Ekspresija gena u prokariota

Prokarioti su mali jednostanični živi organizmi. Oni su jedna od dvije uobičajene vrste stanica: prokariotski i eukariotski.

Od prokariontske stanice nemaju jezgru ili organele, ekspresija gena događa se na otvorenom citoplazma a sve se faze mogu događati istovremeno. Iako su prokarioti jednostavniji od eukariota, kontrola ekspresije gena i dalje je presudna za njihovo stanično ponašanje.

Dvije domene prokariota su Bakterije i Arheje. Obje nemaju definiranu jezgru, ali svejedno imaju genetski kod i nukleinske kiseline. Iako ne postoje složeni kromosomi poput onih koje biste vidjeli u eukariotskim stanicama, prokarionti imaju kružne komade deoksiribonukleinske kiseline (DNK) smještene u nukleoidu.

Međutim, oko genetskog materijala nema membrane. Općenito, prokarionti imaju manje nekodirajućih sekvenci u svojoj DNA u usporedbi s eukarionima. To je možda zbog prokariotskih stanica koje su manje i imaju manje prostora za molekulu DNA.

The nukleoidni je jednostavno regija u kojoj DNA živi u prokariontskoj stanici. Nepravilnog je oblika i može varirati u veličini. Uz to, nukleoid je pričvršćen na staničnu membranu.

Prokarioti mogu imati i kružnu DNA koja se naziva plazmidi. Moguće je da imaju jedan ili više plazmida u stanici. Tijekom diobe stanica, prokarionti mogu proći sintezu DNA i odvajanje plazmida.

U usporedbi s kromosomima u eukariotima, plazmidi imaju tendenciju da budu manji i imaju manje DNA. Uz to, plazmidi se mogu replicirati sami bez druge stanične DNA. Neki plazmidi nose kodove za nebitne gene, poput onih koji bakterijama daju otpornost na antibiotike.

U određenim slučajevima plazmidi se također mogu premještati iz jedne stanice u drugu i dijeliti informacije poput rezistencije na antibiotike.

Ekspresija gena je postupak kroz koji stanica prevodi genetski kod u aminokiseline za proizvodnju proteina. Za razliku od eukariota, dvije glavne faze, a to su transkripcija i translacija, mogu se istodobno dogoditi kod prokariota.

Tijekom transkripcije, stanica prevodi DNA u glasnička RNA (mRNA) molekula. Tijekom prevođenja, stanica stvara aminokiseline iz mRNA. Aminokiseline će činiti proteine.

Oba transkripcija i prijevod dogoditi se u prokariotovim citoplazma. Ako se oba procesa događaju istodobno, stanica može stvoriti veliku količinu proteina iz istog DNK predloška. Ako stanica više ne treba protein, tada se transkripcija može zaustaviti.

Cilj transkripcije je stvoriti komplementarnu ribonukleinska kiselina (RNA) lanac iz DNA predloška. Proces se sastoji od tri dijela: inicijacija, produljenje i prekidanje lanca.

Da bi se započela faza inicijacije, DNA se mora prvo odmotati, a područje na kojem se to događa je mjehur transkripcije.

U bakterijama ćete pronaći istu RNA polimerazu odgovornu za svu transkripciju. Ovaj enzim ima četiri podjedinice. Za razliku od eukariota, prokarionti nemaju transkripcijske faktore.

Transkripcija započinje kad se DNA odmota i RNA polimeraza veže na a promotor. Promotor je posebna DNA sekvenca koja postoji na početku određenog gena.

U bakterijama promotor ima dvije sekvence: -10 i -35 elemenata. Element -10 je mjesto gdje se DNA obično odmotava i nalazi se na 10 nukleotida od mjesta inicijacije. Element -35 udaljen je od mjesta 35 nukleotida.

RNA polimeraza se oslanja na jedan DNA lanac koji će biti predložak jer gradi novi lanac RNA koji se naziva RNA transkript. Rezultirajući RNA lanac ili primarni transkript gotovo su isti kao i lanac DNA koji ne kodira ili kodira. Jedina je razlika u tome što su sve baze timina (T) uracil (U) baze u RNK.

Tijekom faze izduživanja lanca transkripcije, RNA polimeraza se kreće duž lanca DNA matrice i stvara molekulu mRNA. RNA lanac postaje sve duži i duži nukleotidi dodaju se.

U osnovi, RNA polimeraza hoda duž DNA postolja u smjeru 3 'do 5' kako bi to postigla. Važno je napomenuti da bakterije mogu stvarati polikistronske mRNA taj kod za više proteina.

•••Znanstveno

Tijekom faze završetka transkripcije, proces se zaustavlja. Postoje dvije vrste terminacijskih faza u prokariota: Rho-ovisni završetak i Rho-neovisni završetak.

U Rho-ovisni završetak, poseban protein faktor zvan Rho prekida transkripciju i završava je. Rho protein faktor se veže za RNA lanac na određenom mjestu vezanja. Zatim se kreće duž niti da bi dosegao RNA polimerazu u mjehuriću za transkripciju.

Dalje, Rho razdvaja novi RNA lanac i predložak DNA, tako da transkripcija završava. RNA polimeraza se prestaje kretati jer doseže kodirajući niz koji je zaustavna točka transkripcije.

U Rho-neovisan prekid, molekula RNA stvara petlju i odvaja se. RNA polimeraza doseže DNA sekvencu na lancu predloška koji je završivač i ima mnogo nukleotida citozina (C) i gvanina (G). Novi RNA lanac počinje se savijati u oblik ukosnice. Njegovi C i G nukleotidi se vežu. Ovaj postupak zaustavlja kretanje RNK polimeraze.

Prijevod stvara a proteinska molekula ili polipeptid na temelju RNA predloška stvorenog tijekom transkripcije. U bakterija se prijevod može dogoditi odmah, a ponekad započinje i tijekom transkripcije. To je moguće jer prokarionti nemaju nuklearne membrane niti organele za odvajanje procesa.

U eukariota stvari stoje drugačije, jer se transkripcija događa u jezgri, a translacija je u citosolili unutarćelijska tekućina stanice. Eukariot također koristi zrelu mRNA koja se obrađuje prije prevođenja.

Drugi razlog zašto se translacija i transkripcija mogu istovremeno dogoditi u bakterijama jest taj što RNA ne treba posebnu obradu viđenu u eukariota. Bakterijska RNA odmah je spremna za prijevod.

Lanac mRNA ima skupine nukleotida tzv kodoni. Svaki kodon ima tri nukleotida i kodira za određeni aminokiselinski slijed. Iako postoji samo 20 aminokiselina, stanice imaju 61 kodon za aminokiseline i tri stop kodona. AUG je početni kodon i započinje prijevod. Također kodira aminokiselinu metionin.

Tijekom prevođenja, mRNA lanac djeluje kao predložak za stvaranje aminokiselina koje postaju proteini. Stanica dekodira mRNA da bi to postigla.

Inicijacija zahtijeva prijenos RNA (tRNA), ribosom i mRNA. Svaka molekula tRNA ima antikodon za aminokiselinu. Antikodon je komplementaran kodonu. U bakterija proces započinje kada se mala ribosomska jedinica prikači na mRNA na Slijed Shine-Dalgarno.

Slijed Shine-Dalgarno posebno je područje vezivanja ribosoma kako u bakterijama tako i u arhejama. Obično ga vidite oko osam nukleotida od početnog kodona AUG.

Budući da se bakterijskim genima može dogoditi da se transkripcija događa u skupinama, jedna mRNA može kodirati mnoge gene. Slijed Shine-Dalgarno olakšava pronalazak početnog kodona.

Tijekom produljenja lanac aminokiselina postaje sve duži. TRNA dodaju aminokiseline kako bi stvorile polipeptidni lanac. TRNA počinje raditi u P mjesto, koji je srednji dio ribosoma.

Pokraj stranice P nalazi se Web mjesto. TRNA koja se podudara s kodonom može otići na mjesto A. Tada se između aminokiselina može stvoriti peptidna veza. Ribozom se kreće duž mRNA, a aminokiseline čine lanac.

Prekid se događa zbog zaustavnog kodona. Kada stop kodon uđe na A mjesto, proces translacije se zaustavlja jer stop kodon nema komplementarnu tRNA. Proteini zvani faktori oslobađanja koji se uklapaju u P mjesto mogu prepoznati stop kodone i spriječiti stvaranje peptidnih veza.

To se događa jer čimbenici oslobađanja mogu stvoriti enzimi dodajte molekulu vode, što čini lanac odvojenim od tRNA.

Kada uzimate neke antibiotike za liječenje infekcije, oni mogu djelovati ometajući proces prevođenja kod bakterija. Cilj antibiotika je ubiti bakterije i zaustaviti njihovo razmnožavanje.

Jedan od načina na koji to postižu jest utjecaj na ribosome u bakterijskim stanicama. Lijekovi mogu ometati translaciju mRNA ili blokirati sposobnost stanice da stvara peptidne veze. Antibiotici se mogu vezati za ribosome.

Na primjer, jedna vrsta antibiotika nazvana tetraciklin može ući u bakterijsku stanicu prelazeći plazemsku membranu i nakupljajući se unutar citoplazme. Tada se antibiotik može vezati za ribosom i blokirati translaciju.

Drugi antibiotik nazvan ciprofloksacin utječe na bakterijske stanice ciljanjem enzima koji je odgovoran za odmotavanje DNA kako bi omogućio replikaciju. U oba slučaja, ljudske stanice su pošteđene, što omogućava ljudima da koriste antibiotike bez ubijanja vlastitih stanica.

Povezana tema:višećelijski organizmi

Po završetku prevođenja neke stanice nastavljaju obrađivati ​​proteine. Post-prijevodne modifikacije (PTM) proteina omogućuju bakterijama da se prilagode svom okruženju i kontroliraju stanično ponašanje.

Općenito, PTM-ovi su rjeđi u prokariota od eukariota, ali neki ih organizmi imaju. Bakterije također mogu modificirati proteine ​​i preokrenuti procese. To im daje veću svestranost i omogućuje im upotrebu modifikacije proteina za regulaciju.

Fosforilacija proteina je uobičajena modifikacija kod bakterija. Ovaj postupak uključuje dodavanje fosfatne skupine proteinu koji ima atome fosfora i kisika. Fosforilacija je bitna za funkciju proteina.

Međutim, fosforilacija može biti privremena jer je reverzibilna. Neke bakterije mogu koristiti fosforilaciju kao dio procesa da zaraze druge organizme.

Nazvana je fosforilacija koja se događa na bočnim lancima aminokiselina serina, treonina i tirozina Ser / Thr / Tyr fosforilacija.

Osim fosforiliranih proteina, bakterije mogu imati acetilirani i glikozilirani bjelančevine. Oni također mogu imati metilaciju, karboksilaciju i druge modifikacije. Te modifikacije igraju važnu ulogu u staničnoj signalizaciji, regulaciji i drugim procesima u bakterijama.

Na primjer, fosforilacija Ser / Thr / Tyr pomaže bakterijama da reagiraju na promjene u svom okruženju i povećavaju šanse za preživljavanje.

Istraživanja pokazuju da su metaboličke promjene u stanici povezane sa fosforilacijom Ser / Thr / Tyr, što ukazuje na to da bakterije mogu odgovoriti na svoju okolinu promjenom svojih staničnih procesa. Štoviše, post-prijevodne modifikacije pomažu im da reagiraju brzo i učinkovito. Sposobnost poništavanja bilo kakvih promjena također pruža značajnu kontrolu.

Arheje koriste mehanizme ekspresije gena koji su sličniji eukarionima. Iako su arheje prokarioti, s eukarionima imaju neke zajedničke stvari, poput ekspresije gena i regulacije gena. Procesi transkripcije i translacije u arhejama također imaju neke sličnosti s bakterijama.

Na primjer, i arheje i bakterije imaju metionin kao prvu aminokiselinu, a AUG kao početni kodon. S druge strane, i arheje i eukarioti imaju TATA kutija, što je DNA sekvenca u području promotora koja pokazuje gdje dekodirati DNA.

Prijevod u arheji nalikuje procesu koji se vidi kod bakterija. Obje vrste organizama imaju ribosome koji se sastoje od dvije jedinice: 30S i 50S podjedinice. Uz to, oboje imaju polikistronske mRNA i i Shine-Dalgarno sekvence.

Više je sličnosti i razlika među bakterijama, arhejama i eukariotima. Međutim, svi se oslanjaju ekspresija gena i regulacija gena za preživljavanje.