Експресия на ген при прокариоти

Прокариотите са малки едноклетъчни живи организми. Те са един от двата често срещани типа клетки: прокариотичен и еукариот.

От прокариотни клетки нямат ядро ​​или органели, генната експресия се случва на открито цитоплазма и всички етапи могат да се случат едновременно. Въпреки че прокариотите са по-прости от еукариотите, контролирането на генната експресия все още е от решаващо значение за тяхното клетъчно поведение.

Двата домейна на прокариотите са Бактерии и Архея. И на двамата им липсва определено ядро, но те все още имат генетичен код и нуклеинови киселини. Въпреки че няма сложни хромозоми като тези, които бихте наблюдавали в еукариотните клетки, прокариотите имат кръгли парчета дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК), разположени в нуклеоида.

Около генетичния материал обаче няма мембрана. Като цяло прокариотите имат по-малко некодиращи последователности в своята ДНК в сравнение с еукариотите. Това може да се дължи на това, че прокариотните клетки са по-малки и имат по-малко място за ДНК молекула.

The нуклеоиден е просто регионът, където ДНК живее в прокариотната клетка. Има неправилна форма и може да варира по размер. Освен това нуклеоидът е прикрепен към клетъчната мембрана.

Прокариотите също могат да имат кръгова ДНК, наречена плазмиди. Възможно е те да имат един или повече плазмиди в клетка. По време на клетъчното делене прокариотите могат да преминат през синтез на ДНК и разделяне на плазмидите.

В сравнение с хромозомите в еукариотите, плазмидите са по-малки и имат по-малко ДНК. Освен това плазмидите могат да се репликират сами, без друга клетъчна ДНК. Някои плазмиди носят кодовете за несъществени гени, като тези, които дават на бактериите тяхната антибиотична резистентност.

В определени случаи плазмидите също могат да се придвижват от една клетка в друга и да споделят информация като антибиотична резистентност.

Експресията на гени е процес, чрез който клетката преобразува генетичния код в аминокиселини за производство на протеини. За разлика от еукариотите, двата основни етапа, които са транскрипция и транслация, могат да се случат едновременно при прокариотите.

По време на транскрипцията клетката превежда ДНК в a пратеник РНК (иРНК) молекула. По време на транслацията клетката произвежда аминокиселините от иРНК. Аминокиселините ще съставят протеините.

И двете транскрипция и превод се случват в прокариотите цитоплазма. Като се случват и двата процеса едновременно, клетката може да произведе голямо количество протеин от един и същ ДНК шаблон. Ако клетката не се нуждае от протеина повече, тогава транскрипцията може да спре.

Целта на транскрипцията е да се създаде допълваща рибонуклеинова киселина (RNA) верига от ДНК шаблон. Процесът има три части: иницииране, удължаване на веригата и прекратяване.

За да настъпи фазата на иницииране, ДНК трябва първо да се развие и зоната, в която това се случва, е балон за транскрипция.

При бактериите ще откриете същата РНК полимераза, отговорна за цялата транскрипция. Този ензим има четири субединици. За разлика от еукариотите, прокариотите нямат транскрипционни фактори.

Транскрипцията започва, когато ДНК се развие и РНК полимеразата се свърже с a промоутър. Промоторът е специална ДНК последователност, която съществува в началото на специфичен ген.

При бактериите промоторът има две последователности: -10 и -35 елемента. Елементът -10 е мястото, където ДНК обикновено се развива и той се намира на 10 нуклеотида от мястото на иницииране. Елементът -35 е на 35 нуклеотида от мястото.

РНК полимеразата разчита на една ДНК верига, която е шаблон, тъй като изгражда нова верига на РНК, наречена РНК транскрипт. Получената РНК верига или първичен транскрипт е почти същата като не-шаблонната или кодираща ДНК верига. Единствената разлика е, че всички тиминови (Т) основи са урацилови (U) основи в РНК.

По време на фазата на удължаване на веригата на транскрипцията, РНК полимеразата се движи по протежение на ДНК матричната верига и прави иРНК молекула. РНК нишката става по-дълга, колкото повече нуклеотиди се добавят.

По същество, РНК полимеразата върви по ДНК стойката в посока 3 'до 5', за да постигне това. Важно е да се отбележи, че бактериите могат да създават полицистронни иРНК този код за множество протеини.

•••Наука

По време на фазата на прекратяване на транскрипцията процесът спира. Има два вида терминационни фази в прокариотите: Rho-зависими терминации и Rho-независими терминации.

В Rho-зависимо прекратяване, специален протеинов фактор, наречен Rho, прекъсва транскрипцията и я прекратява. Rho протеиновият фактор се свързва с RNA веригата на специфично място на свързване. След това се движи по нишката, за да достигне РНК полимеразата в транскрипционния балон.

След това Rho отделя новата RNA верига и ДНК шаблона, така че транскрипцията завършва. РНК полимеразата спира да се движи, защото достига до кодираща последователност, която е точката на спиране на транскрипцията.

В Rho-независимо прекратяване, РНК молекулата прави цикъл и се отделя. РНК полимеразата достига ДНК последователност на матричната верига, която е терминатор и има много цитозин (С) и гуанин (G) нуклеотиди. Новата РНК верига започва да се сгъва във форма на фиби. Неговите C и G нуклеотиди се свързват. Този процес спира РНК полимеразата да се движи.

Преводът създава a протеинова молекула или полипептид въз основа на РНК шаблона, създаден по време на транскрипция. При бактериите транслацията може да се случи веднага и понякога започва по време на транскрипцията. Това е възможно, тъй като прокариотите нямат никакви ядрени мембрани или органели, които да разделят процесите.

При еукариотите нещата са различни, защото транскрипцията се случва в ядрото, а транслацията е в цитозолили вътреклетъчна течност на клетката. Еукариотът използва също зряла иРНК, която се обработва преди транслация.

Друга причина, поради която транслацията и транскрипцията могат да се случат едновременно при бактериите, е, че РНК не се нуждае от специалната обработка, наблюдавана при еукариотите. Бактериалната РНК е готова за транслация веднага.

MRNA веригата има групи нуклеотиди, наречени кодони. Всеки кодон има три нуклеотида и кодове за специфична аминокиселинна последователност. Въпреки че има само 20 аминокиселини, клетките имат 61 кодона за аминокиселини и три стоп кодона. AUG е началният кодон и започва превод. Той също така кодира аминокиселината метионин.

По време на транслацията mRNA веригата действа като шаблон за получаване на аминокиселини, които се превръщат в протеини. Клетката декодира иРНК, за да постигне това.

Инициирането изисква трансферна РНК (tRNA), рибозома и иРНК. Всяка молекула на тРНК има антикодон за аминокиселина. Антикодонът допълва кодона. При бактериите процесът започва, когато малка рибозомна единица се прикрепя към иРНК в a Последователност Shine-Dalgarno.

Последователността Shine-Dalgarno е специална зона за свързване на рибозомите както в бактериите, така и в археите. Обикновено го виждате около осем нуклеотида от началния кодон AUG.

Тъй като бактериалните гени могат да имат транскрипция в групи, една иРНК може да кодира много гени. Последователността Shine-Dalgarno улеснява намирането на началния кодон.

По време на удължаването веригата от аминокиселини се удължава. ТРНК добавят аминокиселини, за да образуват полипептидната верига. ТРНК започва да работи в P сайт, което е средната част на рибозома.

До P сайта е Сайт. ТРНК, която съответства на кодона, може да отиде на сайт А. След това между аминокиселините може да се образува пептидна връзка. Рибозомата се движи по иРНК и аминокиселините образуват верига.

Прекратяването се случва поради стоп кодон. Когато стоп кодон навлезе в А място, процесът на транслация спира, тъй като стоп кодонът няма допълваща тРНК. Призовани протеини освобождаващи фактори които се вписват в мястото на Р, могат да разпознават стоп кодоните и да предотвратяват образуването на пептидни връзки.

Това се случва, защото факторите за освобождаване могат да направят ензими добавете водна молекула, което прави веригата отделна от тРНК.

Когато приемате някои антибиотици за лечение на инфекция, те могат да действат, като нарушат процеса на транслация на бактериите. Целта на антибиотиците е да убият бактериите и да спрат тяхното размножаване.

Един от начините да постигнат това е да повлияят на рибозомите в бактериалните клетки. Лекарствата могат да попречат на транслацията на иРНК или да блокират способността на клетката да изгражда пептидни връзки. Антибиотиците могат да се свържат с рибозомите.

Например, един вид антибиотик, наречен тетрациклин, може да проникне в бактериалната клетка чрез преминаване през плазмената мембрана и натрупване в цитоплазмата. След това антибиотикът може да се свърже с рибозома и да блокира транслацията.

Друг антибиотик, наречен ципрофлоксацин, засяга бактериалната клетка, като насочва ензим, отговорен за размотаването на ДНК, за да позволи репликация. И в двата случая човешките клетки са пощадени, което позволява на хората да използват антибиотици, без да убиват собствените си клетки.

Свързана тема:многоклетъчни организми

След като транслацията приключи, някои клетки продължават да обработват протеините. Пост-транслационни модификации (PTM) на протеините позволяват на бактериите да се адаптират към заобикалящата ги среда и да контролират клетъчното поведение.

По принцип PTMs са по-рядко срещани при прокариотите, отколкото еукариотите, но някои организми ги имат. Бактериите също могат да модифицират протеините и да обърнат процесите. Това им дава по-голяма гъвкавост и им позволява да използват модификация на протеини за регулиране.

Фосфорилиране на протеини е често срещана модификация при бактериите. Този процес включва добавяне на фосфатна група към протеина, който има фосфорни и кислородни атоми. Фосфорилирането е от съществено значение за протеиновата функция.

Въпреки това, фосфорилирането може да бъде временно, тъй като е обратимо. Някои бактерии могат да използват фосфорилирането като част от процеса за заразяване на други организми.

Нарича се фосфорилиране, което се случва в страничните вериги на серин, треонин и тирозин аминокиселина Ser / Thr / Tyr фосфорилиране.

В допълнение към фосфорилираните протеини, бактериите могат да имат ацетилиран и гликозилиран протеини. Те също могат да имат метилиране, карбоксилиране и други модификации. Тези модификации играят важна роля в клетъчната сигнализация, регулация и други процеси в бактериите.

Например, фосфорилирането на Ser / Thr / Tyr помага на бактериите да реагират на промените в средата си и да увеличат шансовете за оцеляване.

Изследванията показват, че метаболитните промени в клетката са свързани със фосфорилирането на Ser / Thr / Tyr, което показва, че бактериите могат да реагират на заобикалящата ги среда, като променят своите клетъчни процеси. Нещо повече, пост-транслационните модификации им помагат да реагират бързо и ефективно. Възможността да се обърнат всички промени също осигурява значителен контрол.

Археите използват механизми за генна експресия, които са по-подобни на еукариотите. Въпреки че археите са прокариоти, те имат някои общи черти с еукариотите, като генна експресия и генна регулация. Процесите на транскрипция и транслация в археите също имат някои прилики с бактериите.

Например, както археите, така и бактериите имат метионин като първа аминокиселина и AUG като начален кодон. От друга страна, както археите, така и еукариотите имат a TATA кутия, което е ДНК последователност в промоторната област, която показва къде да се декодира ДНК.

Преводът в археите наподобява процеса, наблюдаван при бактериите. И двата типа организми имат рибозоми, които се състоят от две единици: 30S и 50S субединици. В допълнение, и двамата имат полицистронни иРНК и и Shine-Dalgarno последователности.

Има множество прилики и разлики между бактериите, археите и еукариотите. Всички те обаче разчитат генната експресия и генна регулация, за да оцелее.