Genová exprese u prokaryot

Prokaryoty jsou malé jednobuněčné živé organismy. Jsou jedním ze dvou běžných typů buněk: prokaryotický a eukaryotický.

Od té doby prokaryotické buňky nemají jádro nebo organely, genová exprese probíhá venku cytoplazma a všechny fáze mohou probíhat současně. Ačkoli jsou prokaryota jednodušší než eukaryota, kontrola genové exprese je pro jejich buněčné chování stále zásadní.

Dvě domény prokaryot jsou Bakterie a Archaea. Oba postrádají definované jádro, ale stále mají genetický kód a nukleové kyseliny. Ačkoli neexistují žádné složité chromozomy, jako jsou ty, které byste viděli v eukaryotických buňkách, prokaryoty mají kruhové kousky deoxyribonukleové kyseliny (DNA) umístěný v nukleoidu.

Kolem genetického materiálu však není žádná membrána. Obecně prokaryoty mají ve své DNA méně nekódujících sekvencí ve srovnání s eukaryoty. Může to být způsobeno tím, že prokaryotické buňky jsou menší a mají menší prostor pro molekulu DNA.

The nukleoid je prostě oblast, kde DNA žije v prokaryotické buňce. Má nepravidelný tvar a může se lišit velikostí. Kromě toho je nukleoid připojen k buněčné membráně.

Prokaryoty mohou také nazývat kruhovou DNA plazmidy. Je možné, že mají v buňce jeden nebo více plazmidů. Během buněčného dělení mohou prokaryoty procházet syntézou DNA a separací plazmidů.

Ve srovnání s chromozomy v eukaryotech mají plazmidy tendenci být menší a mají méně DNA. Plazmidy se navíc mohou replikovat samy bez další buněčné DNA. Některé plazmidy nesou kódy pro neesenciální geny, jako jsou ty, které dodávají bakteriím odolnost vůči antibiotikům.

V určitých případech jsou plazmidy také schopné přecházet z jedné buňky do druhé a sdílet informace, jako je rezistence na antibiotika.

Genová exprese je proces, kterým buňka převádí genetický kód na aminokyseliny pro produkci bílkovin. Na rozdíl od eukaryot se mohou u prokaryot současně odehrávat dva hlavní stupně, kterými jsou transkripce a translace.

Během transkripce buňka překládá DNA na a messenger RNA (mRNA) molekula. Během translace buňka vytváří aminokyseliny z mRNA. Aminokyseliny tvoří bílkoviny.

Oba transkripce a překlad stane se u prokaryota cytoplazma. Tím, že oba procesy probíhají současně, může buňka vyprodukovat velké množství proteinu ze stejné šablony DNA. Pokud buňka již protein nepotřebuje, transkripce se může zastavit.

Cílem transkripce je vytvořit komplementární ribonukleová kyselina (RNA) řetězec z šablony DNA. Proces má tři části: zahájení, prodloužení řetězce a ukončení.

Aby nastala iniciační fáze, musí se nejprve uvolnit DNA a oblast, kde k tomu dojde, je transkripční bublina.

U bakterií najdete stejnou RNA polymerázu zodpovědnou za veškerou transkripci. Tento enzym má čtyři podjednotky. Na rozdíl od eukaryot nemají prokaryota transkripční faktory.

Transkripce začíná, když se DNA uvolní a RNA polymeráza se váže na a promotér. Promotor je speciální sekvence DNA, která existuje na začátku konkrétního genu.

U bakterií má promotor dvě sekvence: -10 a -35 prvků. Prvek -10 je místo, kde se DNA obvykle odvíjí, a nachází se 10 nukleotidů od iniciačního místa. Prvek -35 je 35 nukleotidů z místa.

RNA polymeráza se opírá o jeden řetězec DNA, který je templátem, protože vytváří nový řetězec RNA, který se nazývá transkript RNA. Výsledný řetězec RNA nebo primární transkript je téměř stejný jako řetězec bez templátu nebo kódující řetězec DNA. Jediný rozdíl je v tom, že všechny báze thyminu (T) jsou báze uracilu (U) v RNA.

Během fáze prodlužování řetězce transkripce se RNA polymeráza pohybuje podél řetězce DNA templátu a vytváří molekulu mRNA. Řetězec RNA se prodlužuje čím dál více nukleotidy jsou přidány.

RNA polymeráza v zásadě kráčí podél stojanu DNA ve směru 3 'až 5', aby toho dosáhla. Je důležité si uvědomit, že bakterie mohou vytvářet polycistronické mRNA ten kód pro více proteinů.

•••Vědění

Během fáze ukončení transkripce se proces zastaví. U prokaryot existují dva typy fází ukončení: ukončení závislé na Rho a ukončení nezávislé na Rho.

v Ukončení závislé na Rho, speciální proteinový faktor zvaný Rho přeruší transkripci a ukončí ji. Faktor proteinu Rho se váže na řetězec RNA na specifickém vazebném místě. Poté se pohybuje podél vlákna a dosáhne RNA polymerázy v transkripční bublině.

Dále Rho oddělí nový řetězec RNA a šablonu DNA, takže transkripce končí. RNA polymeráza se přestane pohybovat, protože dosáhne kódující sekvence, která je bodem zastavení transkripce.

v Nezávislé ukončení Rho, molekula RNA vytvoří smyčku a odpojí se. RNA polymeráza dosáhne sekvence DNA na templátovém řetězci, který je terminátorem a má mnoho cytosinových (C) a guaninových (G) nukleotidů. Nové vlákno RNA se začíná skládat do tvaru vlásenky. Jeho C a G nukleotidy se vážou. Tento proces zastaví pohyb RNA polymerázy.

Překlad vytvoří proteinová molekula nebo polypeptid založený na templátu RNA vytvořeném během transkripce. U bakterií může k translaci dojít hned a někdy začíná během transkripce. To je možné, protože prokaryoty nemají žádné jaderné membrány ani žádné organely, které by procesy oddělily.

U eukaryot se věci liší, protože transkripce nastává v jádru a překlad je v cytosolnebo intracelulární tekutina buňky. Eukaryot také používá zralou mRNA, která je zpracována před překladem.

Dalším důvodem, proč k translaci a transkripci může dojít současně u bakterií, je to, že RNA nepotřebuje speciální zpracování pozorované u eukaryot. Bakteriální RNA je okamžitě připravena k translaci.

Vlákno mRNA má skupiny nukleotidů, které se nazývají kodony. Každý kodon má tři nukleotidy a kóduje specifickou aminokyselinovou sekvenci. I když existuje pouze 20 aminokyselin, buňky mají 61 kodonů pro aminokyseliny a tři stop kodony. AUG je počáteční kodon a začíná překlad. Také kóduje aminokyselinu methionin.

Během translace působí vlákno mRNA jako templát pro tvorbu aminokyselin, které se stávají proteiny. Buňka dekóduje mRNA, aby toho dosáhla.

Zahájení vyžaduje přenosová RNA (tRNA)ribozom a mRNA. Každá molekula tRNA má antikodon pro aminokyselinu. Antikodon je komplementární s kodonem. U bakterií proces začíná, když se malá ribozomální jednotka připojí k mRNA v a Sekvence Shine-Dalgarno.

Sekvence Shine-Dalgarno je speciální ribozomální vazebnou oblastí jak v bakteriích, tak v archaeách. Obvykle to vidíte asi osm nukleotidů ze startovacího kodonu AUG.

Protože bakteriální geny mohou mít transkripci ve skupinách, může jedna mRNA kódovat mnoho genů. Sekvence Shine-Dalgarno usnadňuje nalezení počátečního kodonu.

Během prodloužení se řetězec aminokyselin prodlužuje. TRNA přidávají aminokyseliny, aby vytvořily polypeptidový řetězec. TRNA začíná pracovat v P. stránka, což je střední část ribozom.

Vedle stránky P je Stránka. TRNA, která odpovídá kodonu, může přejít na místo A. Poté se mezi aminokyselinami může vytvořit peptidová vazba. Ribozom se pohybuje podél mRNA a aminokyseliny tvoří řetězec.

K ukončení dochází kvůli stop kodonu. Když stop kodon vstupuje do místa A, proces translace se zastaví, protože stop kodon nemá komplementární tRNA. Volaly proteiny faktory uvolnění které zapadají do místa P, mohou rozpoznat stop kodony a zabránit tvorbě peptidových vazeb.

To se děje proto, že mohou činit faktory uvolnění enzymy přidejte molekulu vody, která odděluje řetězec od tRNA.

Když užíváte některá antibiotika k léčbě infekce, mohou působit narušením procesu translace u bakterií. Cílem antibiotik je zabít bakterie a zabránit jim v reprodukci.

Jedním ze způsobů, jak toho dosáhnout, je ovlivnit ribozomy v bakteriálních buňkách. Léky mohou interferovat s translací mRNA nebo blokovat schopnost buňky vytvářet peptidové vazby. Antibiotika se mohou vázat na ribozomy.

Například jeden typ antibiotika zvaný tetracyklin může vstoupit do bakteriální buňky křížením plazmatické membrány a hromaděním uvnitř cytoplazmy. Potom se antibiotikum může vázat na ribozom a blokovat překlad.

Další antibiotikum zvané ciprofloxacin ovlivňuje bakteriální buňku zaměřením na enzym odpovědný za odvíjení DNA, aby umožnil replikaci. V obou případech jsou lidské buňky ušetřeny, což lidem umožňuje používat antibiotika, aniž by zabíjeli své vlastní buňky.

Související téma:mnohobuněčné organismy

Po ukončení translace některé buňky pokračují ve zpracování proteinů. Posttranslační úpravy (PTM) proteinů umožňují bakteriím přizpůsobit se jejich prostředí a řídit buněčné chování.

Obecně jsou PTM u prokaryot méně časté než u eukaryot, ale některé organismy je mají. Bakterie mohou modifikovat bílkoviny a také zvrátit procesy. To jim dává větší univerzálnost a umožňuje jim používat modifikaci proteinů k regulaci.

Fosforylace proteinů je běžná modifikace bakterií. Tento proces zahrnuje přidání fosfátové skupiny k proteinu, který má atomy fosforu a kyslíku. Fosforylace je nezbytná pro funkci bílkovin.

Fosforylace však může být dočasná, protože je reverzibilní. Některé bakterie mohou použít fosforylaci jako součást procesu infikování jiných organismů.

Fosforylace, která se vyskytuje na postranních řetězcích aminokyselin serinu, threoninu a tyrosinu, se nazývá Ser / Thr / Tyr fosforylace.

Kromě fosforylovaných proteinů mohou mít i bakterie acetylovaný a glykosylovaný bílkoviny. Mohou také mít methylaci, karboxylaci a další modifikace. Tyto modifikace hrají důležitou roli v buněčné signalizaci, regulaci a dalších procesech v bakteriích.

Například fosforylace Ser / Thr / Tyr pomáhá bakteriím reagovat na změny v jejich prostředí a zvyšovat šance na přežití.

Výzkum ukazuje, že metabolické změny v buňce jsou spojeny s fosforylací Ser / Thr / Tyr, což naznačuje, že bakterie mohou reagovat na své prostředí změnou buněčných procesů. Posttranslační úpravy jim navíc pomáhají reagovat rychle a efektivně. Schopnost zvrátit jakékoli změny také poskytuje významnou kontrolu.

Archaea používá mechanismy genové exprese, které jsou více podobné eukaryotům. Ačkoli jsou archaea prokaryoty, mají s eukaryoty společné některé věci, jako je genová exprese a genová regulace. Procesy transkripce a translace v archaeách mají také některé podobnosti s bakteriemi.

Například archaea i bakterie mají methionin jako první aminokyselinu a AUG jako startovací kodon. Na druhé straně mají archaea i eukaryota a TATA box, což je sekvence DNA v oblasti promotoru, která ukazuje, kde se má DNA dekódovat.

Překlad v archaei připomíná proces pozorovaný u bakterií. Oba typy organismů mají ribozomy, které se skládají ze dvou jednotek: podjednotek 30S a 50S. Kromě toho oba mají polycistronické mRNA a Shine-Dalgarno sekvence.

Existuje mnoho podobností a rozdílů mezi bakteriemi, archeaami a eukaryoty. Všichni se však spoléhají genová exprese a regulace genů, aby přežily.