原核生物における遺伝子発現

原核生物は小さな単細胞生物です。 これらは、2つの一般的なセルタイプの1つです。 原核生物 そして 真核生物.

以来 原核細胞 核や細胞小器官を持っていない、遺伝子発現はオープンで起こります 細胞質 そして、すべての段階が同時に発生する可能性があります。 原核生物は真核生物よりも単純ですが、遺伝子発現を制御することは、それらの細胞の振る舞いにとって依然として重要です。

原核生物の2つのドメインは バクテリア そして 古細菌. どちらも定義された核を欠いていますが、それでも遺伝暗号と核酸があります。 真核細胞に見られるような複雑な染色体はありませんが、原核生物には環状のデオキシリボ核酸があります（DNA）核様体に位置します。

しかし、遺伝物質の周りには膜がありません。 一般に、原核生物は真核生物と比較してDNAに非コード配列が少ない。 これは、原核細胞が小さく、DNA分子のためのスペースが少ないことが原因である可能性があります。

ザ・ 核様体 DNAが原核細胞に住んでいる領域です。 不規則な形をしており、サイズが異なる場合があります。 さらに、核様体は細胞膜に付着しています。

原核生物はまた、と呼ばれる環状DNAを持つことができます プラスミド. それらが細胞内に1つまたは複数のプラスミドを持っている可能性があります。 細胞分裂の間、原核生物はDNA合成とプラスミドの分離を経ることができます。

真核生物の染色体と比較して、プラスミドは小さく、DNAが少ない傾向があります。 さらに、プラスミドは他の細胞DNAなしでそれ自体で複製することができます。 一部のプラスミドは、細菌に抗生物質耐性を与えるものなど、必須ではない遺伝子のコードを持っています。

場合によっては、プラスミドはある細胞から別の細胞に移動し、抗生物質耐性などの情報を共有することもできます。

遺伝子発現は、細胞がタンパク質生産のために遺伝暗号をアミノ酸に変換するプロセスです。 真核生物とは異なり、転写と翻訳という2つの主要な段階は、原核生物でも同時に発生する可能性があります。

転写中、細胞はDNAを メッセンジャーRNA（mRNA） 分子。 翻訳中、細胞はmRNAからアミノ酸を作ります。 アミノ酸がタンパク質を構成します。

どちらも 転写 そして 翻訳 原核生物で起こる 細胞質. 両方のプロセスを同時に行うことにより、細胞は同じDNAテンプレートから大量のタンパク質を作ることができます。 細胞がもはやタンパク質を必要としない場合、転写は停止する可能性があります。

転写の目標は、補完的なものを作成することです リボ核酸 （RNA）DNAテンプレートからの鎖。 このプロセスには、開始、チェーンの延長、終了の3つの部分があります。

開始段階が発生するためには、DNAが最初に巻き戻される必要があり、これが発生する領域は 転写バブル.

バクテリアでは、すべての転写に関与する同じRNAポリメラーゼが見つかります。 この酵素には4つのサブユニットがあります。 真核生物とは異なり、原核生物には転写因子がありません。

DNAがほどけ、RNAポリメラーゼが プロモーター. プロモーターは、特定の遺伝子の先頭に存在する特別なDNA配列です。

細菌では、プロモーターには2つの配列があります。 -10 そして -35要素。 -10エレメントは、通常DNAがほどける場所であり、開始部位から10ヌクレオチドの位置にあります。 -35要素はサイトから35ヌクレオチドです。

RNAポリメラーゼは、RNA転写産物と呼ばれるRNAの新しい鎖を構築するときに、1つのDNA鎖をテンプレートとして使用します。 得られたRNA鎖または一次転写産物は、非テンプレートまたはコードDNA鎖とほぼ同じです。 唯一の違いは、すべてのチミン（T）塩基がRNAのウラシル（U）塩基であることです。

転写の鎖伸長期に、RNAポリメラーゼはDNAテンプレート鎖に沿って移動し、mRNA分子を作ります。 RNA鎖は長くなるにつれて長くなります ヌクレオチド 追加されます。

基本的に、RNAポリメラーゼは、これを達成するために3 'から5'の方向にDNAスタンドに沿って歩きます。 バクテリアが作り出す可能性があることに注意することが重要です ポリシストロン性mRNA 複数のタンパク質をコードします。

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転写の終了フェーズ中に、プロセスは停止します。 原核生物の終結期には、Rho依存性終結とRho非依存性終結の2種類があります。

に Rho依存の終了、Rhoと呼ばれる特別なタンパク質因子が転写を中断して終了させます。 Rhoタンパク質因子はRNA鎖の特定の結合部位に付着します。 次に、鎖に沿って移動し、転写バブル内のRNAポリメラーゼに到達します。

次に、Rhoは新しいRNA鎖とDNAテンプレートを引き離し、転写が終了します。 RNAポリメラーゼは、転写停止点であるコード配列に到達するため、移動を停止します。

に Rhoに依存しない終了、RNA分子はループを作り、分離します。 RNAポリメラーゼは、ターミネーターであり、多くのシトシン（C）およびグアニン（G）ヌクレオチドを持つテンプレート鎖上のDNA配列に到達します。 新しいRNA鎖はヘアピンの形に折りたたまれ始めます。 そのCおよびGヌクレオチドは結合します。 このプロセスは、RNAポリメラーゼの移動を停止します。

翻訳は作成します タンパク質分子 または転写中に作成されたRNAテンプレートに基づくポリペプチド。 バクテリアでは、翻訳はすぐに起こる可能性があり、転写中に始まることもあります。 これが可能なのは、原核生物にはプロセスを分離するための核膜や細胞小器官がないためです。

真核生物では、転写は核で起こり、翻訳は核で起こるため、状況は異なります。 サイトゾル、または細胞の細胞内液。 真核生物はまた、翻訳前に処理される成熟したmRNAを使用します。

細菌で翻訳と転写が同時に起こる可能性があるもう1つの理由は、RNAが真核生物で見られる特別な処理を必要としないことです。 バクテリアのRNAはすぐに翻訳の準備ができています。

mRNA鎖には、と呼ばれるヌクレオチドのグループがあります コドン. 各コドンには3つのヌクレオチドがあり、特定のアミノ酸配列をコードしています。 アミノ酸は20個しかありませんが、細胞にはアミノ酸の61個のコドンと3個の終止コドンがあります。 AUGは開始コドンであり、翻訳を開始します。 また、アミノ酸メチオニンをコードします。

翻訳中、mRNA鎖はタンパク質となるアミノ酸を作るためのテンプレートとして機能します。 細胞はこれを達成するためにmRNAを解読します。

開始には トランスファーRNA（tRNA）、リボソームとmRNA。 各tRNA分子には アンチコドン アミノ酸の場合。 アンチコドンはコドンと相補的です。 細菌では、小さなリボソームユニットがmRNAに付着したときにプロセスが始まります。 シャイン・ダルガルノシーケンス.

シャイン・ダルガルノ配列は、細菌と古細菌の両方における特別なリボソーム結合領域です。 あなたは通常それを開始コドンAUGから約8ヌクレオチド見ます。

細菌の遺伝子はグループで転写が起こる可能性があるため、1つのmRNAが多くの遺伝子をコードしている可能性があります。 シャイン・ダルガルノ配列により、開始コドンを簡単に見つけることができます。

伸長中、アミノ酸の鎖は長くなります。 tRNAはアミノ酸を付加してポリペプチド鎖を作ります。 tRNAはで働き始めます Pサイト、の中間部分です リボソーム.

Pサイトの隣は サイト. コドンに一致するtRNAはAサイトに行くことができます。 次に、ペプチド結合がアミノ酸間に形成されます。 リボソームはmRNAに沿って移動し、アミノ酸は鎖を形成します。

終止コドンが原因で終了します。 終止コドンがA部位に入ると、終止コドンには相補的なtRNAがないため、翻訳のプロセスが停止します。 と呼ばれるタンパク質 放出因子 P部位に適合するものは終止コドンを認識し、ペプチド結合の形成を防ぐことができます。

これは、放出因子が原因で発生する可能性があります 酵素 水分子を追加します。これにより、鎖がtRNAから分離されます。

感染症を治療するためにいくつかの抗生物質を服用すると、細菌の翻訳プロセスを妨害することによってそれらが機能する可能性があります。 抗生物質の目的は、バクテリアを殺し、それらが繁殖するのを防ぐことです。

彼らがこれを達成する1つの方法は、細菌細胞のリボソームに影響を与えることです。 薬はmRNAの翻訳を妨害したり、ペプチド結合を作る細胞の能力をブロックしたりする可能性があります。 抗生物質はリボソームに結合することができます。

たとえば、テトラサイクリンと呼ばれる抗生物質の1つのタイプは、原形質膜を通過して細胞質内に蓄積することにより、細菌細胞に侵入する可能性があります。 次に、抗生物質はリボソームに結合して翻訳をブロックすることができます。

シプロフロキサシンと呼ばれる別の抗生物質は、複製を可能にするためにDNAをほどく役割を担う酵素を標的にすることによって細菌細胞に影響を与えます。 どちらの場合も、人間の細胞は節約されます。これにより、人々は自分の細胞を殺すことなく抗生物質を使用することができます。

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翻訳が終わった後、いくつかの細胞はタンパク質の処理を続けます。 翻訳後修飾 タンパク質の（PTM）は、細菌が環境に適応し、細胞の挙動を制御することを可能にします。

一般に、PTMは真核生物よりも原核生物では一般的ではありませんが、一部の生物にはPTMがあります。 バクテリアはタンパク質を改変し、プロセスを逆転させることもできます。 これは彼らにより多くの多様性を与え、彼らが調節のためにタンパク質修飾を使用することを可能にします。

タンパク質のリン酸化 細菌の一般的な変更です。 このプロセスでは、リン原子と酸素原子を持つタンパク質にリン酸基を追加します。 リン酸化はタンパク質の機能に不可欠です。

ただし、リン酸化は可逆的であるため、一時的なものになる可能性があります。 一部の細菌は、他の生物に感染するプロセスの一部としてリン酸化を使用できます。

セリン、スレオニン、およびチロシンのアミノ酸側鎖で発生するリン酸化は、 Ser / Thr / Tyrリン酸化.

リン酸化されたタンパク質に加えて、細菌は アセチル化 そして グリコシル化 タンパク質。 それらはまた、メチル化、カルボキシル化および他の修飾を有する可能性がある。 これらの修飾は、細菌の細胞シグナル伝達、調節、その他のプロセスにおいて重要な役割を果たします。

たとえば、Ser / Thr / Tyrのリン酸化は、細菌が環境の変化に反応し、生存の可能性を高めるのに役立ちます。

研究によると、細胞内の代謝変化はSer / Thr / Tyrリン酸化に関連していることが示されています。これは、細菌が細胞プロセスを変化させることで環境に反応できることを示しています。 さらに、翻訳後修飾は、迅速かつ効率的に反応するのに役立ちます。 変更を元に戻す機能も、重要な制御を提供します。

古細菌は、真核生物により類似した遺伝子発現メカニズムを使用しています。 古細菌は原核生物ですが、遺伝子発現や遺伝子調節など、真核生物と共通する点がいくつかあります。 古細菌の転写と翻訳のプロセスも細菌といくつかの類似点があります。

たとえば、古細菌と細菌の両方が、最初のアミノ酸としてメチオニンを持ち、開始コドンとしてAUGを持っています。 一方、古細菌と真核生物の両方が持っています TATAボックス、これはプロモーター領域のDNA配列であり、DNAをデコードする場所を示します。

古細菌の翻訳は、細菌に見られるプロセスに似ています。 どちらのタイプの生物も、30Sサブユニットと50Sサブユニットの2つのユニットからなるリボソームを持っています。 さらに、それらは両方ともポリシストロン性mRNAとシャインダルガルノ配列を持っています。

バクテリア、古細菌、真核生物の間には複数の類似点と相違点があります。 しかし、それらはすべてに依存しています 遺伝子発現 そして生き残るための遺伝子調節。