El empalme representa un proceso crucial durante la transcripción en el núcleo de eucariotas, en el que el ARNm maduro emerge del pre-ARNm. En este proceso, se eliminan los intrones que todavía están presentes en el pre-ARNm después de la transcripción, y los exones restantes se combinan para formar el ARNm final.
¿Qué es el empalme?
El primer paso en gen La expresión se llama transcripción. En este proceso, se sintetiza ARN, utilizando ADN como plantilla. El dogma central de la biología molecular es que el flujo de información genética es desde el ADN portador de información hasta el ARN y la proteína. El primer paso en gen la expresión es la transcripción. En este proceso, se sintetiza ARN, utilizando ADN como plantilla. El ADN es el portador de información genética, que se almacena allí con la ayuda de un código que consta de cuatro bases adenina, timina, guanina y citosina. Durante la transcripción, el complejo de proteína ARN polimerasa lee la secuencia de bases del ADN y produce el correspondiente "ARN pre-mensajero" (pre-ARNm para abreviar). En este proceso, siempre se inserta uracilo en lugar de timina. Los genes están compuestos por exones e intrones. Los exones son aquellas partes del material genético que realmente codifican información genética. Los intrones, por otro lado, representan secciones no codificantes dentro de un gen. Los genes almacenados en el ADN se intercalan, por tanto, con segmentos largos que no corresponden a aminoácidos en la proteína posterior y no contribuyen a la traducción. Un gen puede tener hasta 60 intrones, con longitudes entre 35 y 100,000 nucleótidos. En promedio, estos intrones son diez veces más largos que los exones. El pre-ARNm formado en el primer paso de la transcripción, también conocido como ARNm inmaduro, todavía contiene exones e intrones. Aquí es donde comienza el proceso de empalme. Los intrones deben eliminarse del pre-ARNm y los exones restantes deben unirse. Solo entonces el ARNm maduro puede abandonar el núcleo e iniciar la traducción. El empalme se realiza principalmente con la ayuda del espliceosoma. Está compuesto por cinco snRNP (pequeñas partículas nucleares de ribonucleoproteína). Cada uno de estos snRNPs consta de un snRNA y proteínas. Algún otro proteínas que no forman parte de los snRNP también forman parte del espliceosoma. Los empaliceosomas se dividen en espliceosomas mayor y menor. El espliceosoma principal procesa más del 95% de todos los intrones humanos, y el espliceosoma menor maneja principalmente los intrones ATAC. Por explicar el empalme, Richard John Roberts y Phillip A. Sharp recibieron el Premio Nobel de Medicina en 1993. Por su investigación sobre el empalme alternativo y la acción catalítica del ARN, Thomas R. Cech y Sidney Altman recibieron el Premio Nobel de Química en 1989 .
Función y tarea
En el proceso de empalme, el espliceosoma se forma de nuevo cada vez a partir de sus partes individuales. En los mamíferos, snRNP U1 primero se une al sitio de empalme 5 'e inicia la formación del resto del espliceosoma. El snRNP U2 se une al sitio de ramificación del intrón. Después de esto, el tri-snRNP también se une. El espliceosoma cataliza la reacción de empalme mediante dos transesterificaciones sucesivas. En la primera parte de la reacción, un oxígeno átomo del grupo 2′-OH de un adenosina de la "secuencia de punto de bifurcación" (BPS) ataca un fósforo átomo de un enlace fosfodiéster en el sitio de empalme 5 '. Esto libera el exón 5 'y el intrón circula. La oxígeno El átomo del grupo 3′-OH ahora libre del exón 5′ se une ahora al sitio de empalme 3′, conectando los dos exones y liberando el intrón. De este modo, el intrón adquiere una conformación en forma de Schligen, denominada lazo, que posteriormente se degrada. Por el contrario, los espliceosomas no juegan ningún papel en el empalme autocatalítico (autoempalme). Aquí, los intrones están excluidos de la traducción por la estructura secundaria del propio ARN. El empalme enzimático de ARNt (ARN de transferencia) ocurre en eucariotas y arqueas, pero no en bacterias fotosintéticas. El proceso de empalme debe ocurrir con extrema precisión exactamente en el límite exón-intrón, ya que una desviación de un solo nucleótido Lead a la codificación incorrecta de aminoácidos y por lo tanto a la formación de completamente diferentes proteínas. El empalme de un pre-ARNm puede variar debido a las influencias ambientales o al tipo de tejido. Esto significa que se pueden formar diferentes proteínas a partir de la misma secuencia de ADN y, por lo tanto, el mismo pre-ARNm. Este proceso se denomina empalme alternativo. Una célula humana contiene alrededor de 20,000 genes, pero es capaz de formar varios cientos de miles de proteínas debido al empalme alternativo. Aproximadamente el 30% de todos los genes humanos presentan empalme alternativo. El empalme ha jugado un papel importante en el curso de la evolución. Los exones a menudo codifican dominios únicos de proteínas, que pueden combinarse de diversas formas. Esto significa que se puede generar una gran variedad de proteínas con funciones completamente diferentes a partir de unos pocos exones. Este proceso se llama mezcla de exones.
Enfermedades y trastornos
Algunas enfermedades hereditarias pueden surgir en estrecha asociación con el empalme. Las mutaciones en los intrones no codificadores normalmente no Lead a defectos en la formación de proteínas. Sin embargo, si se produce una mutación en una parte de un intrón que es importante para la regulación del empalme, esto puede Lead al empalme defectuoso del pre-ARNm. El ARNm maduro resultante codifica entonces proteínas defectuosas o, en el peor de los casos, perjudiciales. Este es el caso, por ejemplo, en algunos tipos de beta-talasemia, un hereditario anemia. Otros representantes de enfermedades que surgen de esta manera incluyen El síndrome de Ehlers-Danlos (EDS) tipo II y atrofia muscular en la columna.
