Genų raiška prokariotuose

Prokariotai yra maži, vienaląsčiai gyvi organizmai. Jie yra vienas iš dviejų įprastų ląstelių tipų: prokariotas ir eukariotas.

Nuo prokariotinės ląstelės neturi branduolio ar organelių, genų ekspresija vyksta atviroje vietoje citoplazma ir visi etapai gali vykti vienu metu. Nors prokariotai yra paprastesni nei eukariotai, genų ekspresijos kontrolė vis dar yra labai svarbi jų ląstelių elgesiui.

Dvi prokariotų sritys yra Bakterijos ir Archėja. Abiem trūksta apibrėžto branduolio, tačiau jie vis tiek turi genetinį kodą ir nukleorūgštis. Nors nėra tokių sudėtingų chromosomų, kokias matytumėte eukariotinėse ląstelėse, prokariotai turi apskritus dezoksiribonukleino rūgšties gabalėlius (DNR), esančią nukleoide.

Tačiau aplink genetinę medžiagą nėra membranos. Apskritai prokariotų DNR turi mažiau nekoduojančių sekų, palyginti su eukariotais. Taip gali būti dėl to, kad prokariotinės ląstelės yra mažesnės ir jose yra mažiau vietos DNR molekulei.

The nukleoidas yra tiesiog regionas, kuriame DNR gyvena prokariotinėje ląstelėje. Jis yra netaisyklingos formos ir gali skirtis. Be to, nukleoidas yra pritvirtintas prie ląstelės membranos.

Prokariotuose taip pat gali būti žiedinė DNR, vadinama plazmidės. Jie gali turėti vieną ar daugiau plazmidžių ląstelėje. Ląstelių dalijimosi metu prokariotai gali pereiti DNR sintezę ir atskirti plazmides.

Palyginti su eukariotų chromosomomis, plazmidės paprastai būna mažesnės ir turi mažiau DNR. Be to, plazmidės gali daugintis pačios be kitos ląstelių DNR. Kai kuriose plazmidėse yra neesminių genų kodai, pavyzdžiui, kurie suteikia bakterijoms atsparumą antibiotikams.

Tam tikrais atvejais plazmidės taip pat gali judėti iš vienos ląstelės į kitą ir dalytis informacija, pavyzdžiui, atsparumu antibiotikams.

Genų ekspresija yra procesas, kurio metu ląstelė paverčia genetinį kodą į aminorūgštis baltymų gamybai. Skirtingai nei eukariotuose, du pagrindiniai etapai, tai yra transkripcija ir vertimas, gali vykti vienu metu prokariotuose.

Transkripcijos metu ląstelė paverčia DNR į a pasiuntinio RNR (mRNR) molekulė. Transliacijos metu ląstelė gamina aminorūgštis iš iRNR. Aminorūgštys sudarys baltymus.

Tiek transkripcija ir vertimas atsitikti prokariotuose citoplazma. Jei abu procesai vyksta tuo pačiu metu, ląstelė gali pagaminti didelį kiekį baltymų iš to paties DNR šablono. Jei ląstelei nebereikia baltymų, transkripcija gali sustoti.

Transkripcijos tikslas yra sukurti papildomą ribonukleino rūgštis (RNR) grandinė iš DNR šablono. Procesą sudaro trys dalys: inicijavimas, grandinės pailgėjimas ir nutraukimas.

Norint įvykti iniciacijos fazę, DNR pirmiausia turi atsiskleisti, o sritis, kurioje tai vyksta, yra transkripcijos burbulas.

Bakterijose rasite tą pačią RNR polimerazę, atsakingą už visą transkripciją. Šis fermentas turi keturis subvienetus. Skirtingai nuo eukariotų, prokariotai neturi transkripcijos veiksnių.

Transkripcija prasideda, kai DNR išsisuka ir RNR polimerazė prisijungia prie a vykdytojas. Promoteris yra speciali DNR seka, egzistuojanti konkretaus geno pradžioje.

Bakterijose promotorius turi dvi sekas: -10 ir -35 elementai. -10 elementas yra tas, kur DNR paprastai išsisuka, ir jis yra 10 nukleotidų nuo iniciacijos vietos. -35 elementas yra 35 nukleotidai iš vietos.

RNR polimerazė remiasi viena DNR grandine, kad ji būtų šablonas, nes ji sukuria naują RNR grandinę, vadinamą RNR transkripcija. Gauta RNR grandinė arba pirminis transkriptas yra beveik toks pat, kaip ir be šablono ar koduojančios DNR grandinės. Vienintelis skirtumas yra tas, kad visos timino (T) bazės yra uracilo (U) bazės RNR.

Transkripcijos grandinės pailgėjimo fazės metu RNR polimerazė juda išilgai DNR matricos grandinės ir padaro mRNR molekulę. RNR grandinė ilgėja kaip ir daugiau nukleotidai pridedami.

Iš esmės RNR polimerazė eina palei DNR stovą nuo 3 'iki 5' krypties, kad tai pasiektų. Svarbu pažymėti, kad bakterijos gali sukurti policistroninės MRNR kad koduoja kelis baltymus.

•••Mokslo

Transkripcijos nutraukimo fazėje procesas sustoja. Prokariotuose yra dviejų tipų nutraukimo fazės: nuo Rho priklausomas nutraukimas ir nuo Rho nepriklausomas nutraukimas.

Į Rho priklausomas nutraukimas, specialus baltymų faktorius, vadinamas Rho, nutraukia transkripciją ir ją nutraukia. Rho baltymo faktorius prisijungia prie RNR grandinės specifinėje prisijungimo vietoje. Tada jis juda išilgai grandinės, kad pasiektų RNR polimerazę transkripcijos burbule.

Tada Rho ištraukia naują RNR grandinę ir DNR šabloną, todėl transkripcija baigiasi. RNR polimerazė nustoja judėti, nes pasiekia koduojančią seką, kuri yra transkripcijos sustojimo taškas.

Į Rho nepriklausomas nutraukimas, RNR molekulė daro kilpą ir atsiskiria. RNR polimerazė pasiekia DNR seką matricos grandinėje, kuri yra terminatorius ir turi daug citozino (C) ir guanino (G) nukleotidų. Naujoji RNR grandinė pradeda sulankstyti į segtuko formą. Jo C ir G nukleotidai jungiasi. Šis procesas sustabdo RNR polimerazės judėjimą.

Vertimas sukuria a baltymo molekulė arba polipeptidas, pagrįstas RNR šablonu, sukurtu transkripcijos metu. Bakterijose vertimas gali įvykti iš karto, o kartais jis prasideda transkripcijos metu. Tai įmanoma, nes prokariotai neturi jokių branduolio membranų ar organelių, kurie galėtų atskirti procesus.

Eukariotuose viskas yra kitaip, nes transkripcija vyksta branduolyje, o vertimas yra citozolisarba ląstelės viduląstelinis skystis. Eukariote taip pat naudojama brandi MRNR, kuri apdorojama prieš verčiant.

Kita priežastis, kodėl bakterijos gali vienu metu vykti vertimu ir transkripcija, yra ta, kad RNR nereikia specialaus apdorojimo, matomo eukariotuose. Bakterinė RNR yra nedelsiant paruošta versti.

MRNR grandinėje yra vadinamų nukleotidų grupių kodonai. Kiekvienas kodonas turi tris nukleotidus ir koduoja specifinę aminorūgščių seką. Nors aminorūgščių yra tik 20, ląstelės turi 61 aminorūgščių kodoną ir tris stop kodonus. AUG yra pradinis kodonas ir pradedamas vertimas. Jis taip pat koduoja aminorūgštį metioniną.

Transliacijos metu iRNR grandinė veikia kaip šablonas aminorūgštims, kurios tampa baltymu, gaminti. Tam pasiekti ląstelė iššifruoja MRNR.

Pradėti reikia pernešti RNR (tRNR), ribosoma ir iRNR. Kiekviena tRNR molekulė turi antikodonas aminorūgščiai. Antikodonas papildo kodoną. Bakterijose procesas prasideda, kai prie mRNR prie a. Prisijungia nedidelis ribosomų vienetas Shine-Dalgarno seka.

„Shine-Dalgarno“ seka yra speciali ribosomų surišimo sritis tiek bakterijose, tiek archėjose. Paprastai jį matote apie aštuonis nukleotidus nuo pradinio kodono AUG.

Kadangi bakterijų genuose transkripcija gali vykti grupėmis, viena mRNR gali koduoti daugelį genų. „Shine-Dalgarno“ seka palengvina pradinio kodono paiešką.

Pailgėjimo metu aminorūgščių grandinė ilgėja. TRNR prideda aminorūgščių, kad susidarytų polipeptidinė grandinė. TRNR pradeda veikti P svetainė, kuri yra vidurinė ribosoma.

Šalia P svetainės yra Svetainė. Kodroną atitinkanti tRNR gali patekti į A vietą. Tada tarp aminorūgščių gali susidaryti peptidinis ryšys. Ribosoma juda išilgai iRNR, o aminorūgštys sudaro grandinę.

Nutraukimas įvyksta dėl stop kodono. Kai sustabdymo kodonas patenka į A vietą, transliacijos procesas sustoja, nes stop kodonas neturi komplementarios tRNR. Skambino baltymai išleidimo faktoriai kurie tinka P vietai, gali atpažinti stop kodonus ir užkirsti kelią peptidinių ryšių formavimuisi.

Taip atsitinka todėl, kad išlaisvinimo veiksniai gali padaryti fermentai pridėti vandens molekulę, kuri grandinę atskiria nuo tRNR.

Kai infekcijai gydyti vartojate keletą antibiotikų, jie gali veikti sutrikdydami bakterijų vertimo procesą. Antibiotikų tikslas yra sunaikinti bakterijas ir sustabdyti jų dauginimąsi.

Vienas iš būdų tai pasiekti yra paveikti bakterijų ląstelių ribosomas. Vaistai gali trikdyti iRNR transliaciją arba blokuoti ląstelės gebėjimą užmegzti peptidinius ryšius. Antibiotikai gali prisijungti prie ribosomų.

Pavyzdžiui, vienos rūšies antibiotikas, vadinamas tetraciklinu, gali patekti į bakterijos ląstelę, kirsdamas plazmos membraną ir kaupdamasis citoplazmos viduje. Tada antibiotikas gali prisijungti prie ribosomos ir blokuoti vertimą.

Kitas antibiotikas, vadinamas ciprofloksacinu, veikia bakterijų ląsteles, nukreipdamas fermentą, atsakingą už DNR išvyniojimą, kad būtų galima replikuotis. Abiem atvejais žmogaus ląstelės yra nepagailėtos, o tai leidžia žmonėms vartoti antibiotikus, nežudant savo ląstelių.

Susijusi tema:daugialąsčiai organizmai

Pasibaigus vertimui, kai kurios ląstelės toliau apdoroja baltymus. Po vertimo atliktos modifikacijos (PTM) baltymai leidžia bakterijoms prisitaikyti prie savo aplinkos ir kontroliuoti ląstelių elgesį.

Apskritai PTM yra mažiau paplitę prokariotuose nei eukariotuose, tačiau kai kurie organizmai jų turi. Bakterijos taip pat gali modifikuoti baltymus ir pakeisti procesus. Tai suteikia jiems daugiau universalumo ir leidžia reguliavimui naudoti baltymų modifikaciją.

Baltymų fosforilinimas yra įprasta bakterijų modifikacija. Šis procesas apima fosfato grupės pridėjimą į baltymą, kuriame yra fosforo ir deguonies atomų. Fosforilinimas yra būtinas baltymų funkcijai.

Tačiau fosforilinimas gali būti laikinas, nes jis yra grįžtamas. Kai kurios bakterijos gali naudoti fosforilinimą kaip proceso dalį kitiems organizmams užkrėsti.

Fosforilinimas, vykstantis ant serino, treonino ir tirozino aminorūgščių šoninių grandinių, vadinamas Ser / Thr / Tyr fosforilinimas.

Be fosforilintų baltymų, bakterijos gali turėti acetilintas ir glikozilinti baltymai. Jie taip pat gali turėti metilinimą, karboksilinimą ir kitas modifikacijas. Šios modifikacijos vaidina svarbų vaidmenį perduodant ląstelių signalus, reguliuojant ir atliekant kitus procesus bakterijose.

Pavyzdžiui, Ser / Thr / Tyr fosforilinimas padeda bakterijoms reaguoti į jų aplinkos pokyčius ir padidinti išgyvenimo galimybes.

Tyrimai rodo, kad metaboliniai pokyčiai ląstelėje yra susiję su Ser / Thr / Tyr fosforilinimu, o tai rodo, kad bakterijos gali reaguoti į savo aplinką, keisdamos ląstelių procesus. Be to, pakeitimai po vertimo padeda greitai ir efektyviai reaguoti. Gebėjimas pakeisti bet kokius pokyčius taip pat suteikia reikšmingą kontrolę.

Archėjose naudojami genų ekspresijos mechanizmai, panašesni į eukariotus. Nors archėjos yra prokariotai, jie turi keletą panašumų su eukariotais, pavyzdžiui, genų ekspresija ir genų reguliavimas. Transkripcijos ir vertimo procesai archėjose taip pat turi tam tikrų panašumų su bakterijomis.

Pavyzdžiui, tiek archajose, tiek bakterijose pirmoji aminorūgštis yra metioninas, o pradiniu kodonu - AUG. Kita vertus, tiek archėjos, tiek eukariotai turi a TATA dėžutė, kuri yra DNR seka promotoriaus srityje, rodanti, kur dekoduoti DNR.

Archaijų vertimas primena procesą, kurį mato bakterijos. Abiejų tipų organizmai turi ribosomas, susidedančias iš dviejų vienetų: 30S ir 50S subvienetų. Be to, jie abu turi policistronines MRNR ir Shine-Dalgarno sekas.

Yra daugybė panašumų ir skirtumų tarp bakterijų, archėjų ir eukariotų. Tačiau jie visi pasikliauja genų ekspresija ir genų reguliavimas išgyventi.