원핵 생물의 유전자 발현

원핵 생물은 작은 단세포 생물입니다. 두 가지 일반적인 세포 유형 중 하나입니다. 원핵 과 진핵 생물.

이후 원핵 세포 핵이나 세포 기관이 없으면 유전자 발현이 열린 상태에서 발생합니다. 세포질 모든 단계가 동시에 일어날 수 있습니다. 원핵 생물은 진핵 생물보다 간단하지만 유전자 발현을 조절하는 것은 세포 행동에 여전히 중요합니다.

원핵 생물의 두 영역은 다음과 같습니다. 박테리아 과 Archaea. 둘 다 정의 된 핵이 없지만 여전히 유전 코드와 핵산이 있습니다. 진핵 세포에서 볼 수있는 것과 같은 복잡한 염색체는 없지만 원핵 생물에는 원형의 데 옥시 리보 핵산 조각이 있습니다 (DNA) 핵체에 위치합니다.

그러나 유전 물질 주변에는 막이 없습니다. 일반적으로 원핵 생물은 진핵 생물에 비해 DNA에 비 암호화 서열이 적습니다. 이것은 원핵 세포가 더 작고 DNA 분자를위한 공간이 적기 때문일 수 있습니다.

그만큼 핵체 원핵 세포에서 DNA가 사는 영역입니다. 모양이 불규칙하고 크기가 다를 수 있습니다. 또한 핵체는 세포막에 부착됩니다.

원핵 생물은 또한 원형 DNA를 가질 수 있습니다. 플라스미드. 세포에 하나 이상의 플라스미드가있을 수 있습니다. 세포 분열 중에 원핵 생물은 DNA 합성과 플라스미드 분리를 거칠 수 있습니다.

진핵 생물의 염색체에 비해 플라스미드는 더 작고 DNA가 적은 경향이 있습니다. 또한 플라스미드는 다른 세포 DNA없이 스스로 복제 할 수 있습니다. 일부 플라스미드는 박테리아에 항생제 내성을 부여하는 것과 같이 불필요한 유전자에 대한 코드를 가지고 있습니다.

어떤 경우에는 플라스미드가 한 세포에서 다른 세포로 이동하고 항생제 내성과 같은 정보를 공유 할 수도 있습니다.

유전자 발현은 세포가 단백질 생산을 위해 유전자 코드를 아미노산으로 변환하는 과정입니다. 진핵 생물과 달리 전사와 번역의 두 가지 주요 단계는 원핵 생물에서 동시에 발생할 수 있습니다.

전사하는 동안 세포는 DNA를 메신저 RNA (mRNA) 분자. 번역하는 동안 세포는 mRNA에서 아미노산을 만듭니다. 아미노산은 단백질을 구성합니다.

양자 모두 전사 과 번역 원핵 생물에서 발생 세포질. 두 과정이 동시에 일어나게함으로써 세포는 동일한 DNA 주형에서 많은 양의 단백질을 만들 수 있습니다. 세포에 더 이상 단백질이 필요하지 않으면 전사가 중단 될 수 있습니다.

전사의 목표는 보완적인 리보 핵산 (RNA) DNA 주형의 가닥. 이 프로세스는 시작, 체인 연장 및 종료의 세 부분으로 구성됩니다.

개시 단계가 일어나기 위해서는 DNA가 먼저 풀려야하고 이것이 일어나는 영역은 전사 거품.

박테리아에서는 모든 전사를 담당하는 동일한 RNA 중합 효소가 있습니다. 이 효소에는 4 개의 하위 단위가 있습니다. 진핵 생물과 달리 원핵 생물에는 전사 인자가 없습니다.

전사는 DNA가 풀리고 RNA 중합 효소가 발기인. 프로모터는 특정 유전자의 시작 부분에 존재하는 특별한 DNA 서열입니다.

박테리아에서 프로모터에는 두 가지 서열이 있습니다. -10 과 -35 요소. -10 요소는 DNA가 일반적으로 풀리는 곳이며 개시 부위에서 10 개의 뉴클레오티드에 위치합니다. -35 요소는 사이트에서 35 개 뉴클레오티드입니다.

RNA 중합 효소는 RNA 전 사체라고하는 새로운 RNA 가닥을 만들 때 하나의 DNA 가닥을 주형으로 사용합니다. 생성 된 RNA 가닥 또는 1 차 전 사체는 비 주형 또는 코딩 DNA 가닥과 거의 동일합니다. 유일한 차이점은 모든 티민 (T) 염기가 RNA의 우라실 (U) 염기라는 것입니다.

전사의 사슬 연장 단계에서 RNA 중합 효소는 DNA 주형 가닥을 따라 이동하여 mRNA 분자를 만듭니다. RNA 가닥은 더 길어집니다 뉴클레오타이드 추가됩니다.

본질적으로, RNA 중합 효소는이를 달성하기 위해 3 '에서 5'방향으로 DNA 스탠드를 따라 걷는다. 박테리아가 폴리 시스 트론 mRNA 여러 단백질에 대한 코드입니다.

•••과학

전사의 종료 단계 동안 프로세스가 중지됩니다. 원핵 생물에는 두 가지 유형의 종결 단계가 있습니다: Rho 의존적 종결 및 Rho 독립적 종결.

에 Rho 종속 종료, Rho라는 특수 단백질 인자가 전사를 중단하고 종료합니다. Rho 단백질 인자는 특정 결합 부위에서 RNA 가닥에 부착됩니다. 그런 다음 가닥을 따라 이동하여 전사 버블의 RNA 중합 효소에 도달합니다.

다음으로 Rho는 새로운 RNA 가닥과 DNA 템플릿을 분리하여 전사가 종료됩니다. RNA 중합 효소는 전사 중지 점 인 코딩 서열에 도달하기 때문에 움직이지 않습니다.

에 Rho 독립적 인 종료, RNA 분자는 루프를 만들고 분리됩니다. RNA 중합 효소는 종결 자이고 많은 사이토 신 (C) 및 구아닌 (G) 뉴클레오티드를 갖는 주형 가닥의 DNA 서열에 도달합니다. 새로운 RNA 가닥이 헤어핀 모양으로 접 히기 시작합니다. C 및 G 뉴클레오티드가 결합합니다. 이 과정은 RNA 중합 효소가 움직이는 것을 막습니다.

번역은 단백질 분자 또는 전사 동안 생성 된 RNA 주형에 기초한 폴리펩티드. 박테리아에서는 번역이 즉시 발생할 수 있으며 때로는 전사 중에 시작됩니다. 이것은 원핵 생물이 프로세스를 분리하는 핵막이나 세포 기관이 없기 때문에 가능합니다.

진핵 생물에서는 전사가 핵에서 일어나고 번역이 세포질, 또는 세포의 세포 내액. 진핵 생물은 또한 번역 전에 처리되는 성숙한 mRNA를 사용합니다.

박테리아에서 번역과 전사가 동시에 일어날 수있는 또 다른 이유는 RNA가 진핵 생물에서 볼 수있는 특별한 처리를 필요로하지 않기 때문입니다. 박테리아 RNA는 즉시 번역 할 준비가되었습니다.

mRNA 가닥에는 다음과 같은 뉴클레오티드 그룹이 있습니다. 코돈. 각 코돈에는 세 개의 뉴클레오티드가 있으며 특정 아미노산 서열을 암호화합니다. 20 개의 아미노산 만 있지만 세포에는 아미노산에 대한 61 개의 코돈과 3 개의 정지 코돈이 있습니다. AUG는 시작 코돈이며 번역을 시작합니다. 또한 아미노산 메티오닌을 코딩합니다.

번역 과정에서 mRNA 가닥은 단백질이되는 아미노산을 만들기위한 주형 역할을합니다. 세포는이를 달성하기 위해 mRNA를 해독합니다.

개시에는 전사 RNA (tRNA), 리보솜 및 mRNA. 각 tRNA 분자에는 안티코돈 아미노산. 안티코돈은 코돈을 보완합니다. 박테리아에서이 과정은 작은 리보솜 단위가 mRNA에 부착 될 때 시작됩니다. Shine-Dalgarno 시퀀스.

Shine-Dalgarno 서열은 박테리아와 고세균 모두에서 특별한 리보솜 결합 영역입니다. 일반적으로 시작 코돈 AUG에서 약 8 개의 뉴클레오티드가 나타납니다.

박테리아 유전자는 그룹으로 전사가 일어날 수 있기 때문에 하나의 mRNA는 많은 유전자를 코딩 할 수 있습니다. Shine-Dalgarno 시퀀스를 사용하면 시작 코돈을 쉽게 찾을 수 있습니다.

신장하는 동안 아미노산 사슬이 길어집니다. tRNA는 아미노산을 추가하여 폴리펩티드 사슬을 만듭니다. tRNA는 P 사이트의 중간 부분입니다. 리보솜.

P 사이트 옆에는 장소. 코돈과 일치하는 tRNA는 A 사이트로 이동할 수 있습니다. 그러면 아미노산 사이에 펩티드 결합이 형성 될 수 있습니다. 리보솜은 mRNA를 따라 움직이고 아미노산은 사슬을 형성합니다.

종료 코돈 때문에 종료됩니다. 정지 코돈이 A 부위에 들어가면 정지 코돈에 상보적인 tRNA가 없기 때문에 번역 과정이 중단됩니다. 라는 단백질 방출 요인 P 사이트에 맞는 것은 정지 코돈을 인식하고 펩티드 결합이 형성되는 것을 방지 할 수 있습니다.

이것은 방출 요인이 만들 수 있기 때문에 발생합니다 효소 물 분자를 추가하면 사슬이 tRNA와 분리됩니다.

감염을 치료하기 위해 항생제를 복용하면 박테리아의 번역 과정을 방해하여 작용할 수 있습니다. 항생제의 목표는 박테리아를 죽이고 번식을 막는 것입니다.

그들이 이것을 달성하는 한 가지 방법은 박테리아 세포의 리보솜에 영향을 미치는 것입니다. 약물은 mRNA 번역을 방해하거나 펩타이드 결합을 만드는 세포의 능력을 차단할 수 있습니다. 항생제는 리보솜에 결합 할 수 있습니다.

예를 들어, 테트라 사이클린이라는 항생제는 원형질막을 가로 질러 세포질 내부에 축적되어 박테리아 세포에 들어갈 수 있습니다. 그러면 항생제가 리보솜에 결합하여 번역을 차단할 수 있습니다.

시프로플록사신이라고하는 또 다른 항생제는 복제를 허용하기 위해 DNA를 푸는 효소를 표적으로 삼아 박테리아 세포에 영향을줍니다. 두 경우 모두 인간 세포는 보존되므로 사람들은 자신의 세포를 죽이지 않고 항생제를 사용할 수 있습니다.

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번역이 끝나면 일부 세포는 단백질 처리를 계속합니다. 번역 후 수정 단백질 (PTM)은 박테리아가 환경에 적응하고 세포 행동을 제어 할 수 있도록합니다.

일반적으로 PTM은 진핵 생물보다 원핵 생물에서 덜 일반적이지만 일부 유기체에는이를 가지고 있습니다. 박테리아는 단백질을 변형하고 과정을 역전시킬 수도 있습니다. 이것은 그들에게 더 많은 융통성을 제공하고 조절을 위해 단백질 변형을 사용할 수있게합니다.

단백질 인산화 박테리아의 일반적인 변형입니다. 이 과정은 인과 산소 원자를 가진 단백질에 인산기를 추가하는 것을 포함합니다. 인산화는 단백질 기능에 필수적입니다.

그러나 인산화는 가역적이기 때문에 일시적 일 수 있습니다. 일부 박테리아는 다른 유기체를 감염시키는 과정의 일부로 인산화를 사용할 수 있습니다.

세린, 트레오닌 및 티로신 아미노산 측쇄에서 발생하는 인산화를 Ser / Thr / Tyr 인산화.

인산화 단백질 외에도 박테리아는 아세틸 화 과 글리코 실화 단백질. 그들은 또한 메틸화, 카르 복 실화 및 기타 변형을 가질 수 있습니다. 이러한 변형은 박테리아의 세포 신호, 조절 및 기타 과정에서 중요한 역할을합니다.

예를 들어 Ser / Thr / Tyr 인산화는 박테리아가 환경의 변화에 ​​반응하고 생존 가능성을 높이는 데 도움이됩니다.

연구에 따르면 세포의 대사 변화는 Ser / Thr / Tyr 인산화와 관련이 있으며, 이는 박테리아가 세포 과정을 변경하여 환경에 반응 할 수 있음을 나타냅니다. 또한 번역 후 수정을 통해 빠르고 효율적으로 대응할 수 있습니다. 변경 사항을 되돌릴 수있는 기능도 상당한 제어를 제공합니다.

Archaea는 진핵 생물과 더 유사한 유전자 발현 메커니즘을 사용합니다. 고세균은 원핵 생물이지만 유전자 발현 및 유전자 조절과 같은 진핵 생물과 공통점이 있습니다. 고세균의 전사 및 번역 과정은 또한 박테리아와 유사합니다.

예를 들어 고세균과 박테리아는 모두 첫 번째 아미노산으로 메티오닌을 가지고 시작 코돈으로 AUG를 가지고 있습니다. 반면에 고세균과 진핵 생물은 모두 TATA 상자, 이는 DNA를 해독 할 위치를 보여주는 프로모터 영역의 DNA 서열입니다.

고세균의 번역은 박테리아에서 보이는 과정과 유사합니다. 두 유형의 유기체에는 30S 및 50S 하위 단위의 두 단위로 구성된 리보솜이 있습니다. 또한 둘 다 polycistronic mRNA와 Shine-Dalgarno 서열을 가지고 있습니다.

박테리아, 고세균 및 진핵 생물 사이에는 여러 유사점과 차이점이 있습니다. 그러나 그들은 모두 유전자 발현 생존을위한 유전자 조절.