Ekspresja genów u prokariotów

Prokariota to małe, jednokomórkowe organizmy żywe. Są jednym z dwóch popularnych typów komórek: prokariotyczny i eukariotyczny.

Od komórki prokariotyczne nie mają jądra ani organelli, ekspresja genów odbywa się na otwartej przestrzeni cytoplazma a wszystkie etapy mogą odbywać się jednocześnie. Chociaż prokarionty są prostsze niż eukarionty, kontrolowanie ekspresji genów jest nadal kluczowe dla ich zachowania komórkowego.

Dwie domeny prokariotów to Bakteria i Archea. Oba nie mają określonego jądra, ale nadal mają kod genetyczny i kwasy nukleinowe. Chociaż nie ma skomplikowanych chromosomów, takich jak te, które można zobaczyć w komórkach eukariotycznych, prokarionty mają okrągłe kawałki kwasu dezoksyrybonukleinowego (DNA) znajduje się w nukleoidzie.

Jednak wokół materiału genetycznego nie ma błony. Ogólnie rzecz biorąc, prokarionty mają mniej niekodujących sekwencji w swoim DNA w porównaniu z eukariontami. Może to być spowodowane tym, że komórki prokariotyczne są mniejsze i mają mniej miejsca na cząsteczkę DNA.

nukleoid to po prostu region, w którym DNA żyje w komórce prokariotycznej. Ma nieregularny kształt i może różnić się wielkością. Ponadto nukleoid jest przyczepiony do błony komórkowej.

Prokariota mogą również mieć kolisty DNA zwany plazmidy. W komórce mogą znajdować się jeden lub więcej plazmidów. Podczas podziału komórki prokariota mogą przechodzić syntezę DNA i rozdzielanie plazmidów.

W porównaniu z chromosomami u eukariontów, plazmidy wydają się być mniejsze i mają mniej DNA. Ponadto plazmidy mogą replikować się samodzielnie bez innego DNA komórkowego. Niektóre plazmidy niosą kody dla nieistotnych genów, takich jak te, które nadają bakteriom oporność na antybiotyki.

W niektórych przypadkach plazmidy mogą również przemieszczać się z jednej komórki do drugiej i dzielić się informacjami, takimi jak oporność na antybiotyki.

Ekspresja genów to proces, w którym komórka tłumaczy kod genetyczny na aminokwasy w celu produkcji białka. W przeciwieństwie do eukariontów dwa główne etapy, czyli transkrypcja i translacja, mogą zachodzić jednocześnie u prokariontów.

Podczas transkrypcji komórka tłumaczy DNA na informacyjne RNA (mRNA) cząsteczka. Podczas translacji komórka wytwarza aminokwasy z mRNA. Aminokwasy będą tworzyć białka.

Obie transkrypcja i tłumaczenie zdarzyło się u prokariontów cytoplazma. Dzięki temu, że oba procesy zachodzą w tym samym czasie, komórka może wytworzyć dużą ilość białka z tej samej matrycy DNA. Jeśli komórka nie potrzebuje już białka, transkrypcja może się zatrzymać.

Celem transkrypcji jest stworzenie komplementarnego kwas rybonukleinowy (RNA) z matrycy DNA. Proces składa się z trzech części: inicjacji, wydłużenia łańcucha i zakończenia.

Aby nastąpiła faza inicjacji, DNA musi się najpierw rozwinąć, a obszarem, w którym to się dzieje, jest bańka transkrypcji.

W bakteriach znajdziesz tę samą polimerazę RNA odpowiedzialną za całą transkrypcję. Ten enzym ma cztery podjednostki. W przeciwieństwie do eukariontów prokarionty nie mają czynników transkrypcyjnych.

Transkrypcja rozpoczyna się, gdy DNA rozwija się, a polimeraza RNA wiąże się z a promotor. Promotor to specjalna sekwencja DNA, która istnieje na początku określonego genu.

U bakterii promotor ma dwie sekwencje: -10 i -35 elementów. Element -10 to miejsce, w którym DNA zwykle się rozwija i znajduje się 10 nukleotydów od miejsca inicjacji. Element -35 to 35 nukleotydów z miejsca.

Polimeraza RNA opiera się na jednej nici DNA jako matrycy, ponieważ buduje nową nić RNA zwaną transkryptem RNA. Powstała nić RNA lub pierwotny transkrypt jest prawie taka sama jak niematrycowa lub kodująca nić DNA. Jedyna różnica polega na tym, że wszystkie zasady tyminy (T) są zasadami uracylu (U) w RNA.

Podczas fazy transkrypcji wydłużania łańcucha polimeraza RNA przemieszcza się wzdłuż nici matrycy DNA i tworzy cząsteczkę mRNA. Nić RNA staje się coraz dłuższa nukleotydy są dodane.

Zasadniczo polimeraza RNA porusza się wzdłuż DNA w kierunku od 3' do 5', aby to osiągnąć. Należy pamiętać, że bakterie mogą tworzyć policistronowe mRNA ten kod dla wielu białek.

•••Nauka

W fazie terminacji transkrypcji proces zatrzymuje się. Istnieją dwa rodzaje faz terminacji u prokariontów: terminacja zależna od Rho i terminacja niezależna od Rho.

W Zakończenie zależne od Rho, specjalny czynnik białkowy zwany Rho przerywa transkrypcję i ją kończy. Czynnik białkowy Rho przyłącza się do nici RNA w specyficznym miejscu wiązania. Następnie porusza się wzdłuż nici, aby dotrzeć do polimerazy RNA w bańce transkrypcyjnej.

Następnie Rho rozdziela nową nić RNA i matrycę DNA, co kończy się transkrypcją. Polimeraza RNA przestaje się poruszać, ponieważ osiąga sekwencję kodującą, która jest punktem zatrzymania transkrypcji.

W Zakończenie niezależne od Rho, cząsteczka RNA tworzy pętlę i odłącza się. Polimeraza RNA osiąga sekwencję DNA na nici matrycy, która jest terminatorem i zawiera wiele nukleotydów cytozyny (C) i guaniny (G). Nowa nić RNA zaczyna się zwijać w kształt spinki do włosów. Wiążą się jej nukleotydy C i G. Ten proces zatrzymuje ruch polimerazy RNA.

Tłumaczenie tworzy cząsteczka białka lub polipeptyd oparty na matrycy RNA wytworzonej podczas transkrypcji. W bakteriach translacja może nastąpić od razu, a czasami zaczyna się podczas transkrypcji. Jest to możliwe, ponieważ prokariota nie mają żadnych błon jądrowych ani organelli oddzielających procesy.

U eukariontów sprawy mają się inaczej, ponieważ transkrypcja zachodzi w jądrze, a translacja w cytozollub płyn wewnątrzkomórkowy komórki. Eukariont wykorzystuje również dojrzałe mRNA, które jest przetwarzane przed translacją.

Innym powodem, dla którego translacja i transkrypcja może zachodzić w bakteriach w tym samym czasie, jest to, że RNA nie wymaga specjalnego przetwarzania obserwowanego u eukariontów. Bakteryjne RNA jest natychmiast gotowe do translacji.

Nić mRNA zawiera grupy nukleotydów zwane kodony. Każdy kodon ma trzy nukleotydy i kody dla określonej sekwencji aminokwasowej. Chociaż istnieje tylko 20 aminokwasów, komórki mają 61 kodonów dla aminokwasów i trzy kodony stop. AUG jest kodonem startowym i rozpoczyna translację. Koduje również aminokwas metioninę.

Podczas translacji nić mRNA działa jako matryca do tworzenia aminokwasów, które stają się białkami. W tym celu komórka dekoduje mRNA.

Inicjacja wymaga transferowy RNA (tRNA), rybosom i mRNA. Każda cząsteczka tRNA ma antykodon dla aminokwasu. Antykodon jest komplementarny do kodonu. U bakterii proces rozpoczyna się, gdy mała jednostka rybosomalna przyłącza się do mRNA w a Sekwencja Shine-Dalgarno.

Sekwencja Shine-Dalgarno to specjalny obszar wiązania rybosomów zarówno w bakteriach, jak i archeonach. Zwykle widzisz to około ośmiu nukleotydów od kodonu start AUG.

Ponieważ geny bakteryjne mogą mieć transkrypcję w grupach, jeden mRNA może kodować wiele genów. Sekwencja Shine-Dalgarno ułatwia znalezienie kodonu startowego.

Podczas wydłużania łańcuch aminokwasów wydłuża się. tRNA dodają aminokwasy, aby utworzyć łańcuch polipeptydowy. tRNA zaczyna działać w P strona, który jest środkową częścią rybosom.

Obok strony P znajduje się Strona. tRNA pasujące do kodonu może przejść do miejsca A. Następnie między aminokwasami może powstać wiązanie peptydowe. Rybosom porusza się wzdłuż mRNA, a aminokwasy tworzą łańcuch.

Wypowiedzenie następuje z powodu kodonu stop. Kiedy kodon stop wchodzi w miejsce A, proces translacji zatrzymuje się, ponieważ kodon stop nie ma komplementarnego tRNA. Białka zwane czynniki uwalniania pasujące do miejsca P mogą rozpoznawać kodony stop i zapobiegać tworzeniu się wiązań peptydowych.

Dzieje się tak, ponieważ czynniki uwalniania mogą sprawić enzymy dodaj cząsteczkę wody, która oddziela łańcuch od tRNA.

Kiedy bierzesz antybiotyki w celu leczenia infekcji, mogą one działać poprzez zakłócanie procesu translacji w bakteriach. Celem antybiotyków jest zabicie bakterii i powstrzymanie ich przed rozmnażaniem.

Jednym ze sposobów, w jaki to osiągają, jest oddziaływanie na rybosomy w komórkach bakteryjnych. Leki mogą zakłócać translację mRNA lub blokować zdolność komórki do tworzenia wiązań peptydowych. Antybiotyki mogą wiązać się z rybosomami.

Na przykład jeden rodzaj antybiotyku, zwany tetracykliną, może przedostać się do komórki bakteryjnej, przechodząc przez błonę plazmatyczną i odkładając się wewnątrz cytoplazmy. Następnie antybiotyk może związać się z rybosomem i zablokować translację.

Inny antybiotyk o nazwie cyprofloksacyna wpływa na komórkę bakteryjną, celując w enzym odpowiedzialny za rozwijanie DNA w celu umożliwienia replikacji. W obu przypadkach oszczędzane są ludzkie komórki, co pozwala ludziom stosować antybiotyki bez zabijania własnych komórek.

Temat pokrewny:Organizmy wielokomórkowe

Po zakończeniu translacji niektóre komórki kontynuują przetwarzanie białek. Modyfikacje potranslacyjne (PTM) białek umożliwiają bakteriom przystosowanie się do ich środowiska i kontrolowanie zachowania komórkowego.

Ogólnie rzecz biorąc, PTM są mniej powszechne u prokariontów niż eukariontów, ale niektóre organizmy je mają. Bakterie mogą również modyfikować białka i odwracać procesy. Daje im to większą wszechstronność i pozwala na wykorzystanie modyfikacji białek do regulacji.

Fosforylacja białek jest powszechną modyfikacją bakterii. Proces ten polega na dodaniu do białka grupy fosforanowej, która zawiera atomy fosforu i tlenu. Fosforylacja jest niezbędna dla funkcjonowania białka.

Jednak fosforylacja może być tymczasowa, ponieważ jest odwracalna. Niektóre bakterie mogą wykorzystywać fosforylację jako część procesu do infekowania innych organizmów.

Fosforylacja zachodząca na łańcuchach bocznych aminokwasów seryny, treoniny i tyrozyny nazywa się Fosforylacja Ser/Thr/Tyr.

Oprócz fosforylowanych białek bakterie mogą mieć acetylowany i glikozylowany białka. Mogą również mieć metylację, karboksylację i inne modyfikacje. Te modyfikacje odgrywają ważną rolę w sygnalizacji komórkowej, regulacji i innych procesach w bakteriach.

Na przykład fosforylacja Ser/Thr/Tyr pomaga bakteriom reagować na zmiany w ich środowisku i zwiększać szanse na przeżycie.

Badania pokazują, że zmiany metaboliczne w komórce są związane z fosforylacją Ser/Thr/Tyr, co wskazuje, że bakterie mogą reagować na swoje środowisko poprzez zmianę procesów komórkowych. Co więcej, modyfikacje potranslacyjne pomagają im szybko i sprawnie reagować. Możliwość odwrócenia wszelkich zmian zapewnia również znaczną kontrolę.

Archaea wykorzystują mechanizmy ekspresji genów, które są bardziej podobne do eukariontów. Chociaż archeony są prokariontami, mają pewne cechy wspólne z eukariotami, takie jak ekspresja genów i regulacja genów. Procesy transkrypcji i translacji w archeonach również wykazują pewne podobieństwa z bakteriami.

Na przykład zarówno archeony, jak i bakterie mają metioninę jako pierwszy aminokwas i AUG jako kodon startowy. Z drugiej strony, zarówno archeony, jak i eukarionty mają Pudełko TATA, która jest sekwencją DNA w obszarze promotora, która pokazuje, gdzie odkodować DNA.

Translacja u archeonów przypomina proces obserwowany u bakterii. Oba typy organizmów mają rybosomy składające się z dwóch jednostek: podjednostek 30S i 50S. Ponadto oba mają policistronowe mRNA i sekwencje Shine-Dalgarno.

Istnieje wiele podobieństw i różnic między bakteriami, archeonami i eukariontami. Jednak wszyscy polegają na Ekspresja genu i regulacja genów, aby przetrwać.