Expression génique chez les procaryotes

Les procaryotes sont de petits organismes vivants unicellulaires. Ils sont l'un des deux types de cellules courants: procaryote et eucaryote.

Depuis des cellules procaryotes n'ont pas de noyau ni d'organites, l'expression des gènes se fait à l'air libre cytoplasme et toutes les étapes peuvent se dérouler simultanément. Bien que les procaryotes soient plus simples que les eucaryotes, le contrôle de l'expression des gènes est toujours crucial pour leur comportement cellulaire.

Les deux domaines des procaryotes sont Bactéries et Archées. Les deux n'ont pas de noyau défini, mais ils ont toujours un code génétique et des acides nucléiques. Bien qu'il n'y ait pas de chromosomes complexes comme ceux que vous verriez dans les cellules eucaryotes, les procaryotes ont des morceaux circulaires d'acide désoxyribonucléique (ADN) situé dans le nucléoïde.

Cependant, il n'y a pas de membrane autour du matériel génétique. En général, les procaryotes ont moins de séquences non codantes dans leur ADN que les eucaryotes. Cela peut être dû au fait que les cellules procaryotes sont plus petites et ont moins d'espace pour une molécule d'ADN.

le nucléoïde est simplement la région où vit l'ADN dans la cellule procaryote. Il a une forme irrégulière et peut varier en taille. De plus, le nucléoïde est attaché à la membrane cellulaire.

Les procaryotes peuvent également avoir un ADN circulaire appelé plasmides. Il leur est possible d'avoir un ou plusieurs plasmides dans une cellule. Au cours de la division cellulaire, les procaryotes peuvent passer par la synthèse d'ADN et la séparation des plasmides.

Comparés aux chromosomes des eucaryotes, les plasmides ont tendance à être plus petits et à avoir moins d'ADN. De plus, les plasmides peuvent se répliquer seuls sans autre ADN cellulaire. Certains plasmides portent les codes de gènes non essentiels, tels que ceux qui confèrent aux bactéries leur résistance aux antibiotiques.

Dans certains cas, les plasmides sont également capables de se déplacer d'une cellule à une autre et de partager des informations telles que la résistance aux antibiotiques.

L'expression génique est le processus par lequel la cellule traduit le code génétique en acides aminés pour la production de protéines. Contrairement aux eucaryotes, les deux étapes principales que sont la transcription et la traduction peuvent se dérouler en même temps chez les procaryotes.

Au cours de la transcription, la cellule traduit l'ADN en un ARN messager (ARNm) molécule. Pendant la traduction, la cellule fabrique les acides aminés à partir de l'ARNm. Les acides aminés constitueront les protéines.

Tous les deux transcription et Traduction arriver chez les procaryotes cytoplasme. En faisant en sorte que les deux processus se produisent en même temps, la cellule peut fabriquer une grande quantité de protéines à partir de la même matrice d'ADN. Si la cellule n'a plus besoin de la protéine, la transcription peut s'arrêter.

Le but de la transcription est de créer un acide ribonucléique (ARN) à partir d'une matrice d'ADN. Le processus comporte trois parties: l'initiation, l'allongement de la chaîne et la terminaison.

Pour que la phase d'initiation se produise, l'ADN doit d'abord se dérouler et la zone où cela se produit est la bulle de transcription.

Chez les bactéries, vous trouverez la même ARN polymérase responsable de toute la transcription. Cette enzyme a quatre sous-unités. Contrairement aux eucaryotes, les procaryotes n'ont pas de facteurs de transcription.

La transcription commence lorsque l'ADN se déroule et que l'ARN polymérase se lie à un promoteur. Un promoteur est une séquence d'ADN spéciale qui existe au début d'un gène spécifique.

Chez les bactéries, le promoteur a deux séquences: -10 et -35 éléments. L'élément -10 est l'endroit où l'ADN se déroule habituellement et il est situé à 10 nucléotides du site d'initiation. L'élément -35 est à 35 nucléotides du site.

L'ARN polymérase s'appuie sur un brin d'ADN pour être la matrice car elle construit un nouveau brin d'ARN appelé transcrit d'ARN. Le brin d'ARN ou le transcrit primaire résultant est presque le même que le brin d'ADN non-matrice ou codant. La seule différence est que toutes les bases thymine (T) sont des bases uracile (U) dans l'ARN.

Au cours de la phase d'allongement de la chaîne de la transcription, l'ARN polymérase se déplace le long du brin matrice d'ADN et fabrique une molécule d'ARNm. Le brin d'ARN s'allonge à mesure que plus nucléotides sont ajoutés.

Essentiellement, l'ARN polymérase marche le long du support d'ADN dans la direction 3' à 5' pour accomplir cela. Il est important de noter que les bactéries peuvent créer ARNm polycistroniques ce code pour plusieurs protéines.

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Pendant la phase de terminaison de la transcription, le processus s'arrête. Il existe deux types de phases de terminaison chez les procaryotes: la terminaison Rho-dépendante et la terminaison Rho-indépendante.

Dans Terminaison Rho-dépendante, un facteur protéique spécial appelé Rho interrompt la transcription et la termine. Le facteur de protéine Rho se fixe au brin d'ARN à un site de liaison spécifique. Ensuite, il se déplace le long du brin pour atteindre l'ARN polymérase dans la bulle de transcription.

Ensuite, Rho sépare le nouveau brin d'ARN et la nouvelle matrice d'ADN, de sorte que la transcription se termine. L'ARN polymérase s'arrête de bouger car elle atteint une séquence codante qui est le point d'arrêt de la transcription.

Dans Résiliation indépendante de Rho, la molécule d'ARN fait une boucle et se détache. L'ARN polymérase atteint une séquence d'ADN sur le brin matrice qui est le terminateur et possède de nombreux nucléotides de cytosine (C) et de guanine (G). Le nouveau brin d'ARN commence à se replier en une forme d'épingle à cheveux. Ses nucléotides C et G se lient. Ce processus empêche l'ARN polymérase de se déplacer.

La traduction crée un molécule de protéine ou un polypeptide basé sur la matrice d'ARN créée pendant la transcription. Chez les bactéries, la traduction peut se produire tout de suite, et parfois elle commence pendant la transcription. Cela est possible car les procaryotes n'ont pas de membranes nucléaires ni d'organites pour séparer les processus.

Chez les eucaryotes, les choses sont différentes parce que la transcription se produit dans le noyau, et la traduction est dans le cytosol, ou fluide intracellulaire, de la cellule. Un eucaryote utilise également de l'ARNm mature, qui est traité avant la traduction.

Une autre raison pour laquelle la traduction et la transcription peuvent se produire en même temps chez les bactéries est que l'ARN n'a pas besoin du traitement spécial observé chez les eucaryotes. L'ARN bactérien est prêt à être traduit immédiatement.

Le brin d'ARNm a des groupes de nucléotides appelés codons. Chaque codon a trois nucléotides et code pour une séquence d'acides aminés spécifique. Bien qu'il n'y ait que 20 acides aminés, les cellules ont 61 codons pour les acides aminés et trois codons d'arrêt. AUG est le codon de départ et commence la traduction. Il code également pour l'acide aminé méthionine.

Pendant la traduction, le brin d'ARNm agit comme une matrice pour fabriquer des acides aminés qui deviennent des protéines. La cellule décode l'ARNm pour y parvenir.

L'initiation nécessite ARN de transfert (ARNt), un ribosome et un ARNm. Chaque molécule d'ARNt a un anticodon pour un acide aminé. L'anticodon est complémentaire du codon. Chez les bactéries, le processus commence lorsqu'une petite unité ribosomique se fixe à l'ARNm à un Séquence Shine-Dalgarno.

La séquence Shine-Dalgarno est une zone de liaison ribosomique spéciale chez les bactéries et les archées. Vous le voyez généralement à environ huit nucléotides du codon de départ AUG.

Étant donné que la transcription des gènes bactériens peut se produire en groupes, un ARNm peut coder pour de nombreux gènes. La séquence Shine-Dalgarno facilite la recherche du codon de départ.

Au cours de l'allongement, la chaîne d'acides aminés s'allonge. Les ARNt ajoutent des acides aminés pour former la chaîne polypeptidique. Un ARNt commence à fonctionner dans le site P, qui est une partie médiane du ribosome.

A côté du site P se trouve le Un site. Un ARNt qui correspond au codon peut aller au site A. Ensuite, une liaison peptidique peut se former entre les acides aminés. Le ribosome se déplace le long de l'ARNm et les acides aminés forment une chaîne.

La terminaison se produit à cause d'un codon d'arrêt. Lorsqu'un codon d'arrêt pénètre dans le site A, le processus de traduction s'arrête car le codon d'arrêt n'a pas d'ARNt complémentaire. Des protéines appelées facteurs de libération qui s'insèrent dans le site P peuvent reconnaître les codons d'arrêt et empêcher la formation de liaisons peptidiques.

Cela se produit parce que les facteurs de libération peuvent faire enzymes ajouter une molécule d'eau, ce qui sépare la chaîne de l'ARNt.

Lorsque vous prenez des antibiotiques pour traiter une infection, ils peuvent agir en perturbant le processus de traduction chez les bactéries. Le but des antibiotiques est de tuer les bactéries et de les empêcher de se reproduire.

Une façon d'y parvenir est d'affecter les ribosomes dans les cellules bactériennes. Les médicaments peuvent interférer avec la traduction de l'ARNm ou bloquer la capacité de la cellule à établir des liaisons peptidiques. Les antibiotiques peuvent se lier aux ribosomes.

Par exemple, un type d'antibiotique appelé tétracycline peut pénétrer dans la cellule bactérienne en traversant la membrane plasmique et en s'accumulant à l'intérieur du cytoplasme. Ensuite, l'antibiotique peut se lier à un ribosome et bloquer la traduction.

Un autre antibiotique appelé ciprofloxacine affecte la cellule bactérienne en ciblant une enzyme responsable du déroulement de l'ADN pour permettre la réplication. Dans les deux cas, les cellules humaines sont épargnées, ce qui permet aux gens d'utiliser des antibiotiques sans tuer leurs propres cellules.

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Une fois la traduction terminée, certaines cellules continuent à traiter les protéines. Modifications post-traductionnelles (PTM) des protéines permettent aux bactéries de s'adapter à leur environnement et de contrôler le comportement cellulaire.

En général, les PTM sont moins fréquents chez les procaryotes que chez les eucaryotes, mais certains organismes en possèdent. Les bactéries peuvent également modifier les protéines et inverser les processus. Cela leur donne plus de polyvalence et leur permet d'utiliser la modification des protéines pour la régulation.

Phosphorylation des protéines est une modification courante chez les bactéries. Ce processus consiste à ajouter un groupe phosphate à la protéine, qui contient des atomes de phosphore et d'oxygène. La phosphorylation est essentielle à la fonction des protéines.

Cependant, la phosphorylation peut être temporaire car elle est réversible. Certaines bactéries peuvent utiliser la phosphorylation dans le cadre du processus pour infecter d'autres organismes.

La phosphorylation qui se produit sur les chaînes latérales des acides aminés sérine, thréonine et tyrosine est appelée Phosphorylation Ser/Thr/Tyr.

En plus des protéines phosphorylées, les bactéries peuvent avoir acétylé et glycosylé protéines. Ils peuvent également avoir une méthylation, une carboxylation et d'autres modifications. Ces modifications jouent un rôle important dans la signalisation cellulaire, la régulation et d'autres processus chez les bactéries.

Par exemple, la phosphorylation Ser/Thr/Tyr aide les bactéries à réagir aux changements de leur environnement et augmente leurs chances de survie.

La recherche montre que les changements métaboliques dans la cellule sont associés à la phosphorylation Ser/Thr/Tyr, ce qui indique que les bactéries peuvent réagir à leur environnement en modifiant leurs processus cellulaires. De plus, les modifications post-traductionnelles les aident à réagir rapidement et efficacement. La possibilité d'annuler tout changement offre également un contrôle important.

Les archées utilisent des mécanismes d'expression génique plus proches de ceux des eucaryotes. Bien que les archées soient des procaryotes, elles ont des points communs avec les eucaryotes, tels que l'expression et la régulation des gènes. Les processus de transcription et de traduction chez les archées présentent également certaines similitudes avec les bactéries.

Par exemple, les archées et les bactéries ont la méthionine comme premier acide aminé et AUG comme codon de départ. D'autre part, les archées et les eucaryotes ont un boîte TATA, qui est une séquence d'ADN dans la zone du promoteur qui montre où décoder l'ADN.

La traduction chez les archées ressemble au processus observé chez les bactéries. Les deux types d'organismes ont des ribosomes constitués de deux unités: les sous-unités 30S et 50S. De plus, ils ont tous deux des ARNm polycistroniques et des séquences Shine-Dalgarno.

Il existe de multiples similitudes et différences entre les bactéries, les archées et les eucaryotes. Cependant, ils s'appuient tous sur l'expression du gène et la régulation des gènes pour survivre.