thumb|350px|Esquema del proceso de transcripción de ARN. Se muestra la orientación antiparalela de las cadenas de un ADN y la producción de ARN por acción de la enzima ARN polimerasa. La transcripción del ADN o transcripción de genes es el primer proceso de la expresión genética, mediante el cual se transfiere la información contenida en la secuencia del ADN hacia la secuencia de proteína utilizando diversos ARN como intermediarios. Durante la transcripción genética, las secuencias de ADN son copiadas a ARN mediante una enzima llamada ARN polimerasa (p-ARN) la cual sintetiza un ARN mensajero que mantiene la información de la secuencia presente en el ADN. De esta manera, la transcripción del ADN también podría llamarse "síntesis del ARN mensajero".

La transcripción se realiza en los siguientes pasos generales:

La ARN polimerasa, junto con uno o más factores de transcripción generales, se une al ADN promotor. La ARN polimerasa genera una burbuja de transcripción, que separa las dos hebras de la hélice del ADN. Esto se hace rompiendo los enlaces de hidrógeno entre nucleótidos de ADN complementarios. La ARN polimerasa agrega nucleótidos de ARN (que son complementarios a los nucleótidos de una hebra de ADN). El esqueleto de azúcar-fosfato de ARN se forma con la ayuda de la ARN polimerasa para formar una hebra de ARN. Los enlaces de hidrógeno de la hélice de ARN-ADN se rompen, liberando la hebra de ARN recién sintetizada. Si la célula tiene un núcleo, el ARN puede procesarse más. Esto puede incluir poliadenilación, protección y empalme. El ARN puede permanecer en el núcleo o salir al citoplasma a través del complejo del poro nuclear.

Etapas

Clásicamente se divide el proceso de la transcripción en 3 etapas principales (iniciación, elongación y terminación), pero realmente se pueden diferenciar 5 etapas:

Configuración: Al contrario de la replicación de ADN, durante el inicio de la transcripción no se requiere la presencia de un cebador para sintetizar la nueva cadena de ARN, en este caso. Antes del inicio de la transcripción se necesita toda una serie de factores de transcripción (proteína) que ejercen los factores de iniciación. Estos se unen a secuencias específicas de ADN para reconocer el sitio donde la transcripción ha de comenzar. Esta secuencia de ADN en la que se ensamblan los complejos de transcripción se llama promotor. Los promotores se localizan en los extremos 5'-terminales de los genes, antes del comienzo del gen, y a ellos se unen los factores de transcripción mediante fuerzas de Van der Waals y enlaces de hidrógeno. Los promotores tienen secuencias reguladoras definidas, muy conservadas en cada especie, donde las más conocidas son la caja TATA (situada sobre la región -25 en el caso de eucariotas). La formación del complejo de transcripción se realiza sobre el promotor TATA, allí se forma el núcleo del complejo de iniciación. Sobre la caja TATA se fija una proteína de unión (TBP) que forma parte del factor de transcripción TFII D (TF proviene del inglés: transcription factor). Después, a ellos se unen otros factores de transcripción específicos: TFII B se une a TBP, TFII A (opcional), que estabiliza el complejo TFII B-TBP; luego se une el complejo TFII F y ARN polimerasa, y al final TFII E y TFII H. Todo ello forma un complejo que se llama «complejo de preiniciación cerrado» o PIC. Cuando la estructura se abre por mediación del factor de transcripción TFII H, da comienzo la iniciación y al «complejo abierto» (por su acción helicasa dependiente de ATP).

Iniciación: Primero, una helicasa separa las hebras de ADN en estas denominadas cajas TATA, ya que entre adenina y timina se establecen dos enlaces de hidrógeno, mientras que entre citosina y guanina se forman tres. Posteriormente se unen los factores y las proteínas de transcripción (TBP, TF2D, TF2B) permitiendo, de esta manera, el acceso de la ARN polimerasa al molde de ADN de cadena simple, siendo esta la última en posicionarse. Aunque la búsqueda del promotor por la ARN polimerasa es muy rápida, la formación de la «burbuja de transcripción» o apertura del ADN y la síntesis del cebador es muy lenta. La burbuja de transcripción es una apertura de ADN desnaturalizado de 18 pares de bases, donde empieza a sintetizarse el ARN cebador a partir del nucleótido número 10 del ADN molde de la burbuja de transcripción. La burbuja de transcripción se llama «complejo abierto». La ARN polimerasa es una enzima formada por 5 subunidades: 2 subunidades α, 1 subunidadad β' y 1 subunidad ω que tiene como función la unión de ribonucleótidos trifosfato. Cuando se forma el complejo abierto, la ARN polimerasa comienza a unir ribonucleótidos mediante enlaces fosfodiéster, y una vez que se forma el primer enlace fosfodiéster, acaba la etapa de iniciación y comienza así la siguiente.

Disgregación del promotor: Una vez sintetizado el primer enlace fosfodiéster, se debe deshacer el complejo del promotor para que quede limpio y pueda volver a funcionar. Durante esta fase hay una tendencia a desprenderse el transcrito inicial de ARN y producir transcritos truncados, dando lugar a una iniciación abortada, común tanto en procariontes como eucariontes. Una vez que la cadena transcrita alcanza una longitud de unos 23 nucleótidos, el complejo ya no se desliza y da lugar a la siguiente fase, la elongación.

La disgregación del promotor coincide con una fosforilación de la serina 5 del dominio carboxilo terminal de la ARN polimerasa, que es fosforilado por el TFII H (que es una proteína quinasa dependiente de ATP)

Elongación: La ARN polimerasa cataliza la elongación de cadena del ARN. Una cadena de ARN se une por apareamiento de bases a la cadena de ADN, y para que se formen correctamente los enlaces de hidrógeno que determina el siguiente nucleótido del molde de ADN, el centro activo de la ARN polimerasa reconoce a los ribonucleótidos trifosfato entrantes. Cuando el nucleótido entrante forma los enlaces de hidrógeno idóneos, entonces la ARN polimerasa cataliza la formación del enlace fosfodiéster que corresponde. A esto se le llama elongación, la segunda etapa de la transcripción del ARN. Una hebra de ADN, la hebra molde (o hebra no codificante), se utiliza como molde para la síntesis de ARN. A medida que avanza la transcripción, la ARN polimerasa atraviesa la hebra plantilla y utiliza la complementariedad de emparejamiento de bases con la plantilla de ADN para crear una copia de ARN (que se alarga durante el recorrido). Aunque la ARN polimerasa atraviesa la hebra plantilla desde 3' → 5', la hebra codificante (no plantilla) y el ARN recién formado también se pueden usar como puntos de referencia, por lo que la transcripción se puede describir como que ocurre 5' → 3'. Esto produce una molécula de ARN de 5' → 3', una copia exacta de la hebra codificante (excepto que las timinas se reemplazan con uracilos)., y los nucleótidos están compuestos de un azúcar de ribosa (5 carbonos) donde el ADN tiene desoxirribosa (un átomo de oxígeno menos) en su columna vertebral de azúcar-fosfato). La transcripción de ARNm puede involucrar múltiples polimerasas de ARN en una sola plantilla de ADN y múltiples rondas de transcripción (amplificación de ARNm particular), por lo que se pueden producir rápidamente muchas moléculas de ARNm a partir de una sola copia de un gen. Las tasas de elongación características son de alrededor de 10-100 nts/s

Terminación: Al finalizar la síntesis de ARNm, esta molécula ya se ha separado completamente del ADN (que recupera su forma original) y también de la ARN polimerasa, terminando la transcripción. La terminación es otra etapa distinta de la transcripción, porque justo cuando el complejo de transcripción se ha ensamblado activamente debe desensamblarse una vez que la elongación se ha completado. La terminación está señalizada por la información contenida en sitios de la secuencia del ADN que se está transcribiendo, por lo que la ARN polimerasa se detiene al transcribir algunas secuencias especiales del ADN. Estas secuencias son ricas en guanina y citosina, situadas en el extremo de los genes, seguidas de secuencias ricas en adenina, formando secuencias palindrómicas, que cuando se transcriben el ARN recién sintetizado adopta una «estructura en horquilla» que desestabiliza el complejo ARN-ADN, obligando a separarse de la ARN polimerasa, renaturalizándose la burbuja de transcripción, y generando una secuencia repetitiva de uracilo al final de la cadena de ARNm. Algunas secuencias de ADN carecen de la secuencia de terminación, por lo que poseen otra secuencia a la que se unen una serie de proteínas reguladoras específicas de la terminación de la transcripción como factor rho.

Transcripción en procariotas

ARN polimerasa

La ARN polimerasa está compuesta por un centro y una estructura de holoenzima. Las enzimas centrales contienen las propiedades catalíticas de la ARN polimerasa y están formadas por subunidades ββ′α2ω. Esta secuencia se conserva en todas las especies procariotas. La holoenzima está compuesta por un componente específico conocido como factor sigma. El factor sigma funciona ayudando en el reconocimiento del promotor, la ubicación correcta de la ARN polimerasa y el comienzo del desenrollado en el sitio de inicio. Después de que el factor sigma realiza su función requerida, se disocia, mientras que la porción catalítica permanece en el ADN y continúa la transcripción. Además, la ARN polimerasa contiene un ion central Mg+ que ayuda a la enzima con sus propiedades catalíticas. La ARN polimerasa funciona catalizando el ataque nucleofílico del 3' OH del ARN al fosfato alfa de una molécula NTP complementaria para crear una hebra creciente de ARN a partir de la hebra molde de ADN. Además, la ARN polimerasa también muestra actividades de exonucleasa, lo que significa que si se detecta un emparejamiento de bases incorrecto, puede eliminar las bases incorrectas y reemplazarlas por las correctas.

Iniciación

El inicio de la transcripción requiere regiones promotoras, que son secuencias consenso de nucleótidos específicas que le indican al factor σ de la ARN polimerasa dónde unirse al ADN. Los promotores generalmente se ubican con una separación de 15 a 19 bases y se encuentran más comúnmente aguas arriba de los genes que controlan. La ARN polimerasa está formada por 4 subunidades, que incluyen dos alfas, una beta y una beta principal (α, α, β y β'). Una quinta subunidad, sigma (llamada factor σ), solo está presente durante la iniciación y se separa antes de la elongación. Cada subunidad juega un papel en el inicio de la transcripción y el factor σ debe estar presente para que ocurra el inicio. Cuando todo el factor σ está presente, la ARN polimerasa está en su forma activa y se denomina holoenzima. Cuando el factor σ se desprende, se encuentra en forma de polimerasa central. El factor σ reconoce secuencias promotoras en las regiones -35 y -10 y la transcripción comienza en el sitio de inicio (+1). La secuencia de la región -10 es TATAAT y la secuencia de la región -35 es TTGACA.

El factor σ se une a la región promotora -35. En este punto, la holoenzima se conoce como el complejo cerrado porque el ADN todavía es de doble cadena (conectado por enlaces de hidrógeno). Una vez que se une el factor σ, las subunidades restantes de la polimerasa se unen al sitio. La alta concentración de enlaces adenina-timina en la región -10 facilita el desenrollado del ADN. En este punto, la holoenzima se denomina complejo abierto. Este complejo abierto también se denomina burbuja de transcripción. Solo se transcribe una hebra de ADN, llamada hebra molde (también llamada hebra no codificante o hebra sin sentido/antisentido).