Expressão gênica em procariontes

Os procariotos são pequenos organismos vivos unicelulares. Eles são um dos dois tipos de células comuns: procariota e eucariótico.

Desde a células procarióticas não têm núcleo ou organelas, a expressão gênica acontece a céu aberto citoplasma e todas as etapas podem acontecer simultaneamente. Embora os procariontes sejam mais simples do que os eucariotos, o controle da expressão gênica ainda é crucial para seu comportamento celular.

Os dois domínios dos procariontes são Bactérias e Archaea. Ambos não têm núcleo definido, mas ainda têm código genético e ácidos nucléicos. Embora não existam cromossomos complexos como aqueles que você veria em células eucarióticas, procariotos têm pedaços circulares de ácido desoxirribonucléico (DNA) localizado no nucleóide.

No entanto, não há membrana em torno do material genético. Em geral, os procariotos têm menos sequências não codificantes em seu DNA em comparação com os eucariotos. Isso pode ser devido ao fato de as células procarióticas serem menores e ter menos espaço para uma molécula de DNA.

O nucleóide é simplesmente a região onde o DNA vive na célula procariótica. Tem uma forma irregular e pode variar de tamanho. Além disso, o nucleóide está ligado à membrana celular.

Os procariotos também podem ter DNA circular chamado plasmídeos. É possível que eles tenham um ou mais plasmídeos em uma célula. Durante a divisão celular, procariotos podem passar pela síntese de DNA e separação de plasmídeos.

Em comparação com os cromossomos dos eucariotos, os plasmídeos tendem a ser menores e ter menos DNA. Além disso, os plasmídeos podem se replicar por conta própria, sem outro DNA celular. Alguns plasmídeos carregam os códigos para genes não essenciais, como aqueles que conferem às bactérias sua resistência aos antibióticos.

Em certos casos, os plasmídeos também são capazes de se mover de uma célula para outra e compartilhar informações como resistência a antibióticos.

A expressão gênica é o processo pelo qual a célula traduz o código genético em aminoácidos para a produção de proteínas. Ao contrário dos eucariotos, os dois estágios principais, que são a transcrição e a tradução, podem acontecer ao mesmo tempo nos procariontes.

Durante a transcrição, a célula traduz o DNA em um RNA mensageiro (mRNA) molécula. Durante a tradução, a célula produz os aminoácidos do mRNA. Os aminoácidos formarão as proteínas.

Ambos transcrição e tradução acontecer no procarionte citoplasma. Ao fazer com que os dois processos ocorram ao mesmo tempo, a célula pode produzir uma grande quantidade de proteína a partir do mesmo molde de DNA. Se a célula não precisar mais da proteína, a transcrição pode parar.

O objetivo da transcrição é criar um complemento ácido ribonucleico (RNA) de um molde de DNA. O processo tem três partes: iniciação, alongamento da cadeia e término.

Para que a fase de iniciação ocorra, o DNA tem que se desenrolar primeiro e a área onde isso acontece é o bolha de transcrição.

Nas bactérias, você encontrará a mesma RNA polimerase responsável por toda a transcrição. Esta enzima possui quatro subunidades. Ao contrário dos eucariotos, os procariontes não possuem fatores de transcrição.

A transcrição começa quando o DNA se desenrola e a RNA polimerase se liga a um promotor. Um promotor é uma sequência especial de DNA que existe no início de um gene específico.

Em bactérias, o promotor tem duas sequências: -10 e -35 elementos. O elemento -10 é onde o DNA geralmente se desenrola e está localizado a 10 nucleotídeos do local de iniciação. O elemento -35 está a 35 nucleotídeos do local.

A RNA polimerase depende de uma fita de DNA para ser o modelo, pois constrói uma nova fita de RNA chamada transcrito de RNA. A fita de RNA resultante ou transcrito primário é quase igual à fita de DNA não-molde ou codificante. A única diferença é que todas as bases de timina (T) são bases de uracila (U) no RNA.

Durante a fase de alongamento da cadeia da transcrição, a RNA polimerase se move ao longo da fita modelo de DNA e produz uma molécula de mRNA. A fita de RNA fica mais longa quanto mais nucleotídeos são adicionados.

Essencialmente, a RNA polimerase caminha ao longo do DNA na direção 3 'para 5' para realizar isso. É importante notar que as bactérias podem criar mRNAs policistrônicos que codificam várias proteínas.

•••Ciência

Durante a fase de término da transcrição, o processo para. Existem dois tipos de fases de terminação em procariotos: terminação dependente de Rho e terminação independente de Rho.

Dentro Rescisão dependente de Rho, um fator de proteína especial chamado Rho interrompe a transcrição e a termina. O fator de proteína Rho se liga à fita de RNA em um local de ligação específico. Em seguida, ele se move ao longo da fita para alcançar a RNA polimerase na bolha de transcrição.

Em seguida, Rho separa a nova fita de RNA e o modelo de DNA, para que a transcrição termine. A RNA polimerase para de se mover porque atinge uma sequência de codificação que é o ponto de parada da transcrição.

Dentro Terminação independente de Rho, a molécula de RNA faz um loop e se separa. A RNA polimerase atinge uma sequência de DNA na fita modelo que é o terminador e tem muitos nucleotídeos de citosina (C) e guanina (G). A nova fita de RNA começa a se dobrar em uma forma de grampo de cabelo. Seus nucleotídeos C e G se ligam. Este processo impede a RNA polimerase de se mover.

A tradução cria um molécula de proteína ou polipeptídeo baseado no modelo de RNA criado durante a transcrição. Nas bactérias, a tradução pode acontecer imediatamente e, às vezes, começa durante a transcrição. Isso é possível porque os procariontes não têm membranas nucleares ou organelas para separar os processos.

Nos eucariotos, as coisas são diferentes porque a transcrição ocorre no núcleo, e a tradução está no citosol, ou fluido intracelular da célula. Um eucarioto também usa mRNA maduro, que é processado antes da tradução.

Outra razão pela qual a tradução e a transcrição podem acontecer ao mesmo tempo em bactérias é que o RNA não precisa do processamento especial visto em eucariotos. O RNA bacteriano está pronto para tradução imediatamente.

A fita de mRNA tem grupos de nucleotídeos chamados códons. Cada códon tem três nucleotídeos e códigos para uma sequência de aminoácidos específica. Embora existam apenas 20 aminoácidos, as células têm 61 códons para aminoácidos e três códons de parada. AUG é o códon inicial e inicia a tradução. Ele também codifica o aminoácido metionina.

Durante a tradução, a fita de mRNA atua como um modelo para a produção de aminoácidos que se tornam proteínas. A célula decodifica o mRNA para fazer isso.

A iniciação requer RNA de transferência (tRNA), um ribossomo e mRNA. Cada molécula de tRNA tem um anticódon para um aminoácido. O anticódon é complementar ao códon. Nas bactérias, o processo começa quando uma pequena unidade ribossômica se liga ao mRNA em um Sequência Shine-Dalgarno.

A sequência Shine-Dalgarno é uma área especial de ligação ribossomal em bactérias e arquéias. Você geralmente o vê a cerca de oito nucleotídeos do códon inicial AUG.

Uma vez que os genes bacterianos podem ter a transcrição ocorrendo em grupos, um mRNA pode codificar para muitos genes. A sequência Shine-Dalgarno torna mais fácil encontrar o códon inicial.

Durante o alongamento, a cadeia de aminoácidos se torna mais longa. Os tRNAs adicionam aminoácidos para formar a cadeia polipeptídica. Um tRNA começa a trabalhar no Site P, que é uma parte do meio do ribossomo.

Ao lado do site P está o Um site. Um tRNA que corresponda ao códon pode ir para o local A. Então, uma ligação peptídica pode se formar entre os aminoácidos. O ribossomo se move ao longo do mRNA e os aminoácidos formam uma cadeia.

A rescisão ocorre por causa de um códon de parada. Quando um códon de parada entra no local A, o processo de tradução para porque o códon de parada não tem um tRNA complementar. Proteínas chamadas fatores de liberação que se encaixam no local P podem reconhecer os códons de parada e impedir a formação de ligações peptídicas.

Isso acontece porque os fatores de liberação podem fazer enzimas adicione uma molécula de água, que separa a cadeia do tRNA.

Quando você toma alguns antibióticos para tratar uma infecção, eles podem funcionar interrompendo o processo de tradução nas bactérias. O objetivo dos antibióticos é matar as bactérias e impedir que se reproduzam.

Uma maneira de fazer isso é afetar os ribossomos nas células bacterianas. Os medicamentos podem interferir com a tradução do mRNA ou bloquear a capacidade da célula de fazer ligações peptídicas. Os antibióticos podem se ligar aos ribossomos.

Por exemplo, um tipo de antibiótico chamado tetraciclina pode entrar na célula bacteriana cruzando a membrana plasmática e acumulando-se dentro do citoplasma. Então, o antibiótico pode se ligar a um ribossomo e bloquear a tradução.

Outro antibiótico, chamado ciprofloxacino, afeta a célula bacteriana ao direcionar uma enzima responsável por desenrolar o DNA para permitir a replicação. Em ambos os casos, as células humanas são poupadas, o que permite que as pessoas usem antibióticos sem matar suas próprias células.

Tópico relacionado:organismos multicelulares

Depois que a tradução termina, algumas células continuam processando as proteínas. Modificações pós-traducionais (PTMs) de proteínas permitem que as bactérias se adaptem ao seu ambiente e controlem o comportamento celular.

Em geral, os PTMs são menos comuns em procariotos do que em eucariotos, mas alguns organismos os possuem. As bactérias podem modificar proteínas e reverter os processos também. Isso lhes dá mais versatilidade e permite que usem a modificação de proteínas para a regulação.

Fosforilação de proteínas é uma modificação comum em bactérias. Esse processo envolve a adição de um grupo fosfato à proteína, que possui átomos de fósforo e oxigênio. A fosforilação é essencial para o funcionamento da proteína.

No entanto, a fosforilação pode ser temporária porque é reversível. Algumas bactérias podem usar a fosforilação como parte do processo para infectar outros organismos.

A fosforilação que ocorre nas cadeias laterais dos aminoácidos serina, treonina e tirosina é chamada Fosforilação Ser / Thr / Tyr.

Além de proteínas fosforiladas, as bactérias podem ter acetilado e glicosilado proteínas. Eles também podem ter metilação, carboxilação e outras modificações. Essas modificações desempenham um papel importante na sinalização celular, regulação e outros processos em bactérias.

Por exemplo, a fosforilação Ser / Thr / Tyr ajuda as bactérias a responder às mudanças em seu ambiente e aumentar as chances de sobrevivência.

A pesquisa mostra que as mudanças metabólicas na célula estão associadas à fosforilação Ser / Thr / Tyr, o que indica que as bactérias podem responder ao seu ambiente alterando seus processos celulares. Além disso, as modificações pós-traducionais os ajudam a reagir com rapidez e eficiência. A capacidade de reverter quaisquer alterações também fornece controle significativo.

Archaea usa mecanismos de expressão de genes que são mais semelhantes aos eucariotos. Embora as archaea sejam procariontes, elas têm algumas coisas em comum com os eucariotos, como expressão e regulação gênica. Os processos de transcrição e tradução em arquéias também apresentam algumas semelhanças com as bactérias.

Por exemplo, tanto as arquéias quanto as bactérias têm metionina como o primeiro aminoácido e AUG como códon inicial. Por outro lado, tanto archaea quanto eucariotos têm um TATA box, que é uma sequência de DNA na área do promotor que mostra onde decodificar o DNA.

A tradução em archaea se assemelha ao processo visto em bactérias. Ambos os tipos de organismos têm ribossomos que consistem em duas unidades: as subunidades 30S e 50S. Além disso, ambos têm mRNAs policistrônicos e sequências de Shine-Dalgarno.

Existem várias semelhanças e diferenças entre bactérias, arquéias e eucariotos. No entanto, todos eles dependem de expressão genetica e regulação do gene para sobreviver.