémica; Mutación en el receptor de lipoproteína de baja densidad. Es una afección que se transmite de padres a hijos en la cual una persona tiene altos niveles de colesterol "malo" (lipoproteína de baja densidad o LDL) desde el nacimiento. Esta afección puede causar ataques cardíacos a temprana edad. La hipercolesterolemia familiar es causada por un defecto genético en el cromosoma 19, lo que hace que el cuerpo sea incapaz de eliminar el colesterol LDL del torrente sanguíneo. Esto provoca niveles permanentemente altos de LDL en la sangre, lo cual lleva a que se presente ateroesclerosis a temprana edad. La afección se transmite de manera característica de padres a hijos en forma autosómica dominante, lo cual significa que la persona sólo necesita recibir el gen anormal de uno de los padres para heredar la enfermedad. Un individuo que hereda una copia del gen se considera heterocigoto. En casos excepcionales, un niño puede heredar el gen de ambos padres. Los individuos que heredan ambos genes se consideran homocigotos. La hipercolesterolemia familiar homocigota es mucho más severa. Los niveles de colesterol pueden exceder los 600 mg/dL, lo que incrementa enormemente el riesgo de cardiopatía y ataques cardíacos. Los síntomas que se pueden presentar abarcan: •

Depósitos cutáneos grasos y ricos en colesterol (xantomas)

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Depósitos de colesterol en los párpados (xantelasmas)

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Dolor torácico (angina) asociado con arteriopatia coronaria

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Obesidad

Las personas con una o dos copias del gen defectuoso pueden desarrollar depósitos cutáneos grasos sobre sus codos, rodillas, glúteos, tendones y alrededor de la córnea del ojo.

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Los xantomas son lesiones de la piel que contienen colesterol y grasas. Con frecuencia se los asocia a trastornos heredados del metabolismo lipídico (problemas hereditarios del mecanismo de descomposición y utilización de las grasas).

Se puede observar la obstrucción total de la vena que lleva sangre.

Dianbetes insípida: Esta enfermedad se da a causa de la deficiencia de los receptores de la hormona vasopresina. La tres AVPR1A, Los AVPR1 cadena de usando el (IP3), que apertura

vasopresina tiene receptores: AVPR1B y AVPR2. provocan una transducción fosfatidilinositol provocará la de compartimentos intracelulares para que aumente el calcio en el citosol. Los AVPR2, por su parte, activan la adenilato ciclasa para que produzca AMP cíclico (cAMP). La acción del AVPR1A se asocia a la vasoconstricción, gluconeogénesis, agregación plaquetaria, y liberación de factor de coagulación VIII y factor de Von Willebrand, así como reconocimiento social. Los agonistas de la vasopresina se utilizan terapéuticamente en varias condiciones, y su análogo sintético desmopresina se usa en condiciones asociadas a baja secreción de vasopresina, así como en control de hemorragias (en algunas formas de la enfermedad de von Willebrand) y en casos extremos de niños que se orinan en la cama. La demeclociclina, un antibiótico tetracíclico, se usa a veces para bloquear la acción de la vasopresina en los riñones afectados por hiponatremia debido al SIADH (Síndrome de Secreción Inapropiada de Hormona Antidiurética), cuando ha fallado la restricción de fluidos.

UNMSM39 La diabetes insípida central se presenta cuando el cuerpo tiene muy poca cantidad de la hormona vasopresina. Esta hormona normalmente limita la cantidad de orina que el cuerpo produce. En condiciones normales, el hipotálamo en el cerebro produce vasopresina y la hipófisis la almacena. Sin vasopresina, los riñones no funcionan apropiadamente y el resultado es una pérdida rápida de agua del cuerpo en forma de orina diluida. Una persona con diabetes insípida bebe grandes cantidades de agua, impulsada por la sed extrema, para compensar su pérdida. Los niveles reducidos de vasopresina asociados con diabetes insípida central pueden ser causados por un daño en el hipotálamo o a la hipófisis. Este daño puede estar relacionado con cirugía, infección, inflamación, tumor o traumatismo craneal. Algunas veces, no se puede conocer la causa y, en muy raras ocasiones, la diabetes insípida puede ser provocada por un defecto genético.

Enfermedad del SIDA ocasionada por el VIH: La primera clase de agentes antirretrovirales que se desarrolló fueron los inhibidores de la transcriptasa inversa análogos de los nucleósidos. La transcriptasa inversa es un enzima, contenida en el virión, que el VIH necesita para replicarse a través de una fase ADN que se integra en el genoma de la célula que ha infectado (formación de cadenas de ADN a partir del ARN viral). La inhibición pueden ser competitiva (el antirretroviral imita los sustratos naturales para la síntesis del ADN) y por terminación de cadena (impide que se añadan nuevos nucleótidos a la cadena de ADN). El VIH es un retrovirus. Esto quiere decir que su código genético no está escrito en ADN, como ocurre con la mayor parte de los seres vivos, sino en ARN. Por lo que el virus, para poder reproducirse, necesita convertir ARN en ADN (de modo que la célula infectada pueda "leerlo"), que es

UNMSM40 justo lo contrario de lo que hacen los virus de ADN y el resto de seres vivos. De ahí viene el nombre de retrovirus, y también el de "antirretroviral" para los fármacos que buscan reducir su actividad o eliminarlo. Esta característica del VIH es importante para entender el siguiente paso que da después de fusionarse, que es el de la Transcripción. El VIH tiene un tipo de proteína activa, (conocida también como enzima), que se encarga de realizar este proceso de traducir o transcribir la información genética escrita en el ARN a ADN. Esta enzima se denomina Transcriptasa Inversa o Retrotranscriptasa. Una vez que la información genética del VIH está transcrita en ADN, hace falta integrar este ADN procedente del virus en el ADN propio de la célula, de manera que ésta, cuando se active para cumplir su función o para reproducirse, lo lea y ejecute las instrucciones de fabricar copias del virus hasta literalmente morir exhausta. El virus porta otra enzima capaz de llevar a cabo este paso de la Integración: se trata de la Integrasa. Una vez que la célula lee el ADN procedente del virus, la consecuencia de esto es que pone su maquinaria al servicio del VIH, fabricando las distintas piezas necesarias para la construcción de nuevos viriones o partículas virales, precursores del virus activo que será capaz de infectar más células.

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Conclusiones:

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La maquinaria para la transducción de una célula eucariota y una célula procariota son distintos.

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El mecanismo por el cual se da la transducción en las células eucariotas es muy complejo y existen elementos aun sin estudiar.

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Para que se puedan crear las proteínas es necesario la transducción, sin este paso la existencia de éstas sería imposible.

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La cadena del ADN posee sitios que pueden expresarse en forma de proteínas.

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La producción de proteínas puede ser estimulada por factores externos o internos de la célula.