RNA polimerasa

Qué es la ARN polimerasa

Para fabricar ARN, la enzima lee la secuencia de nucleótidos de una de las dos hebras del ADN y, siguiendo las reglas del apareamiento de bases nitrogenadas, ensambla una cadena complementaria en dirección 5' a 3'. No necesita un cebador para iniciar la síntesis (la ADN polimerasa, en cambio, sí lo requiere), pero tampoco actúa sola: necesita reconocer una región reguladora del ADN, el promotor, con la ayuda de proteínas auxiliares conocidas como factores de transcripción.

El nombre combina «ARN», el producto que sintetiza, con «polimerasa», del griego πολύς (polýs, «mucho») y μέρος (méros, «parte»), en alusión a que la enzima construye un polímero uniendo subunidades nucleotídicas una tras otra. Jeremiah Hurwitz en Nueva York y Samuel Weiss en Chicago identificaron esta actividad enzimática de forma independiente en 1960, apenas siete años después de que Watson y Crick publicaran el modelo de la doble hélice.

Polimerasas eucariotas: tipos I, II y III

En las bacterias, una sola ARN polimerasa se encarga de transcribir todos los genes. Su estructura es conocida: un núcleo formado por las subunidades α₂ββ'ω al que se asocia un factor sigma (σ) encargado de dirigir la enzima hacia el promotor correcto. Terminada la iniciación, el factor sigma se libera y el núcleo continúa la síntesis.

Las células eucariotas, en cambio, distribuyen la tarea entre tres polimerasas nucleares, cada una especializada en un tipo de ARN. La ARN polimerasa I opera en el nucléolo y transcribe los precursores del ARN ribosómico (los grandes ARNr 28S, 18S y 5,8S). La ARN polimerasa III sintetiza los ARN de transferencia, el ARN ribosómico 5S y el snRNA U6. Y la ARN polimerasa II, con mucho la más estudiada de las tres, transcribe todos los genes que codifican proteínas y buena parte de los ARN no codificantes, incluida la mayoría de los snRNA.

Roger Kornberg, de la Universidad de Stanford, resolvió la estructura tridimensional de la ARN polimerasa II de levadura mediante cristalografía de rayos X y recibió el Premio Nobel de Química en 2006 por ese trabajo. Un dato que no pasó inadvertido a la comunidad científica: su padre, Arthur Kornberg, había obtenido el Nobel de Medicina en 1959 por el descubrimiento de la ADN polimerasa, la enzima encargada de copiar el ADN. Padre e hijo, cada uno con su polimerasa y cada uno con su Nobel. La enzima purificada contiene 12 subunidades en levaduras y en humanos, con un canal por el que entra el ADN y otro por el que sale la cadena naciente de ARN.

Preguntas frecuentes

¿De dónde viene el término polimerasa?

Del griego πολύς («mucho») y μέρος («parte»), combinados con el sufijo «-asa» que identifica a las enzimas. El nombre describe lo que hace la enzima: construir un polímero (en este caso, una cadena de ARN) uniendo piezas individuales, los nucleótidos trifosfato, mediante enlaces fosfodiéster.

¿Cuál es la diferencia entre ARN polimerasa y ADN polimerasa?

Ambas copian información genética, pero difieren en el producto y en el contexto. La ADN polimerasa sintetiza ADN a partir de ADN durante la replicación del genoma, y necesita un cebador de ARN para comenzar. La ARN polimerasa fabrica ARN a partir de ADN durante la transcripción y puede iniciar la cadena sin cebador previo.

¿Las tres polimerasas eucariotas se parecen entre sí?

Sí, comparten cinco subunidades comunes y un diseño general conservado. Las diferencias residen en subunidades específicas que determinan a qué promotores se dirige cada una y qué factores de transcripción necesita para arrancar. Todas requieren una proteína llamada TBP (del inglés TATA-binding protein) en algún punto de la iniciación, lo que sugiere un origen evolutivo compartido.

¿Existe ARN polimerasa en las mitocondrias?

Sí. Las mitocondrias poseen su propia ARN polimerasa, codificada por un gen del núcleo celular. Se trata de una enzima mucho más sencilla, formada por una sola cadena polipeptídica, emparentada estructuralmente con las polimerasas de ciertos bacteriófagos (como el fago T7). No tiene relación evolutiva directa con las tres polimerasas nucleares.

Referencias

1. Cooper GM. Eukaryotic RNA Polymerases and General Transcription Factors. The Cell: A Molecular Approach. NCBI Bookshelf.
2. Alberts B et al. From DNA to RNA. Molecular Biology of the Cell. NCBI Bookshelf.
3. National Human Genome Research Institute (NHGRI). Transcripción. Glosario parlante de términos genómicos y genéticos.
4. MedlinePlus. ¿Cómo los genes dirigen la producción de proteínas?.