Gēnu izpausme prokariotos

Prokarioti ir mazi, vienšūnas dzīvi organismi. Tie ir viens no diviem izplatītākajiem šūnu tipiem: prokariots un eikariots.

Kopš prokariotu šūnas nav kodola vai organellu, gēnu ekspresija notiek brīvā dabā citoplazma un visi posmi var notikt vienlaicīgi. Lai gan prokarioti ir vienkāršāki nekā eikarioti, gēnu ekspresijas kontrolēšana joprojām ir izšķiroša viņu šūnu uzvedībai.

Divi prokariotu domēni ir Baktērijas un Arheja. Abiem trūkst noteikta kodola, taču viņiem joprojām ir ģenētiskais kods un nukleīnskābes. Lai gan nav tādu sarežģītu hromosomu, kādas varētu redzēt eikariotu šūnās, prokariotiem ir apļveida dezoksiribonukleīnskābes gabali (DNS), kas atrodas nukleoīdā.

Tomēr ap ģenētisko materiālu nav membrānas. Kopumā prokariotu DNS ir mazāk nekodējošu sekvenču, salīdzinot ar eikariotiem. Tas var būt saistīts ar to, ka prokariotu šūnas ir mazākas un tām ir mazāk vietas DNS molekulai.

The nukleoīds ir vienkārši reģions, kurā DNS dzīvo prokariotu šūnā. Tam ir neregulāra forma, un tā izmērs var atšķirties. Turklāt nukleoīds ir piestiprināts pie šūnu membrānas.

Prokariotiem var būt arī apļveida DNS, ko sauc plazmīdas. Viņiem šūnā var būt viena vai vairākas plazmīdas. Šūnu dalīšanās laikā prokarioti var iet caur DNS sintēzi un plazmīdu atdalīšanu.

Salīdzinot ar eikariotu hromosomām, plazmīdas mēdz būt mazākas un tām ir mazāk DNS. Turklāt plazmīdas var atkārtoties patstāvīgi bez citas šūnu DNS. Dažās plazmīdās ir nebūtisku gēnu kodi, piemēram, tie, kas baktērijām piešķir rezistenci pret antibiotikām.

Dažos gadījumos plazmīdas arī spēj pārvietoties no vienas šūnas uz otru un dalīties ar informāciju, piemēram, rezistenci pret antibiotikām.

Gēnu ekspresija ir process, kurā šūna pārvērš ģenētisko kodu aminoskābēs olbaltumvielu ražošanai. Atšķirībā no eikariotiem, divi galvenie posmi, kas ir transkripcija un tulkošana, var notikt vienlaikus prokariotos.

Transkripcijas laikā šūna pārveido DNS a kurjera RNS (mRNS) molekula. Tulkošanas laikā šūna no mRNS veido aminoskābes. Aminoskābes veidos olbaltumvielas.

Abi transkripcija un tulkojums notiek prokariotā citoplazma. Ja abi procesi notiek vienlaikus, šūna var izgatavot lielu daudzumu olbaltumvielu no vienas un tās pašas DNS veidnes. Ja šūnai olbaltumvielas vairs nav vajadzīgas, transkripcija var apstāties.

Transkripcijas mērķis ir radīt papildinošu ribonukleīnskābe (RNS) virkne no DNS šablona. Procesam ir trīs daļas: iniciācija, ķēdes pagarinājums un pārtraukšana.

Lai notiktu iniciācijas fāze, DNS vispirms ir jāatslogo, un apgabals, kurā tas notiek, ir transkripcijas burbulis.

Baktērijās jūs atradīsit to pašu RNS polimerāzi, kas ir atbildīga par visu transkripciju. Šim fermentam ir četras apakšvienības. Atšķirībā no eikariotiem, prokariotiem nav transkripcijas faktoru.

Transkripcija sākas, kad DNS atritinās un RNS polimerāze saistās ar a virzītājs. Promoters ir īpaša DNS secība, kas pastāv konkrēta gēna sākumā.

Baktērijās promotoram ir divas sekvences: -10 un -35 elementi. -10 elements ir vieta, kur DNS parasti atritinās, un tas atrodas 10 nukleotīdus no iniciācijas vietas. -35 elements ir 35 nukleotīdi no vietas.

RNS polimerāze paļaujas uz vienu DNS virkni, kas ir veidne, jo tā veido jaunu RNS virkni, ko sauc par RNS transkriptu. Rezultātā iegūtā RNS virkne vai primārais transkripts ir gandrīz tāds pats kā nesatemplāra vai kodējošā DNS virkne. Vienīgā atšķirība ir tā, ka visas timīna (T) bāzes ir RNS uracila (U) bāzes.

Transkripcijas ķēdes pagarinājuma fāzē RNS polimerāze pārvietojas pa DNS matricas virkni un veido mRNS molekulu. RNS virkne kļūst garāka, jo vairāk nukleotīdi tiek pievienoti.

Būtībā RNS polimerāze iet pa DNS statīvu virzienā no 3 'līdz 5', lai to paveiktu. Ir svarīgi atzīmēt, ka baktērijas var radīt policistroniskas mRNS kas kodē vairākus proteīnus.

•••Zinātniskā

Transkripcijas pārtraukšanas fāzē process apstājas. Prokariotos ir divu veidu izbeigšanas fāzes: no Rho atkarīga izbeigšana un no Rho neatkarīga pārtraukšana.

In No Rho atkarīga izbeigšana, īpašs olbaltumvielu faktors ar nosaukumu Rho pārtrauc transkripciju un to pārtrauc. Rho olbaltumvielu faktors piestiprinās RNS virknei noteiktā saistīšanās vietā. Tad tas pārvietojas pa virkni, lai transkripcijas burbulī nonāktu RNS polimerāzē.

Pēc tam Rho izvelk jauno RNS virkni un DNS šablonu, tāpēc transkripcija beidzas. RNS polimerāze pārtrauc kustību, jo tā sasniedz kodēšanas secību, kas ir transkripcijas pieturas punkts.

In No Rho neatkarīga izbeigšana, RNS molekula izveido cilpu un atvienojas. RNS polimerāze sasniedz DNS secību uz matricas virknes, kas ir terminators un kurā ir daudz citozīna (C) un guanīna (G) nukleotīdu. Jaunā RNS virkne sāk salocīties matadata formā. Tās C un G nukleotīdi saistās. Šis process aptur RNS polimerāzes kustību.

Tulkošana rada a olbaltumvielu molekula vai polipeptīds, kura pamatā ir RNS veidne, kas izveidota transkripcijas laikā. Baktērijās tulkošana var notikt uzreiz, un dažreiz tā sākas transkripcijas laikā. Tas ir iespējams, jo prokariotiem nav kodola membrānu vai organellu, kas atdalītu procesus.

Eikariotos viss ir atšķirīgs, jo transkripcija notiek kodolā, bet tulkošana ir citozolsvai šūnu intracelulārais šķidrums. Eikariotā tiek izmantota arī nobriedusi mRNS, kas tiek apstrādāta pirms tulkošanas.

Vēl viens iemesls, kāpēc tulkošana un transkripcija baktērijās var notikt vienlaicīgi, ir tāds, ka RNS nav nepieciešama īpaša apstrāde, kas redzama eikariotos. Baktēriju RNS nekavējoties ir gatava tulkošanai.

MRNS virknei ir sauktās nukleotīdu grupas kodoni. Katram kodonam ir trīs nukleotīdi un tie kodē noteiktu aminoskābju secību. Lai gan ir tikai 20 aminoskābes, šūnās ir 61 kodols aminoskābēm un trīs stop kodoni. AUG ir sākuma kodons un sāk tulkošanu. Tas kodē arī amionskābi metionīnu.

Tulkošanas laikā mRNS virkne darbojas kā veidne aminoskābju veidošanai, kas kļūst par olbaltumvielām. Šūna to atšifrē mRNS.

Lai sāktu, ir nepieciešams pārnest RNS (tRNS), ribosomu un mRNS. Katrai tRNS molekulai ir antikodons aminoskābei. Antikodons papildina kodonu. Baktērijās process sākas, kad neliela ribosomu vienība pievienojas mRNS pie a Shine-Dalgarno secība.

Shine-Dalgarno secība ir īpaša ribosomu saistīšanās zona gan baktērijās, gan arhejās. Parasti to redzat apmēram astoņos nukleotīdos no sākuma kodona AUG.

Tā kā baktēriju gēniem transkripcija var notikt grupās, viena mRNS var kodēt daudzus gēnus. Shine-Dalgarno secība atvieglo sākuma kodona atrašanu.

Pagarināšanas laikā aminoskābju ķēde kļūst garāka. Lai izveidotu polipeptīdu ķēdi, tRNS pievieno aminoskābes. TRNS sāk darboties P vietne, kas ir vidusdaļa ribosoma.

Blakus P vietnei ir Vietne. Kodronam atbilstoša tRNS var nokļūt A vietā. Tad starp aminoskābēm var veidoties peptīdu saite. Ribosoma pārvietojas pa mRNS, un aminoskābes veido ķēdi.

Pārtraukšana notiek stop kodona dēļ. Kad pieturas kodons nonāk A vietā, tulkošanas process apstājas, jo pieturas kodonam nav komplementāras tRNS. Proteīni sauca atbrīvošanas faktori kas iederas P vietā, var atpazīt stop kodonus un novērst peptīdu saišu veidošanos.

Tas notiek tāpēc, ka atbrīvošanās faktori var būt fermenti pievieno ūdens molekulu, kas padara ķēdi atdalītu no tRNS.

Lietojot dažas antibiotikas infekcijas ārstēšanai, tās var darboties, pārtraucot tulkošanas procesu baktērijās. Antibiotiku mērķis ir iznīcināt baktērijas un apturēt to vairošanos.

Viens veids, kā viņi to panāk, ir baktēriju šūnu ribosomu ietekmēšana. Zāles var traucēt mRNS translāciju vai bloķēt šūnas spēju veidot peptīdu saites. Antibiotikas var saistīties ar ribosomām.

Piemēram, viena veida antibiotikas, ko sauc par tetraciklīnu, var iekļūt baktēriju šūnā, šķērsojot plazmas membrānu un veidojoties citoplazmā. Tad antibiotika var saistīties ar ribosomu un bloķēt tulkošanu.

Cita antibiotika, ko sauc par ciprofloksacīnu, ietekmē baktēriju šūnu, mērķējot uz fermentu, kas atbild par DNS atritināšanu, lai nodrošinātu replikāciju. Abos gadījumos cilvēka šūnas tiek saudzētas, kas ļauj cilvēkiem lietot antibiotikas, nenogalinot savas šūnas.

Saistītā tēma:daudzšūnu organismi

Pēc tulkošanas beigām dažas šūnas turpina olbaltumvielu apstrādi. Pēctulkojuma modifikācijas (PTM) olbaltumvielas ļauj baktērijām pielāgoties videi un kontrolēt šūnu uzvedību.

Parasti PTM ir retāk sastopami prokariotos nekā eikariotos, taču dažiem organismiem tie ir. Arī baktērijas var modificēt olbaltumvielas un mainīt procesus. Tas viņiem dod lielāku daudzpusību un ļauj regulēšanai izmantot olbaltumvielu modifikāciju.

Olbaltumvielu fosforilēšana ir izplatīta baktēriju modifikācija. Šis process ietver fosfātu grupas pievienošanu olbaltumvielai, kurai ir fosfora un skābekļa atomi. Fosforilēšana ir būtiska olbaltumvielu darbībai.

Tomēr fosforilēšana var būt īslaicīga, jo tā ir atgriezeniska. Dažas baktērijas var izmantot fosforilēšanu kā daļu no procesa, lai inficētu citus organismus.

Tiek saukta fosforilēšana, kas notiek uz serīna, treonīna un tirozīna aminoskābju sānu ķēdēm Ser / Thr / Tyr fosforilēšana.

Papildus fosforilētiem proteīniem baktērijas var būt acetilēts un glikozilēts olbaltumvielas. Viņiem var būt arī metilēšana, karboksilēšana un citas modifikācijas. Šīm modifikācijām ir svarīga loma šūnu signālā, regulācijā un citos baktēriju procesos.

Piemēram, Ser / Thr / Tyr fosforilēšana palīdz baktērijām reaģēt uz izmaiņām viņu vidē un palielināt izdzīvošanas iespējas.

Pētījumi liecina, ka vielmaiņas izmaiņas šūnā ir saistītas ar Ser / Thr / Tyr fosforilēšanu, kas norāda, ka baktērijas var reaģēt uz savu vidi, mainot šūnu procesus. Turklāt pēctulkojuma modifikācijas palīdz viņiem ātri un efektīvi reaģēt. Spēja mainīt jebkuras izmaiņas nodrošina arī būtisku kontroli.

Arhejās tiek izmantoti gēnu ekspresijas mehānismi, kas ir vairāk līdzīgi eikariotiem. Kaut arī arhejas ir prokariotes, tām ir dažas kopīgas iezīmes ar eikariotiem, piemēram, gēnu ekspresija un gēnu regulēšana. Transkripcijas un tulkošanas procesiem arhejās ir arī dažas līdzības ar baktērijām.

Piemēram, gan arhejās, gan baktērijās metionīns ir pirmā aminoskābe un AUG kā sākuma kodons. No otras puses, gan arhejām, gan eikariotiem ir a TATA lodziņš, kas ir DNS secība promotera zonā, kas parāda DNS atšifrēšanas vietu.

Tulkošana arhejās atgādina procesu, kas redzams baktērijās. Abiem organismu tipiem ir ribosomas, kas sastāv no divām vienībām: 30S un 50S apakšvienības. Turklāt viņiem abiem ir policistroniskas mRNS un Shine-Dalgarno sekvences.

Starp baktērijām, arhejām un eikariotiem ir vairākas līdzības un atšķirības. Tomēr viņi visi paļaujas gēnu ekspresija un gēnu regulēšana, lai izdzīvotu.