Transcrición xenética

[miniatura|[Micrografía electrónica de transmisión|Micrografía electrónica da transcrición masiva de ARNr en ovocitos de anfibios. As múltiples cadeas que saen en ángulo do ADN son ARNr transcritos.]]
miniatura|dereita|ARN polimerase II (azul) unida ao ADN (verde). O ARN transcrito está en amarelo.
miniatura|400px|Diagrama moi simplificado do inicio da transcrición. RNAP significa ARN polimerase.
miniatura|400px|Diagrama moi simplificado da elongación.
miniatura|400px|Diagrama moi simplificado da terminación.

A **transcrición** é o proceso celular por medio do cal a partir dunha secuencia molde de ADN se realiza unha copia en ARN complementaria en bases a dito ADN. A transcrición é o primeiro paso da expresión xenética, xa que despois o ARN formado será traducido a proteínas, aínda que non todos os transcritos de ARN son traducidos. Non se transcribe o ADN enteiro, senón só xenes concretos en cada momento.

ARN e ADN son ácidos nucleicos formados por nucleótidos. As bases nitroxenadas dos seus nucleótidos poden establecer pontes de hidróxeno coas que están en fronte, pero só son posibles determinadas combinacións: G con C, T do ADN con A do ARN, e A do ADN con U do ARN. Estas combinacións constitúen a complementariedade de bases.

Durante a transcrición un encima **ARN polimerase** le a secuencia dun tramo (xene) dunha das fibras do ADN e crea unha copia complementaria e antiparalela en ARN. As bacterias só teñen unha ARN polimerase, que transcribe todos os tipos de ARN; os eucariotas teñen tres: ARN polimerase I (sintetiza ARNr menos o de 5S), ARN polimerase II (sintetiza ARNm) e ARN polimerase III (sintetiza ARNt e o ARNr 5S).

A transcrición pode explicarse facilmente considerando que comprende 4 ou 5 procesos, durante os cales os encimas e factores proteicos se van movendo sobre o ADN como unha onda. Estes procesos son:
# Os encimas helicases desenrolan a dobre hélice do ADN rompendo as pontes de hidróxeno entre as bases dos seus nucleótidos.
# Os ribonucleótidos do ARN disoltos na célula emparéllanse coas bases complementarias do ADN, ao cal está unido o encima ARN polimerase.
# Fórmase o esqueleto azucre-fosfato do ARN pola acción do encima ARN polimerase, que une ditos nucleótidos entre si. Os nucleótidos chegan á zona en que está tendo lugar a transcrición como nucleósidos trifosfato, pero perden dous fosfatos en forma de pirofosfato e únense ao ARN en formación como nucleótidos monofosfato.
# Rompen as pontes de hidróxeno ARN-ADN liberando a fibra de ARN sintetizada.
# Nas células con núcleo (eucariotas) o ARN é procesado (modificación dos seus extremos, e despois eliminación de intróns) e sae ao citoplasma por un poro nuclear.

O tramo de ADN transcrito a ARN chámase *unidade de transcrición* e codifica polo menos un xene. A molécula de ARN orixinada chámase *transcrito* de ARN. O transcrito pode ser un ARNm que vai ser traducido a proteínas ou un ARN que non é traducido, como os ARNr, ARNt e outros ARN pequenos. Nos transcritos de ARNm hai tanto zonas codificantes coma non codificantes (intróns, UTR) con secuencias reguladoras.

A transcrición ten tamén mecanismos de corrección de erros, pero non son tan efectivos como os que actúan durante a replicación do ADN, polo que a fidelidade da copia non é tan grande. 

Durante a transcrición o ADN é lido en dirección 3' → 5', polo que o ARN transcrito crece en dirección 5' → 3' (antiparalelismo) e é unha molécula monocatenaria sintetizada de forma "continua" (non hai necesidade de que se formen fragmentos de Okazaki, como sucede nunha das fibras do ADN durante a súa replicación). Só se transcribe unha das dúas cadeas do ADN, chamada cadea molde. A outra cadea do ADN denomínase cadea codificante, porque, aínda que non é a que se copia, é a que ten a mesma secuencia ca o ADN transcrito (excepto que ten timina en vez de uracilo).

A transcrición pode dividirse en 3 fases: iniciación, elongación e terminación.

## Transcrición nas bacterias 
A transcrición ten lugar no citoplasma bacteriano, onde se atopan a gran molécula de ADN da bacteria e os plásmidos. Distinguiremos as fases de iniciación, elongación e terminación.

A **iniciación** efectúase sobre o promotor, situado antes da secuencia codificante. A ARN polimerase bacteriana está constituída por 5 subunidades: dúas subunidades α, unha β, unha β' e unha σ. A subunidade σ recoñece unha secuencia consenso no promotor do xene , tipicamente a "caixa de Pribnow" [TATAAT], fíxase sobre o ADN e recruta as outras partes do complexo encimático. Unha vez que a ARN polimerase se situou no seu lugar, a subunidade σ sepárase do complexo e β' asegura a unión ao ADN, formándose o chamado complexo pechado. A ARN polimerase desenrola a continuación a dobre hélice nunha zona de 17 pares de bases arredor súa: é o complexo aberto, que forma unha burbulla desenredada para a transcrición.

A fase de **elongación** pode comezar e substitúese a subunidade σ que sae do complexo por unha chamada Nus A. O complexo encimático transcribe entón o ARN complementario da cadea de ADN molde.
A ARN polimerase cataliza a formación dos enlaces fosfodiéster entre os ribonucleótidos adecuados.

A **terminación** da transcrición faise ao chegar ao terminador do xene, situado despois da secuencia codificante. As secuencias de ADN ricas en pares G-C que hai alí, con 3 pontes de hidróxeno (máis fortemente unidas), ralentizan a progresión da ARN polimerase, e ademais fórmase un bucle en forquita entre dúas rexións complementarias no ARN que bloquea o encima. Finalmente unha proteína de terminación (Rho) libera a molécula de ARN .

O ARNm transcrito é directamente utilizable pola maquinaria celular para ser traducido. Como a transcrición e a tradución teñen lugar no mesmo compartimento celular, é mesmo posible que os ribosomas comecen a traducir o ARNm antes de que remate totalmente a súa transcrición.

Nas arqueas a transcrición parécese máis á dos eucariotas, pero é moito menos complexa .

## Transcrición nos eucariotas 
Hai numerosas diferenzas entre a transcrición de eucariotas e procariotas.
Nos eucariotas a transcrición ten lugar no núcleo celular. A cromatina debe previamente descompactarse para permitir á maquinaria proteica acceder ao ADN. A diferenza do que sucede en procariotas, o ARN producido pola transcrición non é directamente utilizable polos ribosomas e deberá sufrir unha maduración postranscricional.

Os eucariotas teñen tres tipos distintos de ARN polimerases. Pero as polimerases non poden por si soas facer a transcrición, e deben ser axudadas por unha serie de factores de transcrición proteicos. Estes factores denomínanse TFI, TFII, TFIII… e forman un complexo proteico constituído por de 8 a 14 subunidades.

### Transcrición realizada pola ARN polmerase II 
Na transcrición eucariótica dos ARNm distínguense tres fases distintas: iniciación, elongación e terminación. Ao final, o transcrito debe sufrir unha maduración.

Na fase de **iniciación** o equivalente da «caixa de Pribnow» dos procariotas é nos eucariotas a «caixa TATA», situada uns 30 pares de bases antes da orixe de transcrición. Esta secuencia xoga un papel fundamental porque nela se vai fixar a ARN polimerase II (para transcribir ARNm). Hai outras dúas secuencias ou «caixas» que forman parte das secuencias consenso, entre elas: a caixa CAAT (situada a uns 70 pares de bases antes do sitio de iniciación da transcrición), que é un sitio modulador da transcrición, e a caixa GC. Por último, a maior distancia existen rexións chamadas amplificadores ou intensificadores (*enhancers*) que poden estimular a transcrición, situados a varios centos de pares de bases do lugar da transcrición, pero que en determinados momentos poden quedar moi próximos ao lugar de transcrición porque o ADN se curva.

Para que se forme o complexo de iniciación primeiro deben unirse os factores proteicos e despois a ARN polimerase. A construción do complexo de iniciación comeza coa proteína TFII D que está constituída pola proteína de unión á TATA ou TBP, que se vai fixar na caixa TATA, o que vai constituír o núcleo do complexo de iniciación.

Despois, os diferentes factores de transcrición ensámblanse sobre o "núcleo" do complexo. O TFII A estabiliza o complexo TFII D-ADN, o TFII B e o TFII E únense ao ADN, despois únese o TFII F,
que é unha helicase dependente do ATP, e por último únese a ARN polimerase II. Este complexo aínda non pode iniciar a transcrición a unha velocidade significativa. Son necesarios factores de transcrición adicionais. Entre eles o CTF (NF1), que se une á caixa CAAT, e o Sp 1, que se une ás caixas GC, que se denominan trans-activadores.
Ademais, as secuencias amplificadoras (*enhancers*, «cis activadores») son activadas por proteínas activadoras. Fórmase un bucle no ADN que fai que as zonas amplificadoras, que estaban a bastante distancia, queden ao lado da caixa TATA, de modo que as proteínas activadoras situadas sobre os amplificadores (*enhancers*) quedan en contacto coa caixa TATA.

A **elongación** pode entón comezar. O fenómeno central da elongación é a fosforilación do dominio CTD (Dominio Carboxi Terminal), da subunidade de 220 kDa da ARN polimerase II. É un dominio rico en serina e en treonina, que son dous aminoácidos que poden ser fosforilados nos seus grupos -OH. A fosforilación do dominio CTD polo TFII H (unha proteína quinase dependente de ATP) causa que a ARN polimerase se desprace ata o sitio de inicio da transcrición. A adición secuencial de ribonucleótidos para fabricar o transcrito de ARN pode xa comezar. A ARN polimerase comproba que os ribonucleótidos forman as pontes de hidróxeno correctas (emparellamento de bases correcto) e úneos por enlace fosfodiéster.

A **terminación** está determinada por secuencias sinal específicas, como o sinal de poliadenilación AAUAAA. A polimerase continúa a súa transcrición ata un pouco máis adiante desa secuencia e despois libérase pola acción de diversos factores. A transcrición propiamente dita está xa rematada, pero o ARN obtido non é aínda funcional e debe sufrir unha maduración.

Durante a **maduración** o extremo 3' do ARN é escindido no sinal de poliadenilación e unha polimerase específica (a poliA polimerase ou PAP) engade moitos residuos de adenina (50 nos lévedos e 200 nos eucariotas superiores) formando a cola poli-A (que non estaba codificada no ADN), que lle dá estabilidade á molécula.
No extremo 5' engádese unha *carapucha* de metilguanosina, que é necesaria para o recoñecemento do ARN durante a tradución nos ribosomas. A última fase da maduración é a eliminación dos intróns, zonas non codificantes características dos eucariotas, intercaladas na rexión codificante do xene. Esta eliminación denomínase splicing do ARN, realizado por un complexo nucleoproteico chamado espliceosoma. Agora o ARNm está listo para ir ao citoplasma e ser traducido.

### Transcrición realizada pola ARN polimerase I 
A ARN polimerase I eucariótica realiza a transcrición da maior parte do ARNr. Primeiramente transcribe unha gran molécula de ARNr 45S, que despois se escinde nos tres ARNr de 28, 18 e 5,8S. O xene do ARNr de 45S atópase nunhas zonas dos cromosomas 13, 14, 15, 21 e 22 humanos chamadas organizadores nucleolares. En cada un destes cromosomas hai unhas 40 copias do xene. O nucléolo orixínase pola transcrición intensa nestes xenes.
Nos xenes do ARNr 45S, o recoñecemento da caixa TATA non se pode facer directamente. Cómpre primeiro recoñecer outras dúas zonas de consenso: o promotor central arredor da posición +1 e a secuencia chamada UCE (*upstream control element*). O factor UBFI recoñece a UCE, o que provoca a curvatura do ADN. Deste modo, a caixa TATA pode ser recoñecida pola proteína de unión á TATA (TBP) e os tres factores TAFI de SLI. A ARN polimerase I é recrutada nese momento e pode comezar a facer a transcrición directamente (sen necesidade do CTD coma no caso do ARNm). Esta síntese detense bruscamente cando se chega ás secuencias de terminación.

### Transcrición realizada pola ARN polimerase III 
A ARN polimerase III eucariótica transcribe os xenes dos ARNt, do ARNr 5S e doutros ARN pequenos, que están espallados polo xenoma. Os mecanismos son diferentes para cada un dos casos, pero a súa particularidade principal é que posúen promotores internos, é dicir, situados despois da posición +1.

* Os xenes dos ARNt posúen dúas secuencias consenso: as caixas A e B, que son recoñecidas polo factor TFIIIC. Despois pode fixarse o TFIIIB coa súa proteína de unión á TATA (TBP) e os seus dous factores TAFIII. Recrútase a continuación a ARN polimerase III. Entón o TFIIIC deslígase e a síntese pode comezar.
* Os xenes dos ARNr 5S posúen unha caixa C recoñecida polo TFIIIA. Fíxanse seguidamente TFIIIC e B. Recrútase a ARN polimerase e deslíganse os factores TFIIIA e C. A síntese xa pode comezar.
* Na transcrición dos ARN pequenos utilízanse diversos factores intermediarios que permiten a fixación de TAFIII e da TBP de TFIIIB. Recrútase a polimerase e a síntese principia.

## Reversotranscrición 
A reversotranscrición consiste en facer unha copia complementaria de ADN tomando como molde un ARN. É o contrario da transcrición e un proceso moi diferente no que interveñen outros encimas. Mencionámolo aquí porque ten un nome parecido, pero debe ser tratado noutro artigo. Poden facela os encimas dos retrovirus (reversotranscriptase) e certos encimas eucarióticos (telomerase, retrotransposóns).

## Notas 
## Véxase tamén 
### Outros artigos 
* ARN polimerase
* Tradución (proteínas)
* Splicing
* Reversotranscrición

### Ligazóns externas 
* YouTube.com Vídeo explicativo da transcrición en eucariotas (en inglés).
* Interactive Java simulation of transcription initiation.From Center for Models of Life at the Niels Bohr Institute.
* Interactive Java simulation of transcription interference--a game of promoter dominance in bacterial virus.From Center for Models of Life at the Niels Bohr Institute.
* Biology animations about this topic under Chapter 15 and Chapter 18
* Virtual Cell Animation Collection, Introducing Transcription