Gén expresszió prokariótákban

A prokarióták kicsi, egysejtű élő szervezetek. Két gyakori sejttípus egyike: prokarióta és eukarióta.

Mivel prokarióta sejtek nincs sejtmagjuk vagy szervsejtjük, a génexpresszió a szabadban történik citoplazma és az összes szakasz egyszerre történhet meg. Bár a prokarióták egyszerűbbek, mint az eukarióták, a gén expressziójának ellenőrzése továbbra is kulcsfontosságú a sejtek viselkedése szempontjából.

A prokarióták két tartománya az Baktériumok és Archaea. Mindkettőből hiányzik egy meghatározott mag, de mégis van genetikai kódjuk és nukleinsavuk. Bár nincsenek olyan komplex kromoszómák, mint amilyeneket az eukarióta sejtekben látna, a prokariótákban kör alakú dezoxiribonukleinsavdarabok vannak (DNS) a nukleoidban található.

A genetikai anyag körül azonban nincs membrán. Általában a prokarióták DNS-ében kevesebb nem kódoló szekvencia van, mint az eukariótákban. Ennek oka lehet, hogy a prokarióta sejtek kisebbek és kevesebb helyet foglalnak el egy DNS-molekula számára.

A nukleoid egyszerűen az a régió, ahol a DNS a prokarióta sejtben él. Szabálytalan alakú, mérete változhat. Ezenkívül a nukleoid kapcsolódik a sejtmembránhoz.

A prokariótáknak kör alakú DNS-je is lehet plazmidok. Lehetséges, hogy egy vagy több plazmid van egy sejtben. A sejtosztódás során a prokarióták DNS-szintézisen és a plazmidok elválasztásán mennek keresztül.

Az eukarióták kromoszómáihoz képest a plazmidok általában kisebbek és kevesebb DNS-t tartalmaznak. Ezenkívül a plazmidok önmagukban is képesek szaporodni más sejtes DNS nélkül. Egyes plazmidok hordozzák a nem lényeges gének kódjait, például azok, amelyek a baktériumoknak antibiotikum-rezisztenciát adnak.

Bizonyos esetekben a plazmidok képesek egyik sejtről a másik sejtre mozogni, és információt megoszthatnak, mint például az antibiotikum-rezisztencia.

A génexpresszió az a folyamat, amelynek során a sejt a genetikai kódot aminosavakká alakítja a fehérje termeléséhez. Az eukariótáktól eltérően a két fő szakasz, a transzkripció és a transzláció, egyszerre történhet meg a prokariótákban.

A transzkripció során a sejt a DNS-t a messenger RNS (mRNS) molekula. A transzláció során a sejt az aminosavakat állítja elő az mRNS-ből. Az aminosavak alkotják a fehérjéket.

Mindkét átírás és fordítás a prokariótákban történnek citoplazma. Ha mindkét folyamat egyszerre megy végbe, a sejt nagy mennyiségű proteint képes előállítani ugyanabból a DNS-templátból. Ha a sejtnek már nincs szüksége a fehérjére, akkor a transzkripció leállhat.

Az átírás célja egy kiegészítő létrehozása ribonukleinsav (RNS) szál egy DNS templátból. A folyamat három részből áll: iniciáció, lánc megnyúlás és befejezés.

Annak érdekében, hogy a beavatási fázis bekövetkezhessen, a DNS-nek először ki kell lazulnia, és az a terület, ahol ez történik, átírási buborék.

A baktériumoknál ugyanazt az RNS-polimerázt találja, amely felelős az összes transzkripcióért. Ennek az enzimnek négy alegysége van. Az eukariótáktól eltérően a prokarióták nem rendelkeznek transzkripciós faktorokkal.

A transzkripció akkor kezdődik, amikor a DNS kikapcsol és az RNS polimeráz kötődik a promóter. A promóter egy speciális DNS-szekvencia, amely egy adott gén elején létezik.

Baktériumok esetén a promoternek két szekvenciája van: -10 és -35 elem. A -10 elem az, ahol a DNS általában kikapcsol, és 10 nukleotid található a beavatkozás helyétől. A -35 elem 35 nukleotid a helytől.

Az RNS-polimeráz az egyik DNS-szálra támaszkodik templátként, mivel új RNS-szálat épít, amelyet RNS-transzkriptumnak neveznek. A kapott RNS-szál vagy elsődleges transzkriptum szinte megegyezik a nem templátos vagy kódoló DNS-szálral. Az egyetlen különbség az, hogy az összes timin (T) bázis uracil (U) bázis az RNS-ben.

A transzkripció láncnyúlási szakaszában az RNS polimeráz a DNS templát szál mentén mozog, és mRNS molekulát alkot. Az RNS-szál egyre hosszabbá válik nukleotidok hozzáadódnak.

Lényegében az RNS-polimeráz végigmegy a DNS-állványon 3 '- 5' irányban, hogy ezt elérje. Fontos megjegyezni, hogy a baktériumok képesek létrehozni policisztonikus mRNS-ek hogy több fehérjét kódol.

•••Tudományosság

Az átírás befejező szakaszában a folyamat leáll. A prokariótákban kétféle terminációs fázis létezik: Rho-függő termináció és Rho-független termináció.

Ban ben Rho-függő felmondás, egy speciális Rho nevű fehérjetényező megszakítja a transzkripciót és megszünteti azt. A Rho fehérjefaktor egy specifikus kötési helyen kapcsolódik az RNS-szálhoz. Ezután a szál mentén haladva eljut az RNS-polimerázhoz a transzkripciós buborékban.

Ezután Rho széthúzza az új RNS-szálat és a DNS-templátot, így a transzkripció véget ér. Az RNS-polimeráz abbahagyja a mozgást, mert eljut egy kódoló szekvenciához, amely az átírás leállítási pontja.

Ban ben Rho-független felmondás, az RNS molekula hurkot hoz létre és leválik. Az RNS-polimeráz eléri a DNS-szekvenciát a templát szálon, amely a terminátor és sok citozin (C) és guanin (G) nukleotiddal rendelkezik. Az új RNS-szál hajtű formájúra kezd felhajtani. C és G nukleotidjai kötődnek. Ez a folyamat megakadályozza az RNS-polimeráz mozgását.

A fordítás létrehoz egy fehérjemolekula vagy polipeptid a transzkripció során létrehozott RNS-templát alapján. A baktériumoknál a fordítás azonnal megtörténhet, és néha a transzkripció során kezdődik. Ez azért lehetséges, mert a prokariótáknak nincsenek sejtmembránjai vagy organellái a folyamatok elválasztására.

Az eukariótákban más a helyzet, mert a transzkripció a magban történik, a transzláció pedig a citoszolvagy intracelluláris folyadék a sejt. Az eukarióta érett mRNS-t is használ, amelyet a fordítás előtt feldolgoznak.

Egy másik oka annak, hogy a transzláció és a transzkripció egyszerre történhet meg a baktériumokban, az, hogy az RNS-nek nincs szüksége az eukariótákban látható speciális feldolgozásra. A bakteriális RNS azonnal készen áll a fordításra.

Az mRNS-szál nukleotidcsoportokat nevez kodonok. Mindegyik kodonnak három nukleotidja van, és egy adott aminosav-szekvenciát kódol. Bár csak 20 aminosav van, a sejtekben 61 kodon van az aminosavakra és három stopkodon. Az AUG a kezdőkodon és megkezdi a fordítást. Kódolja a metionin aminosavat is.

A transzláció során az mRNS-szál templátként működik aminosavak előállításához, amelyek fehérjévé válnak. A sejt ennek megvalósításához dekódolja az mRNS-t.

A beavatás megköveteli transzfer RNS (tRNS), riboszóma és mRNS. Minden tRNS-molekulának van egy antikodon aminosavhoz. Az antikodon kiegészíti a kodont. A baktériumoknál a folyamat akkor kezdődik, amikor egy kis riboszomális egység kapcsolódik az mRNS-hez a Shine-Dalgarno szekvencia.

A Shine-Dalgarno szekvencia egy speciális riboszomális kötő terület mind a baktériumokban, mind az archeákban. Általában körülbelül nyolc nukleotidot lát az AUG kezdőkodontól.

Mivel a bakteriális géneknél a transzkripció történhet csoportokban, egy mRNS sok gént kódolhat. A Shine-Dalgarno szekvencia megkönnyíti a kezdő kodon megtalálását.

A megnyúlás során az aminosavak lánca hosszabb lesz. A tRNS-ek aminosavakat adnak a polipeptidlánc előállításához. Egy tRNS elkezd dolgozni a P hely, amely a középső része riboszómás.

A P hely mellett a Egy oldal. A kodonhoz illeszkedő tRNS eljuthat az A helyre. Ezután peptidkötés alakulhat ki az aminosavak között. A riboszóma az mRNS mentén mozog, és az aminosavak láncot alkotnak.

A felmondás egy stop kodon miatt történik. Amikor egy stop kodon belép az A helyre, a transzláció folyamata leáll, mert a stop kodon nem rendelkezik komplementer tRNS-sel. Fehérjék hívtak felszabadulási tényezők amelyek illeszkednek a P helyhez, felismerhetik a stop kodonokat és megakadályozhatják a peptidkötések kialakulását.

Ez azért történik, mert a felszabadulási tényezők előidézhetik enzimek adjunk hozzá egy vízmolekulát, amely elkülöníti a láncot a tRNS-től.

Amikor antibiotikumokat szed egy fertőzés kezelésére, ezek a baktériumok transzlációs folyamatának megzavarásával működhetnek. Az antibiotikumok célja a baktériumok elpusztítása és a szaporodás megakadályozása.

Ennek egyik módja a baktériumsejtekben található riboszómák befolyásolása. A gyógyszerek megzavarhatják az mRNS transzlációját, vagy blokkolják a sejt peptidkötések létrehozására való képességét. Az antibiotikumok kötődhetnek a riboszómákhoz.

Például egy tetraciklin nevű antibiotikum azáltal juthat be a baktériumsejtbe, hogy keresztezi a plazmamembránt és felépül a citoplazmában. Ezután az antibiotikum képes kötődni egy riboszómához és blokkolni a transzlációt.

A ciprofloxacin nevű másik antibiotikum hatással van a baktériumsejtre azáltal, hogy egy enzimet céloz meg, amely felelős a DNS letekeredéséért a replikáció lehetővé tétele érdekében. Mindkét esetben megkímélik az emberi sejteket, ami lehetővé teszi az emberek számára, hogy az antibiotikumokat saját sejtjeik megölése nélkül használják.

Kapcsolódó téma:többsejtű szervezetek

A transzláció befejezése után néhány sejt folytatja a fehérjék feldolgozását. Fordítás utáni módosítások A fehérjék (PTM) lehetővé teszik a baktériumok számára, hogy alkalmazkodjanak a környezetükhöz, és ellenőrizzék a sejtek viselkedését.

Általánosságban elmondható, hogy a prokariótákban a PTM-ek ritkábban fordulnak elő, mint az eukariótákban, de néhány organizmusban vannak ilyenek. A baktériumok módosíthatják a fehérjéket és megfordíthatják a folyamatokat is. Ez nagyobb sokoldalúságot biztosít számukra, és lehetővé teszi számukra a fehérje módosítását a szabályozáshoz.

Fehérje foszforilezése a baktériumok gyakori módosulata. Ez a folyamat magában foglalja egy foszfátcsoport hozzáadását a fehérjéhez, amelynek foszfor- és oxigénatomjai vannak. A foszforilezés elengedhetetlen a fehérje működéséhez.

A foszforilezés azonban átmeneti lehet, mivel reverzibilis. Néhány baktérium felhasználhatja a foszforilezést a folyamat részeként más szervezetek megfertőzésére.

A szerin, treonin és tirozin aminosav oldalláncokon fellépő foszforilezést nevezzük Ser / Thr / Tyr foszforilezés.

A foszforilezett fehérjék mellett a baktériumok is rendelkezhetnek acetilezett és glikozilezett fehérjék. Lehetnek metilezési, karboxilezési és egyéb módosításai is. Ezek a módosítások fontos szerepet játszanak a sejtjelzésben, a szabályozásban és a baktériumok egyéb folyamataiban.

Például a Ser / Thr / Tyr foszforiláció segít a baktériumoknak reagálni a környezetükben bekövetkező változásokra, és növeli a túlélés esélyét.

A kutatások azt mutatják, hogy a sejt metabolikus változásai a Ser / Thr / Tyr foszforilációval társulnak, ami azt jelzi, hogy a baktériumok a sejtfolyamatok megváltoztatásával reagálhatnak a környezetükre. Ezenkívül a poszttranszlációs módosítások segítik őket a gyors és hatékony reagálásban. A változások visszafordításának lehetősége szintén jelentős ellenőrzést biztosít.

Az archeák olyan génexpressziós mechanizmusokat használnak, amelyek jobban hasonlítanak az eukariótákra. Bár az archeák prokarióták, vannak olyan közös vonásaik az eukariótákkal, mint a génexpresszió és a génszabályozás. Az archeákban a transzkripció és a transzláció folyamatai szintén hasonlóak a baktériumokkal.

Például mind az archeák, mind a baktériumok első aminosavaként a metionin, a kezdőkodonként pedig az AUG. Másrészt mind az archeáknak, mind az eukariótáknak van egy TATA doboz, amely egy DNS szekvencia a promóter területén, amely megmutatja, hol kell dekódolni a DNS-t.

Az archeákban történő fordítás hasonlít a baktériumoknál megfigyelhető folyamatra. Mindkét típusú organizmusnak két egységből álló riboszómája van: a 30S és az 50S alegységek. Ezenkívül mindkettőjüknek policisztikus mRNS-je és Shine-Dalgarno-szekvenciája van.

A baktériumok, az archeák és az eukarióták között több hasonlóság és különbség van. Azonban mindannyian támaszkodnak génexpresszió és a génszabályozás a túlélés érdekében.