Los procariotas son organismos vivos unicelulares pequeños. Son uno de los dos tipos de células comunes: procariota y eucariota.
Desde células procariotas no tienen núcleo ni orgánulos, la expresión génica ocurre al aire libre citoplasma y todas las etapas pueden suceder simultáneamente. Aunque los procariotas son más simples que los eucariotas, controlar la expresión génica sigue siendo crucial para su comportamiento celular.
Información genética en procariotas
Los dos dominios de los procariotas son Bacterias y Arqueas. Ambos carecen de un núcleo definido, pero aún tienen un código genético y ácidos nucleicos. Aunque no hay cromosomas complejos como los que vería en las células eucariotas, los procariotas tienen piezas circulares de ácido desoxirribonucleicoADN) ubicado en el nucleoide.
Sin embargo, no existe una membrana alrededor del material genético. En general, los procariotas tienen menos secuencias no codificantes en su ADN en comparación con los eucariotas. Esto puede deberse a que las células procariotas son más pequeñas y tienen menos espacio para una molécula de ADN.
La nucleoide es simplemente la región donde vive el ADN en la célula procariota. Tiene una forma irregular y puede variar de tamaño. Además, el nucleoide está unido a la membrana celular.
Los procariotas también pueden tener ADN circular llamado plásmidos. Es posible que tengan uno o más plásmidos en una célula. Durante la división celular, los procariotas pueden pasar por la síntesis de ADN y la separación de plásmidos.
En comparación con los cromosomas de los eucariotas, los plásmidos tienden a ser más pequeños y tienen menos ADN. Además, los plásmidos pueden replicarse por sí mismos sin otro ADN celular. Algunos plásmidos llevan los códigos de genes no esenciales, como los que dan a las bacterias su resistencia a los antibióticos.
En ciertos casos, los plásmidos también pueden moverse de una célula a otra y compartir información como la resistencia a los antibióticos.
Etapas de la expresión genética
La expresión genética es el proceso mediante el cual la célula traduce el código genético en aminoácidos para la producción de proteínas. A diferencia de los eucariotas, las dos etapas principales, que son la transcripción y la traducción, pueden ocurrir al mismo tiempo en los procariotas.
Durante la transcripción, la célula traduce el ADN en un ARN mensajero (ARNm) molécula. Durante la traducción, la célula produce aminoácidos a partir del ARNm. Los aminoácidos formarán las proteínas.
Ambas cosas transcripción y traducción suceder en el procariota citoplasma. Al hacer que ambos procesos ocurran al mismo tiempo, la célula puede producir una gran cantidad de proteína a partir de la misma plantilla de ADN. Si la célula ya no necesita la proteína, la transcripción puede detenerse.
Transcripción en células bacterianas
El objetivo de la transcripción es crear un complemento ácido ribonucleico (ARN) de una plantilla de ADN. El proceso consta de tres partes: inicio, alargamiento de cadena y terminación.
Para que ocurra la fase de iniciación, el ADN tiene que desenrollarse primero y el área donde esto ocurre es el burbuja de transcripción.
En las bacterias, encontrará la misma ARN polimerasa responsable de toda la transcripción. Esta enzima tiene cuatro subunidades. A diferencia de los eucariotas, los procariotas no tienen factores de transcripción.
Transcripción: Fase de iniciación
La transcripción comienza cuando el ADN se desenrolla y la ARN polimerasa se une a un promotor. Un promotor es una secuencia de ADN especial que existe al comienzo de un gen específico.
En las bacterias, el promotor tiene dos secuencias: -10 y -35 elementos. El elemento -10 es donde el ADN generalmente se desenrolla y está ubicado a 10 nucleótidos del sitio de inicio. El elemento -35 está a 35 nucleótidos del sitio.
La ARN polimerasa se basa en una hebra de ADN como molde, ya que construye una nueva hebra de ARN llamada transcripción de ARN. La cadena de ARN resultante o la transcripción primaria es casi la misma que la cadena de ADN codificante o sin molde. La única diferencia es que todas las bases de timina (T) son bases de uracilo (U) en el ARN.
Transcripción: Fase de alargamiento
Durante la fase de elongación de la cadena de la transcripción, la ARN polimerasa se mueve a lo largo de la hebra de la plantilla de ADN y forma una molécula de ARNm. La hebra de ARN se alarga a medida que aumenta nucleótidos se agregan.
Esencialmente, la ARN polimerasa camina a lo largo del soporte de ADN en la dirección de 3 'a 5' para lograr esto. Es importante tener en cuenta que las bacterias pueden crear ARNm policistrónicos que codifican múltiples proteínas.
•••Ciencia
Transcripción: Fase de terminación
Durante la fase de terminación de la transcripción, el proceso se detiene. Hay dos tipos de fases de terminación en procariotas: terminación dependiente de Rho y terminación independiente de Rho.
En Terminación dependiente de Rho, un factor proteico especial llamado Rho interrumpe la transcripción y la termina. El factor de proteína Rho se une a la cadena de ARN en un sitio de unión específico. Luego, se mueve a lo largo de la hebra para alcanzar la ARN polimerasa en la burbuja de transcripción.
A continuación, Rho separa la nueva hebra de ARN y la plantilla de ADN, por lo que finaliza la transcripción. La ARN polimerasa deja de moverse porque alcanza una secuencia codificante que es el punto de parada de la transcripción.
En Terminación independiente de Rho, la molécula de ARN forma un bucle y se desprende. La ARN polimerasa alcanza una secuencia de ADN en la hebra molde que es el terminador y tiene muchos nucleótidos de citosina (C) y guanina (G). La nueva hebra de ARN comienza a plegarse en forma de horquilla. Sus nucleótidos C y G se unen. Este proceso detiene el movimiento de la ARN polimerasa.
Traducción en células bacterianas
La traducción crea un molécula de proteína o polipéptido basado en la plantilla de ARN creada durante la transcripción. En las bacterias, la traducción puede ocurrir de inmediato y, a veces, comienza durante la transcripción. Esto es posible porque los procariotas no tienen membranas nucleares ni orgánulos para separar los procesos.
En eucariotas, las cosas son diferentes porque la transcripción ocurre en el núcleo y la traducción en el citosol, o líquido intracelular, de la célula. Un eucariota también usa ARNm maduro, que se procesa antes de la traducción.
Otra razón por la que la traducción y la transcripción pueden ocurrir al mismo tiempo en las bacterias es que el ARN no necesita el procesamiento especial que se observa en los eucariotas. El ARN bacteriano está listo para la traducción de inmediato.
La hebra de ARNm tiene grupos de nucleótidos llamados codones. Cada codón tiene tres nucleótidos y codifica una secuencia de aminoácidos específica. Aunque solo hay 20 aminoácidos, las células tienen 61 codones para aminoácidos y tres codones de terminación. AUG es el codón de inicio y comienza la traducción. También codifica el aminoácido metionina.
Traducción: Iniciación
Durante la traducción, la hebra de ARNm actúa como plantilla para producir aminoácidos que se convierten en proteínas. La célula decodifica el ARNm para lograr esto.
La iniciación requiere transferencia de ARN (ARNt), un ribosoma y ARNm. Cada molécula de ARNt tiene una anticodón por un aminoácido. El anticodón es complementario del codón. En las bacterias, el proceso comienza cuando una pequeña unidad ribosomal se adhiere al ARNm en un Secuencia Shine-Dalgarno.
La secuencia de Shine-Dalgarno es un área especial de unión a ribosomas tanto en bacterias como en arqueas. Por lo general, lo ve a unos ocho nucleótidos del codón de inicio AUG.
Dado que los genes bacterianos pueden tener transcripción en grupos, un ARNm puede codificar muchos genes. La secuencia de Shine-Dalgarno facilita la búsqueda del codón de inicio.
Traducción: Alargamiento
Durante el alargamiento, la cadena de aminoácidos se alarga. Los ARNt agregan aminoácidos para formar la cadena polipeptídica. Un ARNt comienza a trabajar en el Sitio P, que es una parte media del ribosoma.
Junto al sitio P está el Un sitio. Un ARNt que coincide con el codón puede ir al sitio A. Entonces, se puede formar un enlace peptídico entre los aminoácidos. El ribosoma se mueve a lo largo del ARNm y los aminoácidos forman una cadena.
Traducción: Terminación
La terminación ocurre debido a un codón de terminación. Cuando un codón de parada entra en el sitio A, el proceso de traducción se detiene porque el codón de parada no tiene un ARNt complementario. Proteínas llamadas factores de liberación que encajan en el sitio P pueden reconocer los codones de parada y evitar que se formen enlaces peptídicos.
Esto sucede porque los factores de liberación pueden hacer enzimas agregue una molécula de agua, lo que hace que la cadena se separe del ARNt.
Traducción y antibióticos
Cuando toma algunos antibióticos para tratar una infección, pueden funcionar interrumpiendo el proceso de traducción en las bacterias. El objetivo de los antibióticos es matar las bacterias y evitar que se reproduzcan.
Una forma en que logran esto es afectando los ribosomas en las células bacterianas. Los fármacos pueden interferir con la traducción del ARNm o bloquear la capacidad de la célula para formar enlaces peptídicos. Los antibióticos pueden unirse a los ribosomas.
Por ejemplo, un tipo de antibiótico llamado tetraciclina puede ingresar a la célula bacteriana cruzando la membrana plasmática y acumulándose dentro del citoplasma. Luego, el antibiótico puede unirse a un ribosoma y bloquear la traducción.
Otro antibiótico llamado ciprofloxacina afecta a la célula bacteriana al dirigirse a una enzima responsable de desenrollar el ADN para permitir la replicación. En ambos casos, se preservan las células humanas, lo que permite a las personas usar antibióticos sin matar sus propias células.
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Procesamiento de proteínas posterior a la traducción
Una vez finalizada la traducción, algunas células continúan procesando las proteínas. Modificaciones postraduccionales (PTM) de proteínas permiten que las bacterias se adapten a su entorno y controlen el comportamiento celular.
En general, las PTM son menos comunes en procariotas que en eucariotas, pero algunos organismos las tienen. Las bacterias también pueden modificar las proteínas y revertir los procesos. Esto les da más versatilidad y les permite utilizar la modificación de proteínas para la regulación.
Fosforilación de proteínas
Fosforilación de proteínas es una modificación común en bacterias. Este proceso implica agregar un grupo fosfato a la proteína, que tiene átomos de fósforo y oxígeno. La fosforilación es esencial para la función de las proteínas.
Sin embargo, la fosforilación puede ser temporal porque es reversible. Algunas bacterias pueden usar la fosforilación como parte del proceso para infectar a otros organismos.
La fosforilación que se produce en las cadenas laterales de los aminoácidos serina, treonina y tirosina se denomina Fosforilación de Ser / Thr / Tyr.
Acetilación y glicosilación de proteínas
Además de las proteínas fosforiladas, las bacterias pueden tener acetilado y glicosilado proteínas. También pueden tener metilación, carboxilación y otras modificaciones. Estas modificaciones juegan un papel importante en la señalización celular, la regulación y otros procesos en las bacterias.
Por ejemplo, la fosforilación de Ser / Thr / Tyr ayuda a las bacterias a responder a los cambios en su entorno y aumenta las posibilidades de supervivencia.
La investigación muestra que los cambios metabólicos en la célula están asociados con la fosforilación de Ser / Thr / Tyr, lo que indica que las bacterias pueden responder a su entorno cambiando sus procesos celulares. Además, las modificaciones postraduccionales les ayudan a reaccionar de forma rápida y eficaz. La capacidad de revertir cualquier cambio también proporciona un control significativo.
Expresión genética en arqueas
Las arqueas utilizan mecanismos de expresión génica que son más similares a los eucariotas. Aunque las arqueas son procariotas, tienen algunas cosas en común con los eucariotas, como la expresión genética y la regulación genética. Los procesos de transcripción y traducción en arqueas también tienen algunas similitudes con las bacterias.
Por ejemplo, tanto las arqueas como las bacterias tienen metionina como primer aminoácido y AUG como codón de inicio. Por otro lado, tanto las arqueas como los eucariotas tienen un Caja TATA, que es una secuencia de ADN en el área del promotor que muestra dónde decodificar el ADN.
La traducción en arqueas se asemeja al proceso que se observa en las bacterias. Ambos tipos de organismos tienen ribosomas que constan de dos unidades: las subunidades 30S y 50S. Además, ambos tienen ARNm policistrónicos y secuencias Shine-Dalgarno.
Existen múltiples similitudes y diferencias entre bacterias, arqueas y eucariotas. Sin embargo, todos confían en la expresion genica y regulación genética para sobrevivir.