Genuttrykk i prokaryoter

Prokaryoter er små, encellede levende organismer. De er en av to vanlige celletyper: prokaryotisk og eukaryotisk.

Siden prokaryote celler ikke har en kjerne eller organeller, skjer genuttrykk ute i det fri cytoplasma og alle trinn kan skje samtidig. Selv om prokaryoter er enklere enn eukaryoter, er det fortsatt viktig å kontrollere genuttrykk for deres cellulære oppførsel.

De to domenene til prokaryoter er Bakterie og Archaea. Begge mangler en definert kjerne, men de har fortsatt en genetisk kode og nukleinsyrer. Selv om det ikke er noen komplekse kromosomer som de du vil se i eukaryote celler, har prokaryoter sirkulære biter av deoksyribonukleinsyre (DNA) plassert i nukleoid.

Imidlertid er det ingen membran rundt genetisk materiale. Generelt har prokaryoter færre ikke-kodende sekvenser i DNA sitt sammenlignet med eukaryoter. Dette kan skyldes at prokaryote celler er mindre og har mindre plass til et DNA-molekyl.

De nukleoid er ganske enkelt regionen der DNA lever i den prokaryote cellen. Den har en uregelmessig form og kan variere i størrelse. I tillegg er nukleoid festet til cellemembranen.

Prokaryoter kan også ha sirkulært DNA kalt plasmider. Det er mulig for dem å ha ett eller flere plasmider i en celle. Under celledeling kan prokaryoter gå gjennom DNA-syntese og separasjon av plasmider.

Sammenlignet med kromosomene i eukaryoter, har plasmider en tendens til å være mindre og ha mindre DNA. I tillegg kan plasmider replikere alene uten annet cellulært DNA. Noen plasmider bærer kodene for ikke-essensielle gener, slik som de som gir bakterier deres antibiotikaresistens.

I visse tilfeller er plasmider også i stand til å bevege seg fra en celle til en annen celle og dele informasjon som antibiotikaresistens.

Genuttrykk er prosessen der cellen oversetter den genetiske koden til aminosyrer for proteinproduksjon. I motsetning til i eukaryoter, kan de to hovedstadiene, som er transkripsjon og oversettelse, skje samtidig i prokaryoter.

Under transkripsjon oversetter cellen DNA til en messenger RNA (mRNA) molekyl. Under translasjon lager cellen aminosyrene fra mRNA. Aminosyrene vil utgjøre proteinene.

Både transkripsjon og oversettelse skje i prokaryoten cytoplasma. Ved at begge prosessene skjer samtidig, kan cellen lage en stor mengde protein fra samme DNA-mal. Hvis cellen ikke trenger proteinet lenger, kan transkripsjonen stoppe.

Målet med transkripsjon er å skape et komplementært ribonukleinsyre (RNA) streng fra en DNA-mal. Prosessen har tre deler: innvielse, kjedeforlengelse og avslutning.

For at initieringsfasen skal skje, må DNA først slappe av og området der dette skjer er transkripsjonsboble.

I bakterier vil du finne den samme RNA-polymerasen som er ansvarlig for all transkripsjon. Dette enzymet har fire underenheter. I motsetning til eukaryoter har ikke prokaryoter transkripsjonsfaktorer.

Transkripsjon starter når DNA slettes og RNA-polymerase binder seg til a promotør. En promoter er en spesiell DNA-sekvens som eksisterer i begynnelsen av et spesifikt gen.

I bakterier har promoteren to sekvenser: -10 og -35 elementer. -10-elementet er der DNA vanligvis trekker seg ut, og det ligger 10 nukleotider fra initieringsstedet. Elementet -35 er 35 nukleotider fra stedet.

RNA-polymerase er avhengig av at en DNA-streng er malen, da den bygger en ny RNA-streng kalt RNA-transkript. Den resulterende RNA-strengen eller primære transkripsjonen er nesten den samme som den ikke-mal eller kodende DNA-strengen. Den eneste forskjellen er at alle tymin (T) baser er uracil (U) baser i RNA.

Under kjedeforlengelsesfasen av transkripsjon beveger RNA RNAase seg langs DNA-malstrengen og lager et mRNA-molekyl. RNA-strengen blir lenger som mer nukleotider blir lagt til.

I hovedsak går RNA-polymerase langs DNA-stativet i retning 3 'til 5' for å oppnå dette. Det er viktig å merke seg at bakterier kan skape polycistronic mRNA den koden for flere proteiner.

•••Vitenskap

I løpet av avslutningsfasen av transkripsjonen stopper prosessen. Det er to typer avslutningsfaser i prokaryoter: Rho-avhengig avslutning og Rho-uavhengig avslutning.

I Rho-avhengig oppsigelse, en spesiell proteinfaktor kalt Rho avbryter transkripsjonen og avslutter den. Rho-proteinfaktoren fester seg til RNA-strengen på et spesifikt bindingssted. Deretter beveger den seg langs strengen for å nå RNA-polymerase i transkripsjonsboblen.

Deretter trekker Rho fra hverandre den nye RNA-strengen og DNA-malen, slik at transkripsjonen slutter. RNA-polymerase slutter å bevege seg fordi den når en kodende sekvens som er transkripsjonsstoppunktet.

I Rho-uavhengig oppsigelse, RNA-molekylet lager en løkke og løsner. RNA-polymerasen når en DNA-sekvens på malstrengen som er terminatoren og har mange cytosin (C) og guanin (G) nukleotider. Den nye RNA-strengen begynner å brettes sammen til en hårnålsform. Dens C- og G-nukleotider binder. Denne prosessen hindrer RNA-polymerase i å bevege seg.

Oversettelse skaper en proteinmolekyl eller polypeptid basert på RNA-mal opprettet under transkripsjon. Hos bakterier kan oversettelse skje med en gang, og noen ganger starter den under transkripsjon. Dette er mulig fordi prokaryoter ikke har noen kjernemembraner eller organeller som skiller prosessene.

I eukaryoter er ting annerledes fordi transkripsjon forekommer i kjernen, og oversettelse er i cytosol, eller intracellulær væske, av cellen. En eukaryot bruker også modent mRNA, som behandles før oversettelse.

En annen grunn til at oversettelse og transkripsjon kan skje samtidig i bakterier, er at RNA ikke trenger den spesielle behandlingen som ses i eukaryoter. Den bakterielle RNA er klar for oversettelse umiddelbart.

MRNA-strengen har grupper av nukleotider kalt kodoner. Hver kodon har tre nukleotider og koder for en spesifikk aminosyresekvens. Selv om det bare er 20 aminosyrer, har celler 61 kodoner for aminosyrer og tre stoppkodoner. AUG er startkodonet og begynner oversettelsen. Den koder også for aminosyren metionin.

Under oversettelse fungerer mRNA-strengen som en mal for å lage aminosyrer som blir proteiner. Cellen dekoder mRNA for å oppnå dette.

Innvielse krever overføre RNA (tRNA), et ribosom og mRNA. Hvert tRNA-molekyl har en antikodon for en aminosyre. Antikodonet er komplementært til kodonet. I bakterier starter prosessen når en liten ribosomal enhet fester seg til mRNA ved en Shine-Dalgarno sekvens.

Shine-Dalgarno-sekvensen er et spesielt ribosomalt bindingsområde i både bakterier og archaea. Du ser det vanligvis rundt åtte nukleotider fra startkodonet AUG.

Siden bakteriener kan ha transkripsjon skje i grupper, kan et mRNA kode for mange gener. Shine-Dalgarno-sekvensen gjør det lettere å finne startkodonen.

Under forlengelse blir kjeden av aminosyrer lengre. TRNAene tilfører aminosyrer for å lage polypeptidkjeden. En tRNA begynner å fungere i P-området, som er en midtre del av ribosom.

Ved siden av P-siden er En side. Et tRNA som samsvarer med kodonet kan gå til A-området. Deretter kan det dannes en peptidbinding mellom aminosyrene. Ribosomet beveger seg langs mRNA, og aminosyrene danner en kjede.

Oppsigelse skjer på grunn av en stoppkodon. Når et stoppkodon kommer inn på A-området, stopper prosessen med oversettelse fordi stoppkodonet ikke har et komplementært tRNA. Proteiner kalt frigjøringsfaktorer som passer inn i P-området, kan gjenkjenne stoppkodonene og forhindre at peptidbindinger dannes.

Dette skjer fordi frigjøringsfaktorene kan gjøre enzymer tilsett et vannmolekyl, som gjør kjeden atskilt fra tRNA.

Når du tar noen antibiotika for å behandle en infeksjon, kan de virke ved å forstyrre oversettelsesprosessen i bakterier. Målet med antibiotika er å drepe bakteriene og hindre dem i å reprodusere seg.

En måte de oppnår dette på er å påvirke ribosomene i bakterieceller. Legemidlene kan forstyrre mRNA-translasjon eller blokkere celleens evne til å lage peptidbindinger. Antibiotika kan binde seg til ribosomene.

For eksempel kan en type antibiotika kalt tetracyklin komme inn i bakteriecellen ved å krysse plasmamembranen og bygge seg opp inne i cytoplasmaet. Deretter kan antibiotika binde seg til et ribosom og blokkere oversettelse.

Et annet antibiotikum kalt ciprofloxacin påvirker bakteriecellen ved å målrette mot et enzym som er ansvarlig for å avvikle DNA for å tillate replikasjon. I begge tilfeller blir menneskeceller spart, noe som gjør at folk kan bruke antibiotika uten å drepe sine egne celler.

Relatert emne:flercellede organismer

Etter at oversettelsen er over, fortsetter noen celler å behandle proteinene. Modifikasjoner etter translasjon (PTM) av proteiner lar bakterier tilpasse seg miljøet sitt og kontrollere cellulær atferd.

Generelt er PTM mindre vanlige i prokaryoter enn eukaryoter, men noen organismer har dem. Bakterier kan modifisere proteiner og reversere prosessene også. Dette gir dem mer allsidighet og lar dem bruke proteinmodifisering for regulering.

Proteinfosforylering er en vanlig modifikasjon hos bakterier. Denne prosessen innebærer å legge til en fosfatgruppe i proteinet, som har fosfor- og oksygenatomer. Fosforylering er viktig for proteinfunksjonen.

Imidlertid kan fosforylering være midlertidig fordi den er reversibel. Noen bakterier kan bruke fosforylering som en del av prosessen for å infisere andre organismer.

Fosforylering som forekommer på serin-, treonin- og tyrosin-aminosyresidekjeder kalles Ser / Thr / Tyr fosforylering.

I tillegg til fosforylerte proteiner, kan bakterier ha acetylert og glykosylert proteiner. De kan også ha metylering, karboksylering og andre modifikasjoner. Disse modifikasjonene spiller en viktig rolle i cellesignalering, regulering og andre prosesser i bakterier.

For eksempel hjelper Ser / Thr / Tyr-fosforylering bakterier til å reagere på endringer i miljøet og øke sjansene for å overleve.

Forskning viser at metabolske endringer i cellen er assosiert med Ser / Thr / Tyr-fosforylering, noe som indikerer at bakterier kan reagere på miljøet sitt ved å endre deres cellulære prosesser. Videre hjelper endringer etter oversettelse dem til å reagere raskt og effektivt. Evnen til å reversere eventuelle endringer gir også betydelig kontroll.

Archaea bruker mekanismer for genuttrykk som ligner mer på eukaryoter. Selv om arkaea er prokaryoter, har de noen ting til felles med eukaryoter, som genuttrykk og genregulering. Prosessene for transkripsjon og oversettelse i archaea har også noen likheter med bakterier.

For eksempel har både arkea og bakterier metionin som den første aminosyren og AUG som startkodon. På den annen side har både archaea og eukaryoter en TATA-boks, som er en DNA-sekvens i promoterområdet som viser hvor DNA skal dekodes.

Oversettelse i archaea ligner prosessen sett i bakterier. Begge typer organismer har ribosomer som består av to enheter: 30S og 50S underenheter. I tillegg har de begge polycistronic mRNAer og og Shine-Dalgarno sekvenser.

Det er flere likheter og forskjeller mellom bakterier, archaea og eukaryoter. Imidlertid stoler de alle på genuttrykk og genregulering for å overleve.