A
B
X
Y
🧬 Introducción a la Biología Celular y Molecular
Tema 3 · Transcripción del ADN

ARN Polimerasas
y el Mecanismo de la
Transcripción

Promotores · Iniciación · Elongación · Terminación
Procariotas y Eucariotas

A
3.1 ARN Polimerasas
B
Mecanismo E. coli
X
ARN Pol Eucariotas
Y
Promotores y Factores

Nivel Principiante · Biología Celular y Molecular · Tema 3.1–3.2

🔬
Diapositiva 02 · Introducción
¿Qué es una ARN Polimerasa?
Definición
La ARN polimerasa es una enzima esencial cuyo papel principal es la transcripción: la síntesis de ARN a partir de una plantilla de ADN. Está presente en todos los organismos vivos.
Dogma Central
ADN → ARN → Proteína
La información fluye en ese orden. La ARN polimerasa cataliza el primer paso: la transcripción, que determina qué genes se activan en un momento dado.
¿Por qué importa?
  • Determina qué genes se activan o desactivan en cada momento
  • Impacta la producción de proteínas y la función celular
  • Permite a las células responder a cambios del entorno
  • Disfunciones causan enfermedades genéticas, cáncer y trastornos del desarrollo
  • La ARN Pol bacteriana es blanco de antibióticos (ej. rifampicina)
Síntesis — dirección
La síntesis siempre procede en dirección 5' → 3' (ARN creciente). La plantilla se lee en dirección 3' → 5'. El pirofosfato liberado se hidroliza a 2Pᵢ, lo que impulsa la reacción hacia la síntesis.
🎯
Diapositiva 03 · Objetivos
Al terminar este tema podrás…
1
Identificar la estructura de la ARN Polimerasa de E. coli (subunidades α₂ββ'σ), distinguiendo el núcleo enzimático del holoenzima y explicando la función de cada subunidad.
2
Describir el mecanismo de transcripción en procariotas: reconocimiento del promotor (-35 y -10), transición cerrado→abierto, iniciación, elongación abortiva, elongación productiva y terminación (ρ-independiente y ρ-dependiente).
3
Comparar las tres ARN polimerasas eucariotas (Pol I, II y III), sus localizaciones, los ARN que sintetizan y su sensibilidad a la α-amanitina.
4
Explicar el papel de los factores generales de transcripción (GTFs) para la ARN Pol II eucariota: TFIID (TBP), TFIIB, TFIIF, TFIIE, TFIIH y su ensamble en el complejo de preiniciación.
Temas cubiertos
3.1 ARN Polimerasas  3.2 Mecanismo de Transcripción  Promotores  Iniciación / Elongación / Terminación
🦠
Diapositiva 04 · Sección 3.1
ARN Polimerasa de E. coli — Estructura y subunidades
Dato clave
En bacterias existe una sola ARN polimerasa que sintetiza todos los tipos de ARN: ARNm, ARNr y ARNt.
Holoenzima vs. Núcleo
⚙️
Holoenzima: α₂ββ'σ
= Núcleo + σ (sigma). Puede iniciar la transcripción de forma precisa en el promotor. La σ confiere especificidad.
🔩
Núcleo: α₂ββ'
Sin subunidad σ. Solo puede elongar una cadena de ARN en crecimiento; no puede iniciar transcripción específica.
Subunidades y funciones
SubunidadTamañoGenFunción principal
β'160 kDarpoCCentro catalítico (con β)
β155 kDarpoBCentro catalítico; blanco de rifampicina
α (×2)40 kDarpoAEnsamble; une secuencia UP del promotor
σ (sigma)70 kDarpoDEspecificidad del promotor; une -10 y -35
Definición de promotor
1. La secuencia de ADN requerida para la iniciación precisa de la transcripción.
2. La secuencia de ADN a la que se une la ARN polimerasa para iniciar la transcripción correctamente.
🔍
Diapositiva 05 · Sección 3.1 — Promotores
Promotores bacterianos y el factor σ (sigma)
Modo de acción del factor σ
Sin σ — Núcleo
El núcleo tiene alta afinidad por el ADN en general. t½ de disociación ≈ 60 min. Útil para elongación, pero no para iniciar en el sitio correcto.
Con σ — Holoenzima
La afinidad por ADN general disminuye ~10⁴ veces. t½ ≈ 1 segundo en ADN inespecífico. Pero t½ de orden de horas en secuencias promotoras. Esto garantiza que la polimerasa se una solo donde debe.
Importancia médica
Existen factores σ alternativos que reconocen distintos promotores según condiciones ambientales. Por ejemplo σ³² activa genes de choque térmico cuando la célula está bajo estrés.
Sitios del promotor bacteriano
Región -35
Secuencia consenso: TTGACA. El factor σ la reconoce y se une para posicionar inicialmente la polimerasa.
Región -10 (Caja Pribnow)
Secuencia consenso: TATAAT. El factor σ también la reconoce y facilita la separación de las hebras de ADN.
Factores σ alternativos en E. coli
σ⁷⁰ genes constitutivos   σ³² choque térmico   σ²⁸ flagelos   σ⁵⁴ nitrógeno
▶️
Diapositiva 06 · Sección 3.2 — Mecanismo
Iniciación y Elongación de la transcripción
Eventos en la iniciación (paso a paso)
01
Complejo cerrado

El holoenzima se une al promotor → complejo cerrado. El ADN aún no está desenrollado.

02
Transición cerrado → abierto

La polimerasa funde ~12 pb de ADN → complejo abierto. Se forma la "burbuja de transcripción".

03
Formación del complejo ternario

Los nucleótidos iniciales se unen y se forma el primer enlace fosfodiéster → complejo ternario (Polimerasa–ADN–ARN).

04
Iniciación abortiva

La polimerasa sintetiza transcritos cortos (~6 nt) y los libera repetidamente. Esta fase termina cuando el ARN naciente (~6 nt) se une a un segundo sitio de ARN en la enzima.

05
Escape del promotor — σ se separa

La enzima transloca a una nueva posición. El factor σ abandona el complejo. El "pulgar" de la enzima envuelve el ADN, fijando la procesividad → comienza la elongación.

Elongación — datos clave
La enzima cubre ~60 pb de ADN · Burbuja de transcripción: ~17 pb desenrollados · Velocidad: ~50 nt/seg (mucho más lento que la replicación: ~1000 nt/seg).
⏹️
Diapositiva 07 · Sección 3.2 — Terminación
Terminación de la transcripción en Procariotas
Terminación ρ-independiente (intrínseca)
💈
¿Cómo funciona?
  • El ARN sintetizado forma una estructura de horquilla (hairpin) rica en G-C
  • Seguida de una secuencia de U's (uridinas)
  • La horquilla desestabiliza el complejo ARN-ADN
  • La cadena de U's tiene baja afinidad por el ADN → la polimerasa se cae y libera el ARN
En eucariotas (ARNm)
Se usa la señal de poliadenilación: la secuencia AAUAAA dirige el corte del ARN y la adición de la cola poli(A) al extremo 3'.
Terminación ρ-dependiente
🔓
¿Cómo funciona?
  • El factor Rho (ρ) es una proteína hexamérica con actividad helicasa y ATPasa
  • Se une al ARN naciente en regiones sin estructura secundaria (rut sites)
  • Rho "persigue" a la ARN polimerasa hacia adelante
  • Cuando la polimerasa hace pausa, Rho la alcanza y desenrolla el híbrido ADN-ARN
  • Requiere ATP para funcionar
Comparación rápida
ρ-independiente No requiere proteína auxiliar · Horquilla + U's.
ρ-dependiente Requiere factor Rho + ATP · Sin estructura clara en ARN.
🧫
Diapositiva 08 · Sección 3.1 — Eucariotas
Las 3 ARN Polimerasas Eucariotas
Diferencia clave con procariotas
Los eucariotas tienen 3 ARN polimerasas nucleares diferentes, cada una especializada en un tipo de ARN. Cada una es una proteína grande con 8–14 subunidades (~500 kDa).
ARN Polimerasa Localización Sintetiza Sensibilidad α-amanitina
Pol I Nucléolo Pre-ARNr (ARN ribosomal) Ninguna (resistente)
Pol II Nucleoplasma Pre-ARNm · algunos ARNsn Inhibida a bajas concentraciones (0.03 μg/ml)
Pol III Nucleoplasma Pre-ARNt · ARNs pequeños Inhibida a altas concentraciones (100 μg/ml)
⭐
ARN Pol II — La más importante
Responsable de la transcripción de genes que codifican proteínas. Su subunidad mayor tiene un dominio C-terminal (CTD) con repeticiones tándem de Tyr-Ser-Pro-Thr-Ser-Pro-Thr (~50 repeticiones en mamíferos). La fosforilación del CTD es crucial para la transición de iniciación a elongación.
🔗
Homología con procariotas
Las dos subunidades más grandes de las Pol eucariotas son homólogas a β' y β bacterianas. La subunidad ~40 kDa es homóloga a α. Algunos subunidades son comunes a las 3 polimerasas eucariotas.
🧩
Diapositiva 09 · Promotores Eucariotas
Promotores de ARN Pol II y Factores Generales de Transcripción
Elementos del promotor de Pol II
Caja TATA
Secuencia consenso TATAAA ~25–30 pb corriente arriba del inicio. Reconocida por TBP (TATA-Binding Protein) de TFIID.
Iniciador (Inr)
Cubre el sitio de inicio de transcripción (+1). Funciona en promotores sin caja TATA.
Cajas GC y CCAAT
Elementos corriente arriba que potencian la transcripción. Reconocidos por factores específicos.
Enhancers (potenciadores)
Pueden estar a miles de pb del gen; actúan en cualquier orientación. Aumentan la eficiencia de la transcripción.
Factores Generales de Transcripción (GTFs)
FactorFunción principal
TFIID (TBP)Reconoce la caja TATA; primer factor en unirse
TFIIAEstabiliza la unión TBP-ADN; anti-represión
TFIIBSelecciona el sitio de inicio para Pol II
TFIIFDirige Pol II al promotor; desestabiliza interacciones inespecíficas
TFIIEModula la helicasa y ATPasa de TFIIH
TFIIHHelicasa para fundir el promotor; quinasa de CTD; 9 subunidades
Dato clave — TBP universal
TBP (TATA-Binding Protein) es usada por las 3 ARN polimerasas eucariotas: en TFIID (Pol II), en SL1 (Pol I) y en TFIIIB (Pol III). Actúa como factor de posicionamiento universal.
⚗️
Diapositiva 10 · Inhibidores
Inhibidores de la ARN Polimerasa — Relevancia médica
¿Para qué sirven los inhibidores?
Son herramientas de investigación que revelan la función de cada subunidad. En medicina, son la base de antibióticos y antivirales dirigidos específicamente a la maquinaria de transcripción de patógenos.
Inhibidores en Procariotas
💊
Rifampicina (Rifamicinas)
Se une a la subunidad β. Bloquea la iniciación al impedir la adición del 3° o 4° nucleótido.

¿Cómo lo sabemos? Las mutaciones que confieren resistencia a rifampicina mapean al gen rpoB (que codifica β).

Uso clínico: tuberculosis
🧪
Estreptolidigin
También se une a la subunidad β, pero inhibe la elongación (no la iniciación). Confirma que β es necesaria para la adición de nucleótidos a la cadena creciente.
Inhibidores en Eucariotas
🍄
α-Amanitina (toxina del hongo Amanita)
Permite diferenciar las tres ARN polimerasas eucariotas:

Pol I Resistente (sin efecto)
Pol II Inhibida a 0.03 μg/ml (muy sensible)
Pol III Inhibida a 100 μg/ml (necesita dosis alta)
🔒
Heparina (in vitro)
Polianión que se une a la subunidad β' e impide la unión al ADN. Confirma el papel de β' en la interacción con el ADN.
⚖️
Diapositiva 11 · Síntesis comparativa
Transcripción: Procariotas vs. Eucariotas
CaracterísticaProcariotas (E. coli)Eucariotas
Número de ARN Pol1 (α₂ββ'σ)3 nucleares (Pol I, II, III)
Factor de especificidadσ (sigma)Factores GTF (TFIID, TFIIB…)
PromotorRegiones -10 (TATAAT) y -35 (TTGACA)Caja TATA, Inr, cajas GC/CCAAT, Enhancers
Inicio de transcripciónHoloenzima directamenteRequiere ensamble progresivo de GTFs
LocalizaciónCitoplasma (sin membrana nuclear)Núcleo (Pol I: nucléolo; II y III: nucleoplasma)
Terminaciónρ-independiente o ρ-dependienteSeñal AAUAAA → poliadenilación
Modificaciones post-transcripcionalesMínimas (acopladas a traducción)Capping 5', splicing de intrones, cola poli(A)
CTD en Pol IINo existeDominio CTD con ~50 repeticiones (mamíferos)
Origen evolutivo
Las ARN polimerasas de cloroplastos y mitocondrias son mucho más similares a las bacterianas que a las nucleares eucariotas → evidencia fuerte para el modelo endosimbiótico del origen de estos organelos.
🎮
Diapositiva 12 · Práctica
¡Tiempo de checkpoint! — Preguntas de comprensión
P1
¿Cuál subunidad del holoenzima bacteriano confiere especificidad por el promotor?
  • X Subunidad β'
  • Y ✓ Factor σ (sigma) — reconoce las regiones -10 y -35
  • A Subunidad α
P2
La rifampicina bloquea la transcripción bacteriana porque…
  • A Destruye el ADN molde
  • X Inhibe al factor σ
  • Y ✓ Se une a la subunidad β e impide agregar el 3°/4° nucleótido
P3
¿Cuál ARN polimerasa eucariota sintetiza los precursores de ARNm?
  • A ✓ ARN Polimerasa II (muy sensible a α-amanitina)
  • B ARN Polimerasa I
  • X ARN Polimerasa III
P4
Durante la iniciación abortiva, la ARN polimerasa…
  • X Completa el ARN y lo libera correctamente
  • Y ✓ Sintetiza transcritos cortos (~6 nt) y los libera repetidamente antes de progresar
  • A Retrocede y resintetiza el mismo fragmento
P5
¿Qué tienen en común TBP (TATA-Binding Protein), SL1 y TFIIIB?
  • A Son subunidades de la ARN Pol II
  • Y ✓ Todos contienen TBP y posicionan a su respectiva ARN polimerasa (I, II o III)
  • B Solo actúan en genes que tienen caja TATA
P6
La terminación ρ-independiente ocurre cuando…
  • X El factor Rho alcanza la polimerasa y la detiene
  • A La célula agota sus reservas de ATP
  • Y ✓ El ARN forma una horquilla G-C seguida de U's que desestabiliza el complejo
🏆
Diapositiva 13 · Actividad evaluable
Actividad: Mapa conceptual comparativo
🎯 Objetivo
Construir un mapa conceptual comparativo entre la transcripción en procariotas y eucariotas, integrando los modelos de ARN polimerasas, promotores, factores de transcripción y mecanismos de terminación.
1️⃣
Identificar nodos principales

El mapa debe incluir al menos 15 conceptos-nodo: ARN Polimerasa, subunidades (α, β, β', σ), promotor, -10, -35, caja TATA, TBP, GTFs, iniciación, elongación, terminación, factor Rho, α-amanitina, Pol I/II/III.

2️⃣
Jerarquía y relaciones

Organizar conceptos de lo general (transcripción) a lo específico (subunidades/factores). Usar verbos de enlace: "cataliza", "reconoce", "requiere", "inhibe". Diferenciar claramente el bloque procariota del eucariota.

3️⃣
Incluir inhibidores y relevancia médica

Señalar en el mapa cómo la rifampicina actúa sobre β bacteriana y cómo esto se usa en el tratamiento de tuberculosis. Añadir la α-amanitina para Pol II eucariota.

Criterios de evaluación
  • Mínimo 15 nodos y 18 relaciones
  • Jerarquía lógica y progresiva
  • Diferenciación procariota/eucariota
  • Inclusión de inhibidores y contexto médico
  • Vocabulario técnico correcto
Formato de entrega
  • Digital (CmapTools, MindMeister, draw.io) o en papel
  • Exportar como PDF o imagen de alta resolución
  • Incluir nombre, matrícula y fecha
  • Tiempo: 30 min en clase + refinamiento en casa
📚
Diapositiva 14 · Bibliografía
Fuentes y recursos
Bibliografía principal
📗
Transcription: RNA polymerases — Biology LibreTexts
Hardison, R. — The Pennsylvania State University. Working with Molecular Genetics, Unit III: The Pathway of Gene Expression, Cap. 10. Cubre estructura de ARN Pol de E. coli, mecanismo de transcripción, ARN Pol eucariotas y factores generales de transcripción.
bio.libretexts.org/Bookshelves/Genetics/Working_with_Molecular_Genetics_(Hardison)/Unit_III/10:_Transcription:_RNA_polymerases
🏥
ARN Polimerasa — Diccionario Médico CUN
Clínica Universidad de Navarra. Definición clínica de la ARN polimerasa, su relevancia en enfermedades genéticas, cáncer y como blanco de antibióticos. Explica la diferencia entre procariotas y eucariotas con enfoque médico.
cun.es/diccionario-medico/terminos/rna-polimerasa
Bibliografía complementaria
📘
Roeder, R.G. (1996)
The role of general initiation factors in transcription by RNA polymerase II. Trends in Biochemical Sciences (TIBS), 21, 327–335. Fuente de la tabla de factores GTF.
🧬
Alberts et al. — Molecular Biology of the Cell
Garland Science. Referencia estándar de biología celular y molecular para conceptos de transcripción, ARN polimerasas y regulación génica en eucariotas.
A
B
X
Y
✅ Tema 3 — Completo

Ideas clave de ARN Polimerasas
y Transcripción

ARN Pol E. coli
Holoenzima α₂ββ'σ = Núcleo + σ. σ confiere especificidad; reconoce -35 y -10 del promotor.
Iniciación
Cerrado → abierto (12 pb fundidos) → complejo ternario → iniciación abortiva → escape del promotor (σ se separa).
Elongación
Núcleo cataliza. ~50 nt/seg. Burbuja de ~17 pb. DNA adelante se superenrolla positivamente.
Terminación
ρ-independiente: horquilla G-C + U's. ρ-dependiente: factor Rho + ATP.
Pol Eucariotas
Pol I (ARNr, nucléolo) · Pol II (ARNm, inhibida α-amanitina) · Pol III (ARNt).
GTFs Pol II
TFIID(TBP) → TFIIB → Pol II+TFIIF → TFIIE → TFIIH. TBP es universal para las 3 polimerasas.
A
ARN Pol E. coli
B
Iniciación/Elongación
X
Pol I, II, III
Y
GTFs y Promotores

Biología Celular y Molecular · Tema 3.1–3.2 · 🎮