Expresia genelor în procariote

Procariotele sunt organisme vii mici, unicelulare. Acestea sunt unul dintre cele două tipuri comune de celule: procariotă și eucariotă.

De cand celulele procariote nu au un nucleu sau organite, expresia genelor se întâmplă în aer liber citoplasma și toate etapele se pot întâmpla simultan. Deși procariotele sunt mai simple decât eucariotele, controlul expresiei genelor este încă crucial pentru comportamentul lor celular.

Cele două domenii ale procariotelor sunt Bacterii și Archaea. Ambelor le lipsește un nucleu definit, dar au în continuare un cod genetic și acizi nucleici. Deși nu există cromozomi complecși precum cei pe care i-ați vedea în celulele eucariote, procariotele au bucăți circulare de acid dezoxiribonucleic (ADN) situat în nucleoid.

Cu toate acestea, nu există nicio membrană în jurul materialului genetic. În general, procariotele au mai puține secvențe necodificate în ADN-ul lor comparativ cu eucariotele. Acest lucru se poate datora faptului că celulele procariote sunt mai mici și au mai puțin spațiu pentru o moleculă de ADN.

nucleoid este pur și simplu regiunea în care ADN-ul trăiește în celula procariotă. Are o formă neregulată și poate varia în mărime. În plus, nucleoidul este atașat la membrana celulară.

Procariotele pot avea și ADN circular numit plasmide. Este posibil ca ei să aibă una sau mai multe plasmide într-o celulă. În timpul diviziunii celulare, procariotele pot trece prin sinteza ADN-ului și separarea plasmidelor.

Comparativ cu cromozomii din eucariote, plasmidele tind să fie mai mici și să aibă ADN mai puțin. În plus, plasmidele se pot replica singure fără alt ADN celular. Unele plasmide poartă codurile pentru gene neesențiale, cum ar fi cele care conferă bacteriilor rezistența lor la antibiotice.

În anumite cazuri, plasmidele sunt, de asemenea, capabile să se deplaseze de la o celulă la alta și să împărtășească informații precum rezistența la antibiotice.

Expresia genelor este procesul prin care celula traduce codul genetic în aminoacizi pentru producerea proteinelor. Spre deosebire de eucariote, cele două etape principale, care sunt transcripția și traducerea, se pot întâmpla în același timp la procariote.

În timpul transcrierii, celula traduce ADN-ul într-un ARN mesager (ARNm) moleculă. În timpul traducerii, celula produce aminoacizii din ARNm. Aminoacizii vor forma proteinele.

Ambii transcriere și traducere se întâmplă în procariote citoplasma. Având ambele procese în același timp, celula poate produce o cantitate mare de proteine ​​din același șablon de ADN. Dacă celula nu mai are nevoie de proteină, atunci transcrierea se poate opri.

Scopul transcrierii este de a crea un complementar Acid ribonucleic (ARN) catenă dintr-un șablon de ADN. Procesul are trei părți: inițierea, alungirea lanțului și terminarea.

Pentru ca faza de inițiere să aibă loc, ADN-ul trebuie să se relaxeze mai întâi, iar zona în care se întâmplă acest lucru este balon de transcriere.

În bacterii, veți găsi aceeași ARN polimerază responsabilă pentru toate transcrierile. Această enzimă are patru subunități. Spre deosebire de eucariote, procariotele nu au factori de transcripție.

Transcrierea începe atunci când ADN-ul se detașează și ARN-polimeraza se leagă de a promotor. Un promotor este o secvență ADN specială care există la începutul unei gene specifice.

La bacterii, promotorul are două secvențe: -10 și -35 elemente. Elementul -10 este locul în care ADN-ul se desfășoară de obicei și este situat la 10 nucleotide de la locul de inițiere. Elementul -35 este la 35 de nucleotide de pe sit.

ARN polimeraza se bazează pe o catenă ADN pentru a fi șablonul, deoarece construiește o nouă catenă de ARN numită transcripție ARN. Catena de ARN rezultată sau transcrierea primară este aproape aceeași cu catena de ADN care nu este șablon sau codifică. Singura diferență este că toate bazele timină (T) sunt baze uracil (U) din ARN.

În timpul fazei de alungire a lanțului de transcripție, ARN polimeraza se mișcă de-a lungul firului șablon de ADN și face o moleculă de ARNm. Catena de ARN devine mai lungă, cu atât mai mult nucleotide sunt adăugate.

În esență, ARN polimeraza merge de-a lungul suportului ADN în direcția 3 'până la 5' pentru a realiza acest lucru. Este important să rețineți că bacteriile pot crea ARNm policistronici codul respectiv pentru mai multe proteine.

•••Știința

În timpul fazei de terminare a transcrierii, procesul se oprește. Există două tipuri de faze de terminare în procariote: terminarea dependentă de Rho și terminarea independentă de Rho.

În Terminarea dependentă de Rho, un factor proteic special numit Rho întrerupe transcripția și o termină. Factorul proteic Rho se atașează de catena de ARN la un situs de legare specific. Apoi, se deplasează de-a lungul firului pentru a ajunge la ARN polimeraza din bula de transcripție.

Apoi, Rho îndepărtează noua catenă de ARN și șablonul de ADN, astfel încât transcrierea se termină. ARN polimeraza nu se mai mișcă deoarece atinge o secvență de codificare care este punctul de oprire a transcripției.

În Terminare independentă de Rho, molecula de ARN face o buclă și se desprinde. ARN polimeraza atinge o secvență de ADN pe șablonul șablon care este terminatorul și are multe nucleotide de citozină (C) și guanină (G). Noul fir de ARN începe să se plieze în formă de ac de păr. Nucleotidele sale C și G se leagă. Acest proces oprește mișcarea ARN polimerazei.

Traducerea creează un moleculă proteică sau polipeptidă bazată pe șablonul de ARN creat în timpul transcrierii. La bacterii, traducerea se poate întâmpla imediat și uneori începe în timpul transcrierii. Acest lucru este posibil deoarece procariotele nu au membrane nucleare sau organite care să separe procesele.

În eucariote, lucrurile sunt diferite, deoarece transcrierea are loc în nucleu, iar traducerea este în citosol, sau fluid intracelular, al celulei. Un eucariot folosește și ARNm matur, care este procesat înainte de traducere.

Un alt motiv pentru care traducerea și transcrierea se pot întâmpla în același timp la bacterii este că ARN-ul nu are nevoie de procesarea specială văzută în eucariote. ARN-ul bacterian este gata pentru traducere imediat.

Catenă de ARNm are grupuri de nucleotide numite codoni. Fiecare codon are trei nucleotide și coduri pentru o secvență specifică de aminoacizi. Deși există doar 20 de aminoacizi, celulele au 61 de codoni pentru aminoacizi și trei codoni de oprire. AUG este codonul de pornire și începe traducerea. De asemenea, codifică aminoacidul metionină.

În timpul traducerii, catena de ARNm acționează ca un șablon pentru producerea aminoacizilor care devin proteine. Celula decodează ARNm pentru a realiza acest lucru.

Inițierea necesită transfer de ARN (ARNt), un ribozom și ARNm. Fiecare moleculă de ARNt are un anticodon pentru un aminoacid. Anticodonul este complementar codonului. La bacterii, procesul începe atunci când o mică unitate ribozomală se atașează la ARNm la o Secvența Shine-Dalgarno.

Secvența Shine-Dalgarno este o zonă specială de legare ribozomală atât la bacterii, cât și la arhee. De obicei îl vedeți la aproximativ opt nucleotide de la codonul de start AUG.

Deoarece genele bacteriene pot avea transcripție în grupuri, un ARNm poate codifica multe gene. Secvența Shine-Dalgarno face mai ușoară găsirea codonului de pornire.

În timpul alungirii, lanțul de aminoacizi devine mai lung. ARNt adaugă aminoacizi pentru a face lanțul polipeptidic. Un ARNt începe să lucreze în Site-ul P, care este o parte de mijloc a ribozom.

Lângă site-ul P se află Un site. Un ARNt care se potrivește cu codonul poate merge pe site-ul A. Apoi, se poate forma o legătură peptidică între aminoacizi. Ribozomul se mișcă de-a lungul ARNm, iar aminoacizii formează un lanț.

Încheierea se întâmplă din cauza unui codon stop. Când un codon stop intră în site-ul A, procesul de traducere se oprește deoarece codonul stop nu are un ARNt complementar. Proteine ​​numite factorii de eliberare care se încadrează în situsul P pot recunoaște codonii stop și pot împiedica formarea de legături peptidice.

Acest lucru se întâmplă deoarece factorii de eliberare pot face enzime adăugați o moleculă de apă, care face lanțul separat de ARNt.

Când luați niște antibiotice pentru a trata o infecție, acestea pot funcționa prin întreruperea procesului de traducere în bacterii. Scopul antibioticelor este de a ucide bacteriile și de a le opri din reproducere.

O modalitate prin care realizează acest lucru este de a afecta ribozomii din celulele bacteriene. Medicamentele pot interfera cu translația ARNm sau pot bloca capacitatea celulei de a face legături peptidice. Antibioticele se pot lega de ribozomi.

De exemplu, un tip de antibiotic numit tetraciclină poate pătrunde în celula bacteriană traversând membrana plasmatică și construindu-se în interiorul citoplasmei. Apoi, antibioticul se poate lega de un ribozom și poate bloca translația.

Un alt antibiotic numit ciprofloxacină afectează celula bacteriană vizând o enzimă responsabilă de derularea ADN-ului pentru a permite replicarea. În ambele cazuri, celulele umane sunt scutite, ceea ce le permite oamenilor să utilizeze antibiotice fără a-și ucide propriile celule.

Subiect asociat:organisme multicelulare

După terminarea traducerii, unele celule continuă să proceseze proteinele. Modificări post-traducătoare (PTM) ale proteinelor permit bacteriilor să se adapteze la mediul lor și să controleze comportamentul celular.

În general, PTM-urile sunt mai puțin frecvente la procariote decât la eucariote, dar unele organisme le au. Bacteriile pot modifica proteinele și pot inversa procesele. Acest lucru le oferă mai multă versatilitate și le permite să utilizeze modificarea proteinelor pentru reglare.

Fosforilarea proteinelor este o modificare frecventă la bacterii. Acest proces implică adăugarea unui grup fosfat la proteină, care are atomi de fosfor și oxigen. Fosforilarea este esențială pentru funcționarea proteinelor.

Cu toate acestea, fosforilarea poate fi temporară, deoarece este reversibilă. Unele bacterii pot folosi fosforilarea ca parte a procesului pentru a infecta alte organisme.

Fosforilarea care are loc pe lanțurile laterale ale aminoacizilor serină, treonină și tirozină se numește Fosforilarea Ser / Thr / Tyr.

Pe lângă proteinele fosforilate, bacteriile pot avea acetilat și glicozilat proteine. De asemenea, pot avea metilare, carboxilare și alte modificări. Aceste modificări joacă un rol important în semnalizarea celulară, reglarea și alte procese ale bacteriilor.

De exemplu, fosforilarea Ser / Thr / Tyr ajută bacteriile să răspundă la schimbările din mediul lor și să crească șansele de supraviețuire.

Cercetările arată că modificările metabolice ale celulei sunt asociate cu fosforilarea Ser / Thr / Tyr, ceea ce indică faptul că bacteriile pot răspunde la mediul lor prin schimbarea proceselor lor celulare. Mai mult, modificările post-traducere îi ajută să reacționeze rapid și eficient. Capacitatea de a inversa orice schimbare oferă, de asemenea, un control semnificativ.

Archaea utilizează mecanisme de exprimare a genelor care sunt mai asemănătoare cu eucariotele. Deși archaea sunt procariote, ele au unele lucruri în comun cu eucariotele, cum ar fi expresia genelor și reglarea genelor. Procesele de transcriere și traducere în archaea au, de asemenea, unele asemănări cu bacteriile.

De exemplu, atât arheele, cât și bacteriile au metionină ca prim aminoacid și AUG ca codon de pornire. Pe de altă parte, atât archaea, cât și eucariotele au un Cutie TATA, care este o secvență de ADN din zona promotorului care arată unde să decodeze ADN-ul.

Traducerea în arhaea seamănă cu procesul observat la bacterii. Ambele tipuri de organisme au ribozomi care constau din două unități: subunitățile 30S și 50S. În plus, ambii au ARNm policistronici și secvențe Shine-Dalgarno.

Există multiple asemănări și diferențe între bacterii, arhee și eucariote. Cu toate acestea, toți se bazează pe expresia genelor și reglarea genelor pentru a supraviețui.