გენის გამოხატვა პროკარიოტებში

პროკარიოტები პატარა, ერთუჯრედიანი ცოცხალი ორგანიზმებია. ისინი ერთ – ერთია საერთო უჯრედების ორი ტიპიდან: პროკარიოტული და ეუკარიოტული.

მას შემდეგ პროკარიოტული უჯრედები არ აქვთ ბირთვი ან ორგანელები, გენების გამოხატვა ხდება ღია ცის ქვეშ ციტოპლაზმა და ყველა ეტაპი შეიძლება მოხდეს ერთდროულად. მიუხედავად იმისა, რომ პროკარიოტები უფრო მარტივი არიან, ვიდრე ეუკარიოტები, გენის გამოხატვის კონტროლი მაინც გადამწყვეტია მათი ფიჭური ქცევისთვის.

პროკარიოტების ორი სამფლობელოა ბაქტერიები და არქეა. ორივეს არ აქვს განსაზღვრული ბირთვი, მაგრამ მათ მაინც აქვთ გენეტიკური კოდი და ნუკლეინის მჟავები. მიუხედავად იმისა, რომ არ არსებობს ისეთი რთული ქრომოსომები, როგორიცაა ეუკარიოტული უჯრედები, პროკარიოტებს აქვთ დეოქსირიბონუკლეინის მჟავას წრიული ნაწილები (დნმ) მდებარეობს ნუკლეოიდში.

ამასთან, გენეტიკური მასალის გარშემო გარსი არ არის. ზოგადად, პროკარიოტებს აქვთ ნაკლები დაშიფრული თანმიმდევრობა დნმ-ში, ეუკარიოტებთან შედარებით. ეს შეიძლება გამოწვეული იყოს პროკარიოტული უჯრედების პატარა და დნმ-ის მოლეკულისთვის ნაკლები სივრცის გამო.

ნუკლეოიდი უბრალოდ არის რეგიონი, სადაც დნმ ცხოვრობს პროკარიოტულ უჯრედში. მას აქვს არარეგულარული ფორმა და შეიძლება განსხვავდებოდეს ზომით. გარდა ამისა, ნუკლეოიდი ერთვის უჯრედის მემბრანს.

პროკარიოტებს შეიძლება ჰქონდეთ წრიული დნმ პლაზმიდები. მათთვის შესაძლებელია უჯრედში ჰქონდეს ერთი ან მეტი პლაზმიდი. უჯრედების დაყოფის დროს პროკარიოტებს შეუძლიათ გაიარონ დნმ-ის სინთეზი და პლაზმიდების გამოყოფა.

ეუკარიოტებში არსებულ ქრომოსომებთან შედარებით, პლაზმიდები უფრო მცირე ზომისაა და ნაკლები დნმ აქვთ. გარდა ამისა, პლაზმიდებს შეუძლიათ საკუთარი ტირაჟირება სხვა უჯრედული დნმ-ის გარეშე. ზოგი პლაზმიდი შეიცავს არასასურველი გენების კოდებს, მაგალითად ისეთები, რომლებიც ბაქტერიებს ანიჭებენ ანტიბიოტიკულ რეზისტენტობას.

გარკვეულ შემთხვევებში, პლაზმიდებს ასევე შეუძლიათ გადაადგილება ერთი უჯრედიდან მეორე უჯრედში და გაზიარონ ინფორმაცია, მაგალითად ანტიბიოტიკებისადმი გამძლეობა.

გენური ექსპრესია არის პროცესი, რომლის დროსაც უჯრედი თარგმნის გენეტიკურ კოდს ამინომჟავებად ცილების წარმოებისთვის. ეუკარიოტებისგან განსხვავებით, ორი ძირითადი ეტაპი, რომლებიც ტრანსკრიფცია და თარგმანია, შეიძლება ერთდროულად მოხდეს პროკარიოტებში.

ტრანსკრიფციის დროს, უჯრედი დნმ-ს თარგმნის ა მესენჯერი RNA (mRNA) მოლეკულა. თარგმნის დროს, უჯრედი ქმნის ამინომჟავებს mRNA– სგან. ამინომჟავები შეადგენენ ცილებს.

ორივე ტრანსკრიფცია და თარგმანი ხდება პროკარიოტებში ციტოპლაზმა. ორივე პროცესის ერთდროულად ჩატარებით, უჯრედს შეუძლია შექმნას დიდი რაოდენობით ცილა იგივე დნმ შაბლონიდან. თუ უჯრედს აღარ სჭირდება ცილა, მაშინ ტრანსკრიფცია შეიძლება შეწყდეს.

ტრანსკრიფციის მიზანია შექმნას დამატებითი რიბონუკლეინის მჟავა (RNA) ძაფი დნმ – ის შაბლონიდან. პროცესს აქვს სამი ნაწილი: ინიცირება, ჯაჭვის გახანგრძლივება და დასრულება.

იმისათვის, რომ ინიცირების ფაზა მოხდეს, დნმ ჯერ უნდა განიტვირთოს და ის ადგილი, სადაც ეს ხდება ტრანსკრიფციის ბუშტი.

ბაქტერიებში ნახავთ იგივე რნმ პოლიმერაზას, რომელიც პასუხისმგებელია ყველა ტრანსკრიფციაზე. ამ ფერმენტს აქვს ოთხი ქვედანაყოფი. ეუკარიოტებისგან განსხვავებით, პროკარიოტებს არ აქვთ ტრანსკრიფციის ფაქტორები.

ტრანსკრიფცია იწყება მაშინ, როდესაც დნმ იხსნება და რნმ პოლიმერაზა უკავშირდება ა პრომოუტერი. პრომოუტერი არის დნმ-ის სპეციალური თანმიმდევრობა, რომელიც არსებობს კონკრეტული გენის დასაწყისში.

ბაქტერიებში, პრომოუტერს აქვს ორი თანმიმდევრობა: -10 და -35 ელემენტი. -10 ელემენტია, სადაც დნმ ჩვეულებრივ იხსნება და ის მდებარეობს 10 ნუკლეოტიდში ინიცირების ადგილიდან. -35 ელემენტი არის საიტიდან 35 ნუკლეოტიდი.

რნმ პოლიმერაზა თარგი ეყრდნობა დნმ – ის ერთ სტრიქონს, რადგან აშენებს რნმ – ის ახალ სტრიქონს, სახელწოდებით RNA ტრანსკრიპტს. შედეგად მიღებული RNA ძაფი ან პირველადი ტრანსკრიპტი თითქმის იგივეა, რაც არამარტი ან კოდირებადი დნმ – ის ძაფი. განსხვავება მხოლოდ იმაშია, რომ თიმინის (T) ყველა ფუძე არის Uracil (U) ფუძეები RNA– ში.

ტრანსკრიპციის ჯაჭვის მოგრძო ფაზის დროს, RNA პოლიმერაზა მოძრაობს დნმ-ის შაბლონის სტრიქონზე და ქმნის mRNA მოლეკულას. RNA ზოლი უფრო გრძელი ხდება ნუკლეოტიდები ემატება.

არსებითად, RNA პოლიმერაზა დადის დნმ-ის დგომის გასწვრივ 3-დან 5-მდე მიმართულებით ამის მისაღწევად. მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ბაქტერიას შეუძლია შექმნას პოლიკისტრონული mRNA რომ კოდი მრავალი ცილისთვის.

•••მეცნიერება

ტრანსკრიპციის დასრულების ფაზაში პროცესი ჩერდება. პროკარიოტებში არსებობს შეწყვეტის ფაზების ორი ტიპი: როზე დამოკიდებული შეწყვეტა და როზე დამოუკიდებელი შეწყვეტა.

შიგნით როზე დამოკიდებული შეწყვეტა, სპეციალური ცილის ფაქტორი, სახელად Rho, წყვეტს ტრანსკრიფციას და წყვეტს მას. Rho ცილის ფაქტორი ერთვის სპეციფიკურ სავალდებულო ადგილზე RNA ძაფს. შემდეგ, ის მოძრაობს ძაფის გასწვრივ, რათა მიაღწიოს RNA პოლიმერაზას ტრანსკრიფციის ბუშტში.

შემდეგ, Rho აშორებს ახალ RNA ძაფს და დნმ შაბლონს, ასე რომ ტრანსკრიფცია მთავრდება. RNA პოლიმერაზა წყვეტს მოძრაობას, რადგან იგი აღწევს კოდირების თანმიმდევრობას, რომელიც ტრანსკრიფციის გაჩერების წერტილია.

შიგნით რო-სგან დამოუკიდებელი შეწყვეტა, რნმ მოლეკულა ქმნის მარყუჟს და გამოყოფს. RNA პოლიმერაზა აღწევს დნმ-ის მიმდევრობას შაბლონის ძაფზე, რომელიც არის ტერმინატორი და აქვს მრავალი ციტოზინი (C) და გუანინის (G) ნუკლეოტიდები. ახალი RNA ბოჭკო იწყებს თმის თმის ფორმის ფორმას. მისი C და G ნუკლეოტიდები უკავშირდება. ეს პროცესი აჩერებს RNA პოლიმერაზას მოძრაობას.

თარგმანი ქმნის ა ცილის მოლეკულა ან პოლიპეპტიდი, ტრანსკრიფციის დროს შექმნილი RNA შაბლონის საფუძველზე. ბაქტერიებში თარგმანი შეიძლება მაშინვე მოხდეს და ზოგჯერ ის იწყება ტრანსკრიფციის დროს. ეს შესაძლებელია, რადგან პროკარიოტებს არ აქვთ რაიმე ბირთვული მემბრანა ან რაიმე ორგანელი, პროცესების გამოსაყოფად.

ეუკარიოტებში ყველაფერი განსხვავებულია, რადგან ტრანსკრიფცია ხდება ბირთვში, თარგმანი კი არის ციტოზოლიან უჯრედშიდა უჯრედული სითხე. ეუკარიოტი ასევე იყენებს სექსუალურ mRNA- ს, რომლის დამუშავება ხდება თარგმანამდე.

კიდევ ერთი მიზეზი, რის გამოც თარგმანი და ტრანსკრიფცია შეიძლება ერთდროულად მოხდეს ბაქტერიებში, არის ის, რომ რნმ-ს არ სჭირდება ევკარიოტებში ნანახი სპეციალური დამუშავება. ბაქტერიული რნმ დაუყოვნებლივ მზად არის თარგმნისთვის.

MRNA ძაფს აქვს ნუკლეოტიდების ჯგუფები, რომლებსაც ე.წ. კოდონები. თითოეულ კოდონს აქვს სამი ნუკლეოტიდი და კონკრეტული ამინომჟავების თანმიმდევრობის კოდები. მიუხედავად იმისა, რომ მხოლოდ 20 ამინომჟავაა, უჯრედებს აქვთ 61 კოდონი ამინომჟავებისთვის და სამი სტოპ კოდიანი. AUG არის საწყისი კოდონი და იწყებს თარგმნას. იგი ასევე ამინომჟავების მეთიონინის კოდებს წარმოადგენს.

თარგმნის დროს, mRNA ძაფი მოქმედებს, როგორც ამინომჟავების წარმოების შაბლონი, რომლებიც ცილებად იქცევიან. ამის განსახორციელებლად, უჯრედი გაშიფრავს mRNA– ს.

ინიცირება მოითხოვს გადაცემის RNA (tRNA), რიბოსომა და mRNA. TRNA– ს თითოეულ მოლეკულას აქვს ანტიკოდონი ამინომჟავისთვის. ანტიკოდონი ავსებს კოდონს. ბაქტერიებში ეს პროცესი იწყება მაშინ, როდესაც პატარა რიბოსომული ერთეული ემატება mRNA– ს a შაინ-დალგარნოს თანმიმდევრობა.

შაინ-დალგარნოს თანმიმდევრობა არის სპეციალური რიბოსომული სავალდებულო არე, როგორც ბაქტერიებში, ასევე არქეებში. თქვენ მას ჩვეულებრივ ხედავთ დაახლოებით რვა ნუკლეოტიდი AUG საწყისი კოდონიდან.

მას შემდეგ, რაც ბაქტერიული გენების ტრანსკრიპცია შეიძლება ჯგუფებად მოხდეს, ერთი mRNA– ს კოდი შეიძლება ჰქონდეს მრავალი გენი. Shine-Dalgarno თანმიმდევრობა აადვილებს საწყისი კოდონის პოვნას.

მოგრძოობის დროს ამინომჟავების ჯაჭვი გრძელი ხდება. TRNA დაამატებენ ამინომჟავებს პოლიპეპტიდური ჯაჭვის შესაქმნელად. TRNA იწყებს მუშაობას P საიტი, რომელიც არის შუა ნაწილი რიბოსომა.

P საიტის გვერდით არის საიტი. TRNA, რომელიც ემთხვევა კოდონს, შეუძლია წასვლა A საიტზე. შემდეგ, ამინომჟავებს შორის შეიძლება ჩამოყალიბდეს პეპტიდური ბმა. რიბოსომა მოძრაობს mRNA– ს გასწვრივ და ამინომჟავები ქმნიან ჯაჭვს.

შეწყვეტა ხდება გაჩერების კოდონის გამო. სტოპ კოდონის A საიტზე შესვლისას, თარგმნის პროცესი წყდება, რადგან სოდ კოდონს არ გააჩნია დამატებითი tRNA. ცილებს ეძახიან განთავისუფლების ფაქტორები რომ მოთავსდეს P საიტზე, შეუძლია ამოიცნოს გაჩერების კოდონები და ხელი შეუშალოს პეპტიდების ობლიგაციების წარმოქმნას.

ეს ხდება იმიტომ, რომ გათავისუფლების ფაქტორებს შეუძლიათ შექმნან ფერმენტები დაამატეთ წყლის მოლეკულა, რაც ჯაჭვს გამოყოფს tRNA– სგან.

როდესაც თქვენ იღებთ ზოგიერთ ანტიბიოტიკს ინფექციის სამკურნალოდ, მათ შეუძლიათ იმუშაონ ბაქტერიებში თარგმნის პროცესის დარღვევით. ანტიბიოტიკების მიზანია ბაქტერიების განადგურება და მათი გამრავლების შეჩერება.

ამის მიღწევის ერთ-ერთი გზაა ბაქტერიულ უჯრედებში რიბოზომებზე ზემოქმედება. მედიკამენტებს შეუძლიათ ხელი შეუშალონ mRNA– ს თარგმანს ან დაბლოკოს უჯრედის უნარი პეპტიდური კავშირების წარმოებაში. ანტიბიოტიკებს შეუძლიათ რიბოსომებთან შეერთება.

მაგალითად, ანტიბიოტიკების ერთ ტიპს, ტეტრაციკლინს შეუძლია შეაღწიოს ბაქტერიულ უჯრედში პლაზმის მემბრანის გადაკვეთით და ციტოპლაზმის შიგნით. ამის შემდეგ, ანტიბიოტიკი შეიძლება დაერთოს რიბოსომს და დაბლოკოს თარგმანი.

კიდევ ერთი ანტიბიოტიკი, სახელწოდებით ციპროფლოქსაცინი, ახდენს გავლენას ბაქტერიულ უჯრედზე იმ ფერმენტზე, რომელიც პასუხისმგებელია დნმ – ის განტვირთვაზე, რეპლიკაციის საშუალებას. ორივე შემთხვევაში ადამიანის უჯრედები არ იშურებს, რაც საშუალებას აძლევს ხალხს გამოიყენონ ანტიბიოტიკები საკუთარი უჯრედების განადგურების გარეშე.

დაკავშირებული თემა:მრავალუჯრედიანი ორგანიზმები

თარგმანის დასრულების შემდეგ, ზოგიერთი უჯრედი განაგრძობს ცილების დამუშავებას. თარგმანის შემდგომი მოდიფიკაციები (PTM) ცილები საშუალებას აძლევს ბაქტერიებს მოერგონ თავიანთ გარემოს და აკონტროლონ უჯრედული ქცევა.

ზოგადად, PTM ნაკლებია პროკარიოტებში, ვიდრე ეუკარიოტები, მაგრამ ზოგიერთ ორგანიზმს აქვს ეს. ბაქტერიას შეუძლია შეცვალოს ცილები და შეცვალოს პროცესებიც. ეს მათ უფრო მრავალფეროვნებას ანიჭებს და საშუალებას აძლევს გამოიყენონ ცილის მოდიფიკაცია რეგულირებისთვის.

ცილის ფოსფორილაცია ბაქტერიებში ჩვეულებრივი მოდიფიკაციაა. ეს პროცესი გულისხმობს ფოსფატის ჯგუფის დამატებას პროტეინში, რომელსაც აქვს ფოსფორისა და ჟანგბადის ატომები. ფოსფორილაცია აუცილებელია ცილების ფუნქციონირებისთვის.

ამასთან, ფოსფორილაცია შეიძლება იყოს დროებითი, რადგან ის შექცევადია. ზოგიერთ ბაქტერიას შეუძლია გამოიყენოს ფოსფორილაცია, როგორც პროცესის ნაწილი, სხვა ორგანიზმების დასნებოვნებისთვის.

ფოსფორილაცია, რომელიც ხდება სერინის, ტრეონინის და ტიროზინის ამინომჟავების გვერდით ჯაჭვებზე, ე.წ. Ser / Thr / Tyr ფოსფორილაცია.

ფოსფორილირებული ცილების გარდა, ბაქტერიას შეიძლება ჰქონდეს აცეტილირებული და გლიკოზირებული ცილები. მათ შეიძლება ასევე ჰქონდეთ მეთილირება, კარბოქსილაცია და სხვა მოდიფიკაციები. ეს მოდიფიკაციები მნიშვნელოვან როლს ასრულებს ბაქტერიების უჯრედის სიგნალიზაციის, რეგულირებისა და სხვა პროცესებში.

მაგალითად, Ser / Thr / Tyr ფოსფორილაცია ეხმარება ბაქტერიებს რეაგირება მოახდინონ მათი გარემოს ცვლილებებზე და გაზარდონ გადარჩენის შანსი.

კვლევამ აჩვენა, რომ უჯრედში მეტაბოლური ცვლილებები დაკავშირებულია Ser / Thr / Tyr ფოსფორილაციასთან, რაც მიუთითებს იმაზე, რომ ბაქტერიებს შეუძლიათ რეაგირება მოახდინონ მათ გარემოზე უჯრედული პროცესების შეცვლით. უფრო მეტიც, თარგმანის შემდგომი მოდიფიკაციები ეხმარება მათ სწრაფად და ეფექტურად მოახდინონ რეაგირება. ნებისმიერი ცვლილების შეცვლის შესაძლებლობა ასევე უზრუნველყოფს მნიშვნელოვან კონტროლს.

არქეებში იყენებენ გენის გამოხატვის მექანიზმებს, რომლებიც უფრო ჰგავს ევკარიოტებს. მიუხედავად იმისა, რომ არქეები პროკარიოტებია, მათ აქვთ ზოგადი რამ ეუკარიოტებთან, მაგალითად, გენების გამოხატვა და გენების რეგულირება. ტრანსკრიფციისა და თარგმნის პროცესებს არქეებში ასევე აქვს გარკვეული მსგავსება ბაქტერიებთან.

მაგალითად, ორივე არქეას და ბაქტერიას აქვთ მეთიონინი, როგორც პირველი ამინომჟავა და AUG, როგორც საწყისი კოდონი. მეორეს მხრივ, არქეებსაც და ეუკარიოტებსაც აქვთ ა TATA ყუთი, რომელიც არის დნმ-ის მიმდევრობა პრომოუტერის არეში, რომელიც აჩვენებს სად უნდა გაშიფროს დნმ.

არქეაში თარგმანი ბაქტერიებში ნაჩვენებ პროცესს წააგავს. ორგანიზმის ორივე ტიპს აქვს რიბოსომები, რომლებიც შედგება ორი ერთეულისგან: 30S და 50S ქვედანაყოფები. გარდა ამისა, ორივეს აქვს პოლიკისტრონული mRNA და და Shine-Dalgarno თანმიმდევრობა.

არსებობს მრავალი მსგავსება და განსხვავება ბაქტერიებს, არქეებსა და ეუკარიოტებს შორის. ამასთან, ისინი ყველა იმედოვნებენ გენის გამოხატვა და გენის რეგულირება გადარჩენისთვის.