Introducción al ARN mensajero

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Análisis:

Descubrimiento del ARN mensajero

Conceptos básicos

La transcripción es el proceso de síntesis de ARN utilizando el ADN como plantilla en células procarióticas y eucariotas.

El proceso de transcripción es similar en procariotas y eucariotas. Incluyendo la desnaturalización del ADN, la ARN polimerasa se une al ADN monocatenario para sintetizar moléculas de ARN en la dirección 5′→3′. Sólo una hebra de la doble hebra sirve como plantilla de transcripción para sintetizar una molécula de ARN monocatenaria. Las secuencias promotoras y terminadoras determinan el inicio y la terminación de la transcripción.

En E.coli la ARN polimerasa transcribe diversos ARN (ARNm, ARNt y ARNr). Hay tres tipos diferentes de ARN polimerasas en células eucariotas con diferentes funciones. El ARN pol I transcribe 3 de los 4 rRNA; el RNA pol II transcribe el ARNm y algunos snRNA; el RNA pol III transcribe el cuarto rRNA, el tRNA y los snRNA restantes.

A diferencia de E.coli RNA pol, ninguno de los tres RNA pols eucariotas se une directamente a la región promotora, sino que inicia la síntesis de ARN mediante la mediación de factores de iniciación de la transcripción. Para cada ARN polimerasa, el factor de transcripción es específico y reconoce secuencias específicas en el promotor.

El promotor de un gen codificante de proteínas se sitúa aguas arriba del sitio de inicio de la transcripción y está compuesto por diferentes combinaciones de elementos promotores. Los factores de transcripción específicos y los factores reguladores se unen a estos elementos y promueven el inicio de la transcripción de RNA pol II. El potenciador está lejos del promotor y puede ser reconocido y unido por factores reguladores y tiene la función de promover la transcripción genética.

El promotor transcrito por RNA pol III se sitúa aguas abajo, dentro de la secuencia codificante de su gen. Este tipo de promotor está compuesto por diferentes combinaciones de regiones funcionales según el tipo de ARN transcrito. Los factores de transcripción reconocen estas regiones funcionales y promueven el inicio de la transcripción mediante la ARN polimerasa.

Los ARNr 18S, 5.8S y 28S se transcriben juntos como una unidad de transcripción para producir moléculas de ARN precursoras. Los ARNr 18S, 5-8S y 28S de la mayoría de los eucariotas están dispuestos en repeticiones en tándem, con cada unidad repetida separada por secuencias espaciadoras (NT) no transcritas. El promotor de la unidad de transcripción se encuentra en el NTS y ​​su función es combinarse con factores de transcripción específicos para promover el inicio de la transcripción del ARN pol I.

Desde la aparición de las leyes de Mendel, la gente sabe que varios rasgos biológicos están controlados por genes. El establecimiento de la teoría de un gen, una enzima aclaró aún más que los genes se controlan en forma de enzimas mediante el control de cadenas de reacciones bioquímicas. ¿Cuál es la relación entre las enzimas o proteínas y los genes? En otras palabras, ¿cómo se transmite la información genética y cómo se expresa en rasgos? Apenas tres años después de que Watson y Crick establecieran el modelo de doble hélice del ADN, Crick propuso en 1957 el dogma central, que señalaba la dirección de transmisión de la información genética:

ADN → ARN → Proteína

ADN ARN → Proteína

(Después de que H.Temin y D.Baltimore descubrieran la transcriptasa inversa en 1970, Crick hizo algunas modificaciones al método central:

Es decir, ADN transmite información genética al ARN a través de la transcripción, y el ARN transmite información a las proteínas a través de la traducción (Figura 12-1). A través de esta transmisión unidireccional, la información genética pasa a través de diferentes formas de proteínas, como enzimas, proteínas estructurales, proteínas de transporte. las proteínas reguladoras, etc. se expresan en un rasgo

Sección 1 Descubrimiento de mensajeros

Este tipo de información genética almacenada en las moléculas de ADN se puede producir durante la replicación y se traduce en proteínas. La función del ADN constituye el flujo de información. ¿Cómo se convierte la información genética en proteínas?

Cuando se expresa un gen, una hebra de ADN se utiliza como plantilla para sintetizar ARN. Este proceso se llama transcripción. La enzima que cataliza la síntesis de ARN se llama ARN polimerasa. Las estructuras del ARN y el ADN son similares, pero las diferencias son: (1) el ARN generalmente existe en forma monocatenaria; (2) el C′-2 de la ribosa en el ARN no está desoxigenado (3) la uridina (U) reemplaza; ADN timidina en. Hay tres tipos de ARN en las células: ARNm (ARN mensajero), ARNt (ARN de transferencia) y ARNr (ARN ribosómico). Sus funciones varían. El ARNm es la plantilla para la síntesis de proteínas, el ARNt es el vehículo para transportar aminoácidos específicos y el ARNr es el dispositivo para la síntesis de proteínas. La secuencia de bases del ARNm determina la secuencia de aminoácidos durante el ensamblaje de proteínas.

En 1955, Brachet realizó experimentos con puntas de raíces de cebolla y amebas; si se añadiera RNasa para degradar el ARN en las células, la síntesis de proteínas se detendría. Si se añadiera ARN extraído de la levadura, volvería a ser posible. Algunas proteínas se resintetizan, lo que demuestra que la síntesis de proteínas depende del ARN.

Ese mismo año, Goldstein y Plaut utilizaron isótopos para marcar los precursores de ARN de Amoeba proteus y descubrieron que el ARN marcado estaba todo en el núcleo, lo que indica que el ARN se sintetizaba en el núcleo. En experimentos de persecución de pulsos, los precursores de ARN se marcan con pulsos cortos y luego los núcleos se transfieren a amebas no marcadas. Después de un período de tiempo, se encontró que las moléculas de ARN marcadas estaban en el citoplasma, lo que indica que el ARN se sintetiza en el núcleo y luego se transfiere al citoplasma, donde se sintetizan las proteínas. Por lo tanto, el ARN se convierte en el portador de información entre el ADN y el ADN. Proteínas mejor candidatas a mensajeras.

En 1956, Elliot Volkin y Lawrence Astrachan hicieron una observación interesante: cuando E.coli se infectaba con T2, la síntesis de ARN se detenía rápidamente, pero el ARN del fago comenzaba a sintetizarse rápidamente. El marcaje isotópico por seguimiento de pulsos mostró que el ARN del fago se sintetizaba en un período de tiempo muy corto pero luego desaparecía, lo que indica que la vida media del ARN era muy corta. Dado que la proporción de bases de este ARN recién sintetizado es similar a la proporción de bases del ADN de T2, pero diferente de la proporción de bases de las bacterias, se puede determinar que el ARN recién sintetizado es el ARN de T2. Dado que el ADN se inyecta cuando T2 infecta bacterias y el ARN se sintetiza en las células, se puede ver que el ADN es la plantilla para sintetizar el ARN. La evidencia más convincente proviene de experimentos de hibridación de ADN-ARN. Hall.B.D y Spiegeman,S. aislaron el ARN producido inmediatamente después de que el fago T2 infectara E.coli y realizaron una hibridación molecular con el ADN de T2 y E.coli respectivamente. Los resultados mostraron que este ARN solo puede hibridarse con el ADN de T2. formar una cadena "híbrida" y no puede hibridarse con el ADN de E. coli. Muestra que el ARN (es decir, ARNm) producido por T2 es complementario al menos a una hebra del ADN de T2.

Brenner, s. Jacob, F. y Meselson (1961) realizaron una serie de experimentos (Figura 12-2). Cultivaron E. coli en medio 15N/13C, para marcar ARN y proteínas sintéticos. con isótopos "pesados". Es decir, todos los ribosomas, ARN y proteínas "pesados" son bacterianos. Luego, E. coli se infecta con T2. ​​El ARN bacteriano deja de sintetizarse y el ARN de T2 comienza a sintetizarse. En este momento, se utiliza un medio de cultivo "ligero". Se utiliza (14N/12C), pero el ARN T2 recién sintetizado está marcado con 32P y la proteína T2 recién sintetizada está marcada con 35S, por lo que los ribosomas, el ARN y las proteínas recién sintetizados son "ligeros" pero contienen isótopos radiactivos.

Después de cultivar durante un período de tiempo, las células se rompieron, se añadió un exceso de ribosomas ligeros como control y se realizó una centrifugación en gradiente de densidad. Los resultados mostraron que los ribosomas "ligeros" no tenían radioactividad, mientras que los ribosomas "pesados" sí la tenían. 32P y 35S, que indican (1) T2 no sintetiza ribosomas, pero los ribosomas "ligeros" se agregan más tarde. (2) Cuando se traduce T2, toma prestados los ribosomas originalmente sintetizados por bacterias, por lo que los ribosomas no tienen especificidad. La especificidad de secuencia del ARNm unido a los ribosomas es la información genética que guía la síntesis de proteínas. que el ARNm es la evidencia del "mensajero". Por eso llamaron "mensajeros" a la sustancia que transmite información genética del ADN a las proteínas. Predijeron que (1) este "mensajero" debería ser un polinucleótido; (2) ② su peso molecular promedio no es inferior a 5-105 (suponiendo que la proporción de códigos sea 3), que es suficiente para transportar la información genética de un gen. (3) están al menos temporalmente unidos a los ribosomas; (4) su composición de bases refleja la secuencia del ADN (5) pueden actualizarse a alta velocidad; Volkin y Astrachan descubrieron que la rápida actualización del ARN parecía cumplir las condiciones anteriores. Jacob y Monod lo denominaron ARN mensajero (Messenger RNA) o ARNm.