ARN Polimerasa e Inicio de la Transcripción

Las ARN polimerasas son enzimas dependientes del ADN que sintetizan ARN a partir de una plantilla de ADN, y el inicio de la transcripción es la primera fase limitante de la velocidad en la que la enzima localiza un promotor, desenrolla el ADN y comienza a producir ARN. Dado que el inicio es donde converge la mayor parte de la regulación, la estructura de la polimerasa y los pasos que la comprometen con un gen son fundamentales para comprender la expresión génica.

Definition

Las ARN polimerasas dependientes del ADN son enzimas que catalizan la síntesis de ARN dirigida por una plantilla a partir de ribonucleósidos trifosfato; el inicio de la transcripción es el conjunto de pasos desde la unión al promotor, pasando por la formación del complejo abierto, hasta la síntesis de los primeros enlaces fosfodiéster y el escape hacia la elongación.

Scope

El tema abarca la enzima catalítica ARN polimerasa y los eventos de iniciación: el reconocimiento del promotor (en bacterias a través de factores sigma, en eucariotas a través de factores de transcripción generales), la formación del complejo abierto, la iniciación abortiva y el escape del promotor hacia la elongación productiva. Trata la enzima y su primer paso de compromiso de manera mecanicista y es de carácter educativo-referencial, no una guía clínica.

Core questions

• ¿Cómo reconoce la ARN polimerasa un promotor y posiciona su sitio activo en el sitio de inicio?
• ¿Qué convierte un complejo promotor cerrado en un complejo abierto competente para la transcripción?
• ¿Por qué el escape del promotor es un paso distinto, a menudo limitante de la velocidad?

Key concepts

• Enzima central y holoenzima
• Factor sigma (bacteriano) y factores de transcripción generales (eucariotas)
• Complejos promotores cerrados y abiertos
• Iniciación abortiva
• Escape del promotor
• Catálisis de dos iones metálicos en el sitio activo

Mechanisms

La iniciación comienza cuando la ARN polimerasa, guiada por un factor de especificidad, se une al ADN del promotor para formar un complejo cerrado; el desenrollamiento local produce entonces un complejo abierto que expone la hebra molde en la hendidura del sitio activo. La enzima sintetiza ARN cortos en ciclos abortivos repetidos antes de escapar del promotor y liberar su factor de iniciación para entrar en la elongación procesiva. Las estructuras de alta resolución de la ARN polimerasa II mostraron la arquitectura conservada del sitio activo y la pinza que subyacen a estas transiciones, y los estudios de molécula única y de ARN naciente revelaron que la retención del factor de iniciación y la pausa post-iniciación son características generalizadas de la transición de la iniciación a la elongación.

Clinical relevance

Las ARN polimerasas son dianas de antibióticos y toxinas de importancia clínica (por ejemplo, agentes que actúan sobre la polimerasa bacteriana y amatoxinas que actúan sobre la Pol II eucariota), y la alteración de la iniciación contribuye a los programas de genes de enfermedades. Esta entrada describe la enzimología a nivel de referencia y no proporciona orientación terapéutica.

History

El descubrimiento de que los eucariotas contienen múltiples ARN polimerasas dependientes del ADN (Roeder y Rutter, 1969) distinguió las enzimas que inician la transcripción de diferentes clases de genes. La estructura atómica de la ARN polimerasa II de Cramer, Bushnell y Kornberg en 2001 proporcionó una imagen mecanicista de la máquina catalítica, y los métodos de ARN naciente a escala genómica mostraron más tarde la iniciación como un paso dinámico y frecuentemente pausado.

Key figures

• Robert G. Roeder
• Roger Kornberg
• Patrick Cramer
• Richard H. Ebright

Seminal works

• roeder-rutter-1969
• cramer-2001

Frequently asked questions

¿Cuál es la diferencia entre la enzima central y la holoenzima?

La enzima central tiene la actividad catalítica para producir ARN, mientras que la holoenzima añade un factor de especificidad de iniciación (como el sigma bacteriano) que le permite reconocer promotores e iniciar la transcripción en el sitio correcto.

¿Por qué se considera el escape del promotor un paso separado?

Después de producir el primer ARN corto, la polimerasa a menudo libera y vuelve a producir productos abortivos antes de romper los contactos con el promotor y comprometerse con la elongación procesiva, por lo que el escape es una transición distinta y regulada.