Geeniekspressio prokaryooteissa

Prokaryootit ovat pieniä, yksisoluisia eläviä organismeja. Ne ovat yksi kahdesta yleisestä solutyypistä: prokaryootti ja eukaryoottinen.

Siitä asti kun prokaryoottisolut ei ole ydintä tai organelleja, geeniekspressio tapahtuu ulkona sytoplasma ja kaikki vaiheet voivat tapahtua samanaikaisesti. Vaikka prokaryootit ovat yksinkertaisempia kuin eukaryootit, geeniekspression hallinta on silti ratkaisevan tärkeää niiden solukäyttäytymiselle.

Prokaryoottien kaksi domeenia ovat Bakteerit ja Archaea. Molemmilta puuttuu määritelty ydin, mutta niillä on silti geneettinen koodi ja nukleiinihapot. Vaikka eukaryoottisoluissa ei olekaan monimutkaisia ​​kromosomeja, prokaryooteilla on pyöreitä paloja deoksiribonukleiinihappoa (DNA), joka sijaitsee nukleoidissa.

Geneettisen materiaalin ympärillä ei kuitenkaan ole kalvoa. Yleensä prokaryoottien DNA: ssa on vähemmän ei-koodaavia sekvenssejä kuin eukaryooteissa. Tämä voi johtua siitä, että prokaryoottisolut ovat pienempiä ja niissä on vähemmän tilaa DNA-molekyylille.

nukleoidi on yksinkertaisesti alue, jolla DNA elää prokaryoottisolussa. Sen muoto on epäsäännöllinen ja sen koko voi vaihdella. Lisäksi nukleoidi on kiinnitetty solukalvoon.

Prokaryooteilla voi olla myös pyöreä DNA plasmidit. Heillä voi olla yksi tai useampi plasmidi solussa. Solujen jakautumisen aikana prokaryootit voivat käydä läpi DNA-synteesin ja plasmidien erottamisen.

Eukaryoottien kromosomeihin verrattuna plasmidit ovat yleensä pienempiä ja niillä on vähemmän DNA: ta. Lisäksi plasmidit voivat replikoitua yksin ilman muuta solu-DNA: ta. Jotkut plasmidit sisältävät ei-välttämättömien geenien koodit, kuten ne, jotka antavat bakteereille antibioottiresistenssin.

Tietyissä tapauksissa plasmidit pystyvät myös siirtymään solusta toiseen ja jakamaan tietoja, kuten antibioottiresistenssi.

Geeniekspressio on prosessi, jonka kautta solu muuttaa geneettisen koodin aminohapoiksi proteiinituotantoa varten. Toisin kuin eukaryooteissa, kaksi päävaihetta, jotka ovat transkriptio ja translaatio, voivat tapahtua samanaikaisesti prokaryooteissa.

Transkription aikana solu muuntaa DNA: n a messenger RNA (mRNA) molekyyli. Translaation aikana solu tuottaa aminohapot mRNA: sta. Aminohapot muodostavat proteiinit.

Molemmat transkriptio ja käännös tapahtua prokaryooteissa sytoplasma. Kun molemmat prosessit tapahtuvat samanaikaisesti, solu voi valmistaa suuren määrän proteiinia samasta DNA-templaatista. Jos solu ei enää tarvitse proteiinia, transkriptio voi pysähtyä.

Transkription tavoitteena on luoda täydentävä ribonukleiinihappo (RNA) -juoste DNA-templaatista. Prosessissa on kolme osaa: initiaatio, ketjun venymä ja päättyminen.

Aloitusvaiheen tapahtumiseksi DNA: n on ensin purkauduttava ja alue, jolla tämä tapahtuu, on transkriptiokuplan.

Bakteereista löydät saman RNA-polymeraasin, joka on vastuussa kaikesta transkriptiosta. Tällä entsyymillä on neljä alayksikköä. Toisin kuin eukaryooteilla, prokaryooteilla ei ole transkriptiotekijöitä.

Transkriptio alkaa, kun DNA purkautuu ja RNA-polymeraasi sitoutuu a promoottori. Promoottori on erityinen DNA-sekvenssi, joka esiintyy tietyn geenin alussa.

Bakteereissa promoottorilla on kaksi sekvenssiä: -10 ja -35 elementtiä. -10-elementti on paikka, jossa DNA yleensä purkautuu, ja se sijaitsee 10 nukleotidia aloituskohdasta. -35-elementti on 35 nukleotidia kohdasta.

RNA-polymeraasi luottaa siihen, että yksi DNA-juoste on templaatti, kun se rakentaa uuden RNA-juosteen, jota kutsutaan RNA-transkriptioksi. Tuloksena oleva RNA-juoste tai primäärinen transkriptio on melkein sama kuin ei-templaatti tai koodaava DNA-juoste. Ainoa ero on, että kaikki tymiini (T) emäkset ovat urasiili (U) emäksiä RNA: ssa.

Transkription ketjun venymävaiheen aikana RNA-polymeraasi liikkuu pitkin DNA-templaattisäikettä ja muodostaa mRNA-molekyylin. RNA-juoste pidentyy enemmän nukleotidit lisätään.

Pohjimmiltaan RNA-polymeraasi kävelee pitkin DNA-jalustaa suuntaan 3 '- 5' tämän saavuttamiseksi. On tärkeää huomata, että bakteerit voivat luoda polykistroniset mRNA: t joka koodaa useita proteiineja.

•••Tutkiminen

Transkription lopetusvaiheen aikana prosessi pysähtyy. Prokaryooteissa on kahden tyyppisiä lopetusvaiheita: Rho-riippuvainen ja Rho-riippumaton päättyminen.

Sisään Rho-riippuvainen irtisanominen, erityinen proteiinitekijä nimeltä Rho keskeyttää transkription ja lopettaa sen. Rho-proteiinitekijä kiinnittyy RNA-juosteeseen spesifisessä sitoutumiskohdassa. Sitten se liikkuu juosetta pitkin RNA-polymeraasin saavuttamiseksi transkriptiokuplassa.

Seuraavaksi Rho vetää erilleen uuden RNA-juosteen ja DNA-templaatin, joten transkriptio päättyy. RNA-polymeraasi lopettaa liikkumisen, koska se saavuttaa koodaavan sekvenssin, joka on transkription lopetuskohta.

Sisään Rho-riippumaton irtisanominen, RNA-molekyyli muodostaa silmukan ja irtoaa. RNA-polymeraasi saavuttaa DNA-sekvenssin templaattisäikeellä, joka on terminaattori ja jolla on monia sytosiini (C) - ja guaniini (G) -nukleotideja. Uusi RNA-säike alkaa taittua hiusneulan muotoon. Sen C- ja G-nukleotidit sitoutuvat. Tämä prosessi estää RNA-polymeraasin liikkumisen.

Käännös luo proteiinimolekyyli tai polypeptidi, joka perustuu transkription aikana luotuun RNA-templaattiin. Bakteereissa käännös voi tapahtua heti, ja joskus se alkaa transkription aikana. Tämä on mahdollista, koska prokaryooteilla ei ole ydinkalvoja tai organelleja prosessien erottamiseksi.

Eukaryooteissa asiat ovat erilaiset, koska transkriptio tapahtuu ytimessä ja translaatio on sytosolitai solun solunsisäinen neste. Eukaryootti käyttää myös kypsää mRNA: ta, joka prosessoidaan ennen translaatiota.

Toinen syy siihen, miksi translaatio ja transkriptio voivat tapahtua samanaikaisesti bakteereissa, on se, että RNA ei tarvitse eukaryooteissa havaittua erityistä prosessointia. Bakteeri-RNA on heti valmis käännettäväksi.

MRNA-juosteessa on nimettyjä nukleotidiryhmiä kodonit. Jokaisella kodonilla on kolme nukleotidia ja se koodaa tiettyä aminohapposekvenssiä. Vaikka aminohappoja on vain 20, soluissa on 61 kodonia aminohappoja varten ja kolme lopetuskodonia. AUG on aloituskodoni ja alkaa kääntää. Se koodaa myös aminohappoa metioniinia.

Translaation aikana mRNA-juoste toimii templaattina aminohappojen valmistamiseksi, joista tulee proteiineja. Solu dekoodaa mRNA: n tämän saavuttamiseksi.

Aloitus vaatii siirtää RNA (tRNA), ribosomi ja mRNA. Jokaisella tRNA-molekyylillä on antikodoni aminohapolle. Antikodoni on komplementaarinen kodonille. Bakteereissa prosessi alkaa, kun pieni ribosomaalinen yksikkö kiinnittyy mRNA: han kohdassa a Shine-Dalgarno-sekvenssi.

Shine-Dalgarno-sekvenssi on erityinen ribosomaalinen sitoutumisalue sekä bakteereissa että arkeissa. Yleensä näet sen noin kahdeksasta nukleotidista AUG-aloituskodonista.

Koska bakteerigeeneillä voi olla transkriptio tapahtua ryhmissä, yksi mRNA voi koodata monia geenejä. Shine-Dalgarno-sekvenssi helpottaa aloituskodonin löytämistä.

Pidennyksen aikana aminohappojen ketju pitenee. TRNA: t lisäävät aminohappoja polypeptidiketjun muodostamiseksi. TRNA alkaa toimia P-sivusto, joka on keskiosa ribosomi.

P-sivuston vieressä on Sivusto. Kodonia vastaava tRNA voi mennä A-kohtaan. Sitten aminohappojen väliin voi muodostua peptidisidos. Ribosomi liikkuu pitkin mRNA: ta, ja aminohapot muodostavat ketjun.

Loppu tapahtuu stop-kodonin takia. Kun stop-kodoni tulee A-kohtaan, translaatioprosessi pysähtyy, koska stop-kodonilla ei ole komplementaarista tRNA: ta. Proteiinit kutsutaan vapautumistekijät jotka sopivat P-kohtaan, voivat tunnistaa lopetuskodonit ja estää peptidisidosten muodostumisen.

Tämä tapahtuu, koska vapautumistekijät voivat tehdä entsyymit Lisää vesimolekyyli, joka tekee ketjun erilliseksi tRNA: sta.

Kun otat joitain antibiootteja infektion hoitoon, ne voivat toimia häiritsemällä bakteerien käännösprosessia. Antibioottien tavoitteena on tappaa bakteerit ja estää niiden lisääntyminen.

Yksi tapa saavuttaa tämä on vaikuttaa bakteerisolujen ribosomeihin. Lääkkeet voivat häiritä mRNA-translaatiota tai estää solun kyvyn muodostaa peptidisidoksia. Antibiootit voivat sitoutua ribosomeihin.

Esimerkiksi yksi tyyppinen antibiootti, nimeltään tetrasykliini, voi päästä bakteerisoluun ylittämällä plasmamembraanin ja muodostumalla sytoplasman sisään. Sitten antibiootti voi sitoutua ribosomiin ja estää translaation.

Toinen antibiootti, nimeltään siprofloksasiini, vaikuttaa bakteerisoluun kohdentamalla entsyymin, joka on vastuussa DNA: n purkamisesta replikaation mahdollistamiseksi. Molemmissa tapauksissa ihmissolut säästetään, mikä antaa ihmisille mahdollisuuden käyttää antibiootteja tappamatta omia solujaan.

Liittyvä aihe:monisoluiset organismit

Kun translaatio on ohi, jotkut solut jatkavat proteiinien prosessointia. Käännöksen jälkeiset muutokset Proteiinien (PTM) avulla bakteerit voivat sopeutua ympäristöönsä ja hallita solujen käyttäytymistä.

Yleensä PTM: t ovat harvinaisempia prokaryooteissa kuin eukaryootit, mutta joillakin organismeilla on niitä. Bakteerit voivat myös muuttaa proteiineja ja kääntää prosessit. Tämä antaa heille enemmän monipuolisuutta ja antaa heille mahdollisuuden käyttää proteiinimodifikaatiota säätelyyn.

Proteiinin fosforylaatio on yleinen muunnos bakteereissa. Tähän prosessiin liittyy fosfaattiryhmän lisääminen proteiiniin, jossa on fosfori- ja happiatomeja. Fosforylaatio on välttämätöntä proteiinin toiminnalle.

Fosforylaatio voi kuitenkin olla väliaikaista, koska se on palautuva. Jotkut bakteerit voivat käyttää fosforylaatiota osana prosessia muiden organismien tartuttamiseen.

Fosforylaatiota, joka tapahtuu seriinin, treoniinin ja tyrosiinin aminohapposivuketjuissa, kutsutaan Ser / Thr / Tyr-fosforylaatio.

Fosforyloitujen proteiinien lisäksi bakteereilla voi olla asetyloitu ja glykosyloitu proteiineja. Niillä voi olla myös metylaatio, karboksylaatio ja muita modifikaatioita. Näillä modifikaatioilla on tärkeä rooli solujen signaloinnissa, säätelyssä ja muissa bakteerien prosesseissa.

Esimerkiksi Ser / Thr / Tyr-fosforylaatio auttaa bakteereja reagoimaan ympäristössään tapahtuviin muutoksiin ja lisää selviytymismahdollisuuksia.

Tutkimukset osoittavat, että metaboliset muutokset solussa liittyvät Ser / Thr / Tyr-fosforylaatioon, mikä osoittaa, että bakteerit voivat reagoida ympäristöönsä muuttamalla soluprosessejaan. Lisäksi translaation jälkeiset muutokset auttavat heitä reagoimaan nopeasti ja tehokkaasti. Kyky kumota kaikki muutokset tarjoaa myös merkittävän hallinnan.

Archaea käyttää geeniekspressiomekanismeja, jotka ovat samanlaisia ​​kuin eukaryootit. Vaikka arkkiherkut ovat prokaryooteja, niillä on eukaryoottien kanssa joitakin yhteisiä asioita, kuten geenien ilmentyminen ja geenien säätely. Transkriptio- ja translaatioprosesseilla arkeissa on myös joitain yhtäläisyyksiä bakteerien kanssa.

Esimerkiksi sekä arkeissa että bakteereissa metioniini on ensimmäinen aminohappo ja AUG aloituskodoni. Toisaalta sekä arkeissa että eukaryooteissa on TATA-laatikko, joka on DNA-sekvenssi promoottorin alueella, joka osoittaa, mihin DNA dekoodataan.

Käännös arkeissa muistuttaa bakteereissa havaittavaa prosessia. Molemmilla organismeilla on ribosomeja, jotka koostuvat kahdesta yksiköstä: 30S- ja 50S-alayksiköistä. Lisäksi heillä molemmilla on polykistroniset mRNA: t ja Shine-Dalgarno-sekvenssit.

Bakteerien, arkkien ja eukaryoottien välillä on useita yhtäläisyyksiä ja eroja. Ne kaikki kuitenkin luottavat geenien ilmentyminen ja geenien säätely selviytyä.