Geeniekspressioon prokarüootides

Prokarüoodid on väikesed üherakulised elusorganismid. Need on üks kahest tavalisest rakutüübist: prokarüootne ja eukarüootne.

Kuna prokarüootsed rakud neil ei ole tuuma ega organelle, geeniekspressioon toimub avamaal tsütoplasma ja kõik etapid võivad toimuda üheaegselt. Kuigi prokarüootid on eukarüootidest lihtsamad, on geeniekspressiooni kontroll nende rakukäitumise seisukohast siiski ülioluline.

Prokarüootide kaks domeeni on Bakterid ja Arheia. Mõlemal puudub määratletud tuum, kuid neil on siiski geneetiline kood ja nukleiinhapped. Kuigi pole selliseid keerukaid kromosoome, nagu näeksite eukarüootsetes rakkudes, on prokarüootidel ümmargused tükid deoksüribonukleiinhapet (DNA), mis asub nukleoidis.

Geneetilise materjali ümber pole aga membraani. Üldiselt on prokarüootide DNA-s vähem kui kodeerivaid järjestusi võrreldes eukarüootidega. See võib olla tingitud sellest, et prokarüootsed rakud on väiksemad ja neil on vähem ruumi DNA molekuli jaoks.

The nukleoidne

Prokarüootidel võib olla ka ringikujuline DNA plasmiidid. Neil on võimalik rakus olla üks või mitu plasmiidi. Rakkude jagunemise ajal võivad prokarüootid läbida DNA sünteesi ja plasmiidide eraldamise.

Eukarüootide kromosoomidega võrreldes on plasmiidid tavaliselt väiksemad ja neil on vähem DNA-d. Lisaks võivad plasmiidid iseseisvalt paljuneda ilma muu rakulise DNA-ta. Mõned plasmiidid kannavad vähemoluliste geenide koode, näiteks need, mis annavad bakteritele antibiootikumiresistentsuse.

Teatud juhtudel suudavad plasmiidid liikuda ka ühest rakust teise ja jagada teavet nagu antibiootikumiresistentsus.

Geeniekspressioon on protsess, mille käigus rakk muudab geneetilise koodi valgu tootmiseks aminohapeteks. Erinevalt eukarüootidest võivad prokarüootides toimuda kaks peamist etappi, milleks on transkriptsioon ja translatsioon.

Transkriptsiooni käigus muudab rakk DNA a messenger RNA (mRNA) molekul. Tõlkimise ajal valmistab rakk aminohapped mRNA-st. Aminohapped moodustavad valgud.

Mõlemad transkriptsioon ja tõlge juhtuda prokarüootides tsütoplasma. Kui mõlemad protsessid toimuvad samaaegselt, saab rakk samast DNA matriitsist valmistada suures koguses valku. Kui rakk ei vaja enam valku, võib transkriptsioon peatuda.

Transkriptsiooni eesmärk on luua täiend ribonukleiinhape (RNA) ahel DNA matriitsist. Protsessil on kolm osa: initsiatsioon, ahela pikenemine ja lõpetamine.

Initsiatsioonifaasi tekkimiseks peab DNA kõigepealt lahti kerima ja ala, kus see juhtub, on transkriptsioonimull.

Bakterites leiate kogu transkriptsiooni eest vastutava sama RNA polümeraasi. Sellel ensüümil on neli alaühikut. Erinevalt eukarüootidest pole prokarüootidel transkriptsioonifaktoreid.

Transkriptsioon algab siis, kui DNA lahti kerib ja RNA polümeraas seondub a promootor. Promootor on spetsiaalne DNA järjestus, mis eksisteerib konkreetse geeni alguses.

Bakterites on promootoril kaks järjestust: -10 ja -35 elementi. -10-element on see, kus DNA tavaliselt lahti kerib, ja see asub initsiatsioonikohast 10 nukleotiidi kaugusel. -35 element on saidilt 35 nukleotiidi.

RNA polümeraas tugineb matriitsiks ühele DNA ahelale, kuna see ehitab uue RNA ahela, mida nimetatakse RNA transkriptiks. Saadud RNA ahel või primaarne transkript on peaaegu sama kui mittemalli või kodeeriv DNA ahel. Ainus erinevus on see, et kõik tümiini (T) alused on RNA-s uratsiili (U) alused.

Transkriptsiooni ahela pikenemise faasis liigub RNA polümeraas piki DNA matriitsi ahelat ja moodustab mRNA molekuli. RNA ahel muutub pikemaks kui rohkem nukleotiidid lisatakse.

Põhimõtteliselt kõnnib RNA polümeraas selle saavutamiseks piki DNA seisu 3 'kuni 5' suunas. Oluline on märkida, et bakterid võivad tekitada polütsistroonilised mRNA-d mis kodeerivad mitut valku.

•••Teadmine

Transkriptsiooni lõpetamise etapis protsess peatub. Prokarüootides on kahte tüüpi lõpetamise faase: Rho-sõltuv lõpetamine ja Rho-sõltumatu lõpetamine.

Sisse Rho-sõltuv lõpetamine, katkestab spetsiaalne valgutegur nimega Rho transkriptsiooni ja lõpetab selle. Rho valgufaktor kinnitub RNA ahelale spetsiifilises seondumiskohas. Seejärel liigub see mööda ahelat, et jõuda RNA polümeraasini transkriptsioonimullis.

Järgmisena tõmbab Rho uue RNA ahela ja DNA matriitsi lahti, nii et transkriptsioon lõpeb. RNA polümeraas lakkab liikumast, kuna jõuab kodeerivasse järjestusse, mis on transkriptsiooni peatuspunkt.

Sisse Rho-sõltumatu lõpetamine, teeb RNA molekul aasa ja eraldub. RNA polümeraas jõuab matriitsahelas oleva DNA järjestuseni, mis on terminaator ja millel on palju tsütosiini (C) ja guaniini (G) nukleotiide. Uus RNA ahel hakkab kokku tõmbuma juuksenõelakujuliseks. Selle C- ja G-nukleotiidid seonduvad. See protsess peatab RNA polümeraasi liikumise.

Tõlkega luuakse a valgu molekul või polüpeptiid, mis põhineb transkriptsiooni käigus loodud RNA matriitsil. Bakterites võib tõlkimine toimuda kohe ja mõnikord algab see transkriptsiooni ajal. See on võimalik, kuna prokarüootidel pole protsesside eraldamiseks tuumamembraane ega organelle.

Eukarüootides on asjad erinevad, kuna transkriptsioon toimub tuumas ja translatsioon toimub tsütosoolvõi rakusisene vedelik. Eukarüoot kasutab ka küpset mRNA-d, mida töödeldakse enne translatsiooni.

Teine põhjus, miks translatsioon ja transkriptsioon võivad bakterites samaaegselt toimuda, on see, et RNA ei vaja eukarüootides nähtud eritöötlust. Bakteri RNA on kohe tõlkimiseks valmis.

MRNA ahelas on nn koodonid. Igal koodonil on kolm nukleotiidi ja see kodeerib spetsiifilist aminohappejärjestust. Kuigi aminohappeid on ainult 20, on rakkudel 61 aminohapete koodonit ja kolm stoppkoodonit. AUG on alguskoodon ja alustab tõlkimist. Samuti kodeerib see aminohapet metioniini.

Tõlkimise ajal toimib mRNA ahel matriitsina aminohapete saamiseks, mis muutuvad valkudeks. Rakk dekodeerib mRNA selle saavutamiseks.

Algatamine nõuab ülekantav RNA (tRNA), ribosoom ja mRNA. Igal tRNA molekulil on antikoodon aminohappe jaoks. Antikodoon on koodonit täiendav. Bakterites algab protsess siis, kui mRNA-le kinnitub a juures väike ribosoomne üksus Shine-Dalgarno järjestus.

Shine-Dalgarno järjestus on spetsiaalne ribosoomide seondumisala nii bakterites kui ka arheedes. Tavaliselt näete seda umbes kaheksa nukleotiidi stardikoodonist AUG.

Kuna bakterigeenidel võib transkriptsioon toimuda rühmades, võib üks mRNA kodeerida paljusid geene. Shine-Dalgarno järjestus muudab alguskoodoni leidmise lihtsamaks.

Pikenemise ajal aminohapete ahel pikeneb. TRNA-d lisavad polüpeptiidahela moodustamiseks aminohappeid. TRNA hakkab töötama P sait, mis on keskosa ribosoom.

P saidi kõrval on Sait. Kodoniga sobiv tRNA võib minna A-saiti. Seejärel võib aminohapete vahel tekkida peptiidside. Ribosoom liigub mööda mRNA-d ja aminohapped moodustavad ahela.

Lõpetamine toimub stoppkoodoni tõttu. Kui stoppkoodon siseneb A-saiti, peatub translatsiooniprotsess, kuna stoppkoodonil puudub komplementaarne tRNA. Valgud kutsusid vabastamistegurid mis sobivad P-saiti, tunnevad ära stoppkoodonid ja takistavad peptiidsidemete teket.

See juhtub seetõttu, et vabastamistegurid võivad seda teha ensüümid lisage veemolekul, mis muudab ahela tRNA-st eraldi.

Kui te võtate infektsiooni raviks mõnda antibiootikumi, võivad need toimida, häirides bakterite tõlkeprotsessi. Antibiootikumide eesmärk on hävitada bakterid ja peatada nende paljunemine.

Üks viis nende saavutamiseks on mõjutada bakterirakkude ribosoome. Ravimid võivad häirida mRNA translatsiooni või blokeerida raku võimet peptiidsidemeid luua. Antibiootikumid võivad seonduda ribosoomidega.

Näiteks võib ühte tüüpi antibiootikum nimega tetratsükliin siseneda bakterirakku, ületades plasmamembraani ja kogunedes tsütoplasmasse. Seejärel võib antibiootikum seonduda ribosoomiga ja blokeerida translatsiooni.

Teine antibiootikum, mida nimetatakse tsiprofloksatsiiniks, mõjutab bakterirakku, suunates ensüümi, mis vastutab replikatsiooni võimaldamiseks DNA lahti keeramise. Mõlemal juhul säästetakse inimrakke, mis võimaldab inimestel kasutada antibiootikume oma rakke tapmata.

Seotud teema:mitmerakulised organismid

Pärast translatsiooni lõppu jätkavad mõned rakud valkude töötlemist. Tõlkimisjärgsed muudatused Valkude (PTM) abil saavad bakterid kohaneda oma keskkonnaga ja kontrollida rakukäitumist.

Üldiselt on PTM-e prokarüootides vähem kui eukarüootides, kuid mõnel organismil on neid. Bakterid võivad ka valke modifitseerida ja protsesse ümber pöörata. See annab neile rohkem mitmekülgsust ja võimaldab reguleerimiseks kasutada valgu modifitseerimist.

Valkude fosforüülimine on bakterite tavaline modifikatsioon. See protsess hõlmab fosfaatrühma lisamist valgule, millel on fosfori- ja hapnikuaatomid. Fosforüülimine on valgu toimimiseks hädavajalik.

Kuid fosforüülimine võib olla ajutine, kuna see on pöörduv. Mõned bakterid võivad kasutada fosforüülimist protsessi osana teiste organismide nakatamiseks.

Nimetatakse fosforüülimist, mis toimub seriini, treoniini ja türosiini aminohapete kõrvalahelates Ser / Thr / Tyr fosforüülimine.

Lisaks fosforüülitud valkudele võivad bakterid olla atsetüülitud ja glükosüülitud valgud. Neil võib olla ka metüülimine, karboksüülimine ja muud modifikatsioonid. Need modifikatsioonid mängivad olulist rolli rakusignaalides, reguleerimisel ja muudes bakterite protsessides.

Näiteks aitab Ser / Thr / Tyr fosforüülimine bakteritel reageerida muutustele oma keskkonnas ja suurendada ellujäämise võimalusi.

Uuringud näitavad, et metaboolsed muutused rakus on seotud Ser / Thr / Tyr fosforüülimisega, mis näitab, et bakterid saavad rakuprotsesse muutes reageerida oma keskkonnale. Pealegi aitavad tõlkimisjärgsed muudatused neil kiiresti ja tõhusalt reageerida. Võimalus muudatusi tagasi pöörata annab ka olulise kontrolli.

Arheides kasutatakse geeniekspressiooni mehhanisme, mis on rohkem sarnased eukarüootidele. Kuigi arheed on prokarüootid, on neil eukarüootidega mõned ühised jooned, näiteks geeniekspressioon ja geeniregulatsioon. Arhee transkriptsiooni ja translatsiooni protsessidel on teatud sarnasusi bakteritega.

Näiteks on nii arheidel kui ka bakteritel esimese aminohappena metioniin ja stardikoodoniks AUG. Teiselt poolt on nii arheidel kui ka eukarüootidel a TATA kast, mis on promootori piirkonnas olev DNA järjestus, mis näitab, kuhu DNA dekodeerida.

Arheede tõlkimine sarnaneb bakterites nähtud protsessiga. Mõlemal organismitüübil on ribosoomid, mis koosnevad kahest üksusest: 30S ja 50S alaühikud. Lisaks on neil mõlemal polütsistroonilised mRNA-d ja Shine-Dalgarno järjestused.

Bakterite, arheede ja eukarüootide vahel on mitmeid sarnasusi ja erinevusi. Kuid nad kõik toetuvad geeniekspressioon ja geeniregulatsioon ellujäämiseks.