Genekspression i prokaryoter

Prokaryoter er små, encellede levende organismer. De er en af ​​to almindelige celletyper: prokaryotisk og eukaryotisk.

Siden prokaryote celler ikke har en kerne eller organeller, genekspression sker ude i det fri cytoplasma og alle faser kan ske samtidigt. Selvom prokaryoter er enklere end eukaryoter, er det stadig vigtigt at kontrollere genekspression for deres cellulære opførsel.

De to domæner af prokaryoter er Bakterie og Archaea. Begge mangler en defineret kerne, men de har stadig en genetisk kode og nukleinsyrer. Selvom der ikke er nogen komplekse kromosomer som dem, du vil se i eukaryote celler, har prokaryoter cirkulære stykker deoxyribonukleinsyre (DNA) placeret i nukleoidet.

Der er dog ingen membran omkring det genetiske materiale. Generelt har prokaryoter færre ikke-kodende sekvenser i deres DNA sammenlignet med eukaryoter. Dette kan skyldes, at prokaryote celler er mindre og har mindre plads til et DNA-molekyle.

Det nukleoid er simpelthen den region, hvor DNA lever i den prokaryote celle. Den har en uregelmæssig form og kan variere i størrelse. Derudover er nukleoid bundet til cellemembranen.

Prokaryoter kan også kaldes cirkulært DNA plasmider. Det er muligt for dem at have en eller flere plasmider i en celle. Under celledeling kan prokaryoter gennemgå DNA-syntese og adskillelse af plasmider.

Sammenlignet med kromosomerne i eukaryoter har plasmider tendens til at være mindre og have mindre DNA. Derudover kan plasmider replikere alene uden andet cellulært DNA. Nogle plasmider bærer koderne for ikke-vigtige gener, såsom dem, der giver bakterier deres antibiotikaresistens.

I visse tilfælde er plasmider også i stand til at bevæge sig fra en celle til en anden celle og dele information som antibiotikaresistens.

Genekspression er den proces, hvor cellen oversætter den genetiske kode til aminosyrer til proteinproduktion. I modsætning til i eukaryoter kan de to hovedfaser, som er transkription og oversættelse, ske på samme tid i prokaryoter.

Under transkription oversætter cellen DNA til en messenger RNA (mRNA) molekyle. Under translation fremstiller cellen aminosyrerne fra mRNA'et. Aminosyrerne udgør proteinerne.

Begge transkription og oversættelse ske i prokaryoten cytoplasma. Ved at få begge processer til at ske på samme tid, kan cellen fremstille en stor mængde protein fra den samme DNA-skabelon. Hvis cellen ikke længere har brug for proteinet, kan transkriptionen stoppe.

Målet med transkription er at skabe et komplementært ribonukleinsyre (RNA) streng fra en DNA-skabelon. Processen består af tre dele: indledning, kædeforlængelse og afslutning.

For at indledningsfasen kan forekomme, skal DNA'et først slappe af, og det område, hvor dette sker, er det transskriptionsboble.

I bakterier finder du den samme RNA-polymerase, der er ansvarlig for al transkription. Dette enzym har fire underenheder. I modsætning til eukaryoter har prokaryoter ikke transkriptionsfaktorer.

Transkription starter, når DNA'et afvikles, og RNA-polymerase binder til en promotor. En promotor er en speciel DNA-sekvens, der findes i begyndelsen af ​​et specifikt gen.

I bakterier har promotoren to sekvenser: -10 og -35 elementer. -10-elementet er hvor DNA'et sædvanligvis afvikles, og det er placeret 10 nukleotider fra initieringsstedet. Elementet -35 er 35 nukleotider fra stedet.

RNA-polymerase er afhængig af, at en DNA-streng er skabelonen, da den bygger en ny RNA-streng kaldet RNA-transkript. Den resulterende RNA-streng eller primære transkription er næsten den samme som den ikke-skabelon eller kodende DNA-streng. Den eneste forskel er, at alle thymin (T) baser er uracil (U) baser i RNA.

Under kædeforlængelsesfasen af ​​transkription bevæger RNA-polymerase sig langs DNA-skabelonstrengen og danner et mRNA-molekyle. RNA-strengen bliver længere efterhånden som mere nukleotider tilføjes.

I det væsentlige går RNA-polymerase langs DNA-standen i retning 3 'til 5' for at opnå dette. Det er vigtigt at bemærke, at bakterier kan skabe polycistroniske mRNA'er den kode for flere proteiner.

•••Videnskabelig

Under transkriptionens afslutningsfase stopper processen. Der er to typer af opsigelsesfaser i prokaryoter: Rho-afhængig opsigelse og Rho-uafhængig afslutning.

I Rho-afhængig opsigelse, en speciel proteinfaktor kaldet Rho afbryder transkription og afslutter den. Rho-proteinfaktoren binder sig til RNA-strengen på et specifikt bindingssted. Derefter bevæger den sig langs strengen for at nå RNA-polymerase i transkriptionsboblen.

Dernæst trækker Rho den nye RNA-streng og DNA-skabelon fra hinanden, så transkriptionen slutter. RNA-polymerase holder op med at bevæge sig, fordi den når en kodende sekvens, der er transkriptionsstoppunktet.

I Rho-uafhængig opsigelse, RNA-molekylet laver en sløjfe og løsner sig. RNA-polymerasen når en DNA-sekvens på skabelonstrengen, der er terminatoren og har mange cytosin (C) og guanin (G) nukleotider. Den nye RNA-streng begynder at folde op i en hårnålsform. Dets C- og G-nukleotider binder. Denne proces forhindrer RNA-polymerase i at bevæge sig.

Oversættelse skaber en proteinmolekyle eller polypeptid baseret på RNA-skabelonen oprettet under transkription. I bakterier kan oversættelse ske med det samme, og nogle gange begynder det under transkription. Dette er muligt, fordi prokaryoter ikke har nogen kernemembraner eller organeller, der adskiller processerne.

I eukaryoter er tingene forskellige, fordi transkription forekommer i kernen, og oversættelse er i cytosoleller intracellulær væske i cellen. En eukaryot bruger også modent mRNA, som behandles før oversættelse.

En anden grund til, at oversættelse og transkription kan ske på samme tid i bakterier, er, at RNA ikke har brug for den specielle behandling, der ses i eukaryoter. Den bakterielle RNA er klar til oversættelse med det samme.

MRNA-strengen har grupper af nukleotider kaldet kodoner. Hver codon har tre nukleotider og koder for en specifik aminosyresekvens. Selvom der kun er 20 aminosyrer, har celler 61 kodoner til aminosyrer og tre stopkodoner. AUG er startkodonen og begynder oversættelsen. Det koder også for aminosyren methionin.

Under translation fungerer mRNA-strengen som en skabelon til fremstilling af aminosyrer, der bliver proteiner. Cellen afkoder mRNA'et for at opnå dette.

Indvielse kræver overføre RNA (tRNA), et ribosom og mRNA. Hvert tRNA-molekyle har en antikodon for en aminosyre. Antikodonen er komplementær til kodonen. Hos bakterier starter processen, når en lille ribosomal enhed fastgøres til mRNA'et ved en Shine-Dalgarno sekvens.

Shine-Dalgarno-sekvensen er et specielt ribosomalt bindingsområde i både bakterier og arkæer. Du ser det normalt omkring otte nukleotider fra startkodonen AUG.

Da bakterielle gener kan have transskription sker i grupper, kan et mRNA kode for mange gener. Shine-Dalgarno-sekvensen gør det lettere at finde startkodonen.

Under forlængelse bliver kæden af ​​aminosyrer længere. TRNA'erne tilføjer aminosyrer for at danne polypeptidkæden. En tRNA begynder at arbejde i P-sted, som er en midterste del af ribosom.

Ved siden af ​​P-stedet er Et websted. Et tRNA, der matcher kodonet, kan gå til A-stedet. Derefter kan der dannes en peptidbinding mellem aminosyrerne. Ribosomet bevæger sig langs mRNA'et, og aminosyrerne danner en kæde.

Opsigelse sker på grund af et stopkodon. Når et stopkodon kommer ind på A-stedet, stopper processen med translation, fordi stopkodonen ikke har et komplementært tRNA. Proteiner kaldes frigivelsesfaktorer der passer ind i P-stedet, kan genkende stopkodonerne og forhindre dannelse af peptidbindinger.

Dette sker, fordi frigivelsesfaktorerne kan skabe enzymer tilføj et vandmolekyle, som gør kæden adskilt fra tRNA.

Når du tager nogle antibiotika til behandling af en infektion, kan de arbejde ved at forstyrre oversættelsesprocessen i bakterier. Målet med antibiotika er at dræbe bakterierne og forhindre dem i at reproducere sig.

En måde de opnår dette på er at påvirke ribosomerne i bakterieceller. Lægemidlerne kan interferere med mRNA-translation eller blokere cellens evne til at danne peptidbindinger. Antibiotika kan binde sig til ribosomerne.

For eksempel kan en type antibiotikum kaldet tetracyclin komme ind i bakteriecellen ved at krydse plasmamembranen og opbygge sig inde i cytoplasmaet. Derefter kan antibiotikumet binde til et ribosom og blokere translation.

Et andet antibiotikum kaldet ciprofloxacin påvirker bakteriecellen ved at målrette mod et enzym, der er ansvarligt for at afvikle DNA'et for at tillade replikation. I begge tilfælde er menneskelige celler skånet, hvilket giver folk mulighed for at bruge antibiotika uden at dræbe deres egne celler.

Relateret emne:flercellede organismer

Efter translation er slut, fortsætter nogle celler med at behandle proteinerne. Post-translationelle ændringer (PTM'er) af proteiner gør det muligt for bakterier at tilpasse sig deres miljø og kontrollere cellulær adfærd.

Generelt er PTM'er mindre almindelige i prokaryoter end eukaryoter, men nogle organismer har dem. Bakterier kan også ændre proteiner og vende processerne. Dette giver dem mere alsidighed og giver dem mulighed for at bruge proteinmodifikation til regulering.

Proteinphosphorylering er en almindelig ændring i bakterier. Denne proces involverer tilføjelse af en fosfatgruppe til proteinet, som har fosfor- og iltatomer. Fosforylering er afgørende for proteinfunktionen.

Imidlertid kan fosforylering være midlertidig, fordi den er reversibel. Nogle bakterier kan bruge fosforylering som en del af processen til at inficere andre organismer.

Phosphorylering, der forekommer på serin-, threonin- og tyrosin-aminosyresidekæderne kaldes Ser / Thr / Tyr-phosphorylering.

Ud over phosphorylerede proteiner kan bakterier have acetyleret og glycosyleret proteiner. De kan også have methylering, carboxylering og andre modifikationer. Disse ændringer spiller en vigtig rolle i cellesignalering, regulering og andre processer i bakterier.

For eksempel hjælper Ser / Thr / Tyr-fosforylering bakterier med at reagere på ændringer i deres miljø og øge chancerne for at overleve.

Forskning viser, at metaboliske ændringer i cellen er forbundet med Ser / Thr / Tyr-phosphorylering, hvilket indikerer, at bakterier kan reagere på deres miljø ved at ændre deres cellulære processer. Desuden hjælper post-translationelle ændringer dem med at reagere hurtigt og effektivt. Evnen til at vende eventuelle ændringer giver også betydelig kontrol.

Archaea bruger genekspressionsmekanismer, der ligner mere eukaryoter. Selvom archaea er prokaryoter, har de nogle ting til fælles med eukaryoter, såsom genekspression og genregulering. Processerne med transkription og translation i archaea har også nogle ligheder med bakterier.

For eksempel har både arkæer og bakterier methionin som den første aminosyre og AUG som startkodon. På den anden side har både archaea og eukaryoter en TATA-boks, som er en DNA-sekvens i promotorområdet, der viser, hvor DNA'et skal afkodes.

Oversættelse i archaea ligner processen set i bakterier. Begge typer organismer har ribosomer, der består af to enheder: 30S- og 50S-underenhederne. Derudover har de begge polycistroniske mRNA'er og og Shine-Dalgarno-sekvenser.

Der er flere ligheder og forskelle mellem bakterier, arkæer og eukaryoter. Imidlertid stoler de alle på genekspression og genregulering for at overleve.