Экспрессия генов у прокариот

Прокариоты - это небольшие одноклеточные живые организмы. Это один из двух распространенных типов клеток: прокариотический а также эукариотический.

С прокариотические клетки не имеют ядра или органелл, экспрессия генов происходит открыто цитоплазма и все этапы могут происходить одновременно. Хотя прокариоты проще, чем эукариоты, контроль экспрессии генов по-прежнему имеет решающее значение для их клеточного поведения.

Два домена прокариот: Бактерии а также Архей. У обоих нет определенного ядра, но у них все еще есть генетический код и нуклеиновые кислоты. Хотя нет сложных хромосом, подобных тем, которые вы видите в эукариотических клетках, прокариоты имеют кольцевые фрагменты дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК) расположен в нуклеоиде.

Однако вокруг генетического материала нет мембраны. В целом прокариоты имеют меньше некодирующих последовательностей в своей ДНК по сравнению с эукариотами. Это может быть связано с тем, что прокариотические клетки меньше и имеют меньше места для молекулы ДНК.

В нуклеоид это просто область, где живет ДНК в прокариотической клетке. Он имеет неправильную форму и может различаться по размеру. Кроме того, нуклеоид прикреплен к клеточной мембране.

Прокариоты также могут иметь кольцевую ДНК, называемую плазмиды. У них может быть одна или несколько плазмид в клетке. Во время деления клеток прокариоты могут проходить синтез ДНК и разделение плазмид.

По сравнению с хромосомами у эукариот плазмиды, как правило, меньше и содержат меньше ДНК. Кроме того, плазмиды могут реплицироваться сами по себе без другой клеточной ДНК. Некоторые плазмиды несут коды несущественных генов, например тех, которые придают бактериям устойчивость к антибиотикам.

В некоторых случаях плазмиды также могут перемещаться из одной клетки в другую и обмениваться информацией, например об устойчивости к антибиотикам.

Экспрессия генов - это процесс, посредством которого клетка переводит генетический код в аминокислоты для производства белка. В отличие от эукариот, у прокариот две основные стадии - транскрипция и трансляция - могут происходить одновременно.

Во время транскрипции клетка переводит ДНК в информационная РНК (мРНК) молекула. Во время трансляции клетка производит аминокислоты из мРНК. Аминокислоты будут составлять белки.

Оба транскрипция а также перевод происходит в прокариотах цитоплазма. Если оба процесса происходят одновременно, клетка может производить большое количество белка из одной и той же матрицы ДНК. Если клетке больше не нужен белок, транскрипция может остановиться.

Цель транскрипции - создать дополнительный рибонуклеиновая кислота (РНК) нить из матрицы ДНК. Процесс состоит из трех частей: инициация, удлинение цепи и завершение.

Чтобы фаза инициации произошла, ДНК должна сначала раскрутиться, и область, где это происходит, является пузырь транскрипции.

В бактериях вы найдете одну и ту же РНК-полимеразу, отвечающую за всю транскрипцию. Этот фермент состоит из четырех субъединиц. В отличие от эукариот, у прокариот нет факторов транскрипции.

Транскрипция начинается, когда ДНК раскручивается и РНК-полимераза связывается с промоутер. Промотор - это особая последовательность ДНК, которая существует в начале определенного гена.

У бактерий промотор имеет две последовательности: -10 а также -35 элементов. Элемент -10 - это место, где ДНК обычно раскручивается, и он расположен в 10 нуклеотидах от сайта инициации. Элемент -35 находится в 35 нуклеотидах от сайта.

РНК-полимераза полагается на одну цепь ДНК в качестве матрицы, поскольку она создает новую цепь РНК, называемую транскриптом РНК. Полученная цепь РНК или первичный транскрипт почти такие же, как нематричная или кодирующая цепь ДНК. Единственное отличие состоит в том, что все основания тимина (T) являются основаниями урацила (U) в РНК.

Во время фазы удлинения цепи транскрипции РНК-полимераза перемещается по матричной цепи ДНК и образует молекулу мРНК. Нить РНК становится длиннее, чем больше нуклеотиды добавлены.

По сути, РНК-полимераза проходит вдоль стойки ДНК в направлении от 3 'до 5', чтобы достичь этого. Важно отметить, что бактерии могут создавать полицистронные мРНК код для нескольких белков.

•••Наука

Во время фазы завершения транскрипции процесс останавливается. У прокариот существует два типа фаз терминации: Rho-зависимая терминация и Rho-независимая терминация.

В Rho-зависимое прекращение, специальный белковый фактор, называемый Rho, прерывает транскрипцию и прекращает ее. Фактор белка Rho прикрепляется к цепи РНК в специфическом сайте связывания. Затем он перемещается по цепи, чтобы достичь РНК-полимеразы в пузыре транскрипции.

Затем Ро отделяет новую цепь РНК и матрицу ДНК, так что транскрипция заканчивается. РНК-полимераза перестает двигаться, потому что достигает кодирующей последовательности, которая является точкой остановки транскрипции.

В Rho-независимое прекращение, молекула РНК образует петлю и отсоединяется. РНК-полимераза достигает последовательности ДНК на матричной цепи, которая является терминатором и имеет много нуклеотидов цитозина (C) и гуанина (G). Новая цепь РНК начинает сворачиваться в форму шпильки. Его нуклеотиды C и G связываются. Этот процесс останавливает движение РНК-полимеразы.

Перевод создает молекула белка или полипептид на основе матрицы РНК, созданной во время транскрипции. У бактерий перевод может происходить сразу, а иногда и во время транскрипции. Это возможно, потому что прокариоты не имеют ядерных мембран или каких-либо органелл, разделяющих отростки.

У эукариот все иначе, потому что транскрипция происходит в ядре, а трансляция - в ядре. цитозольили внутриклеточная жидкость клетки. Эукариот также использует зрелую мРНК, которая обрабатывается перед трансляцией.

Еще одна причина, по которой трансляция и транскрипция могут происходить одновременно у бактерий, заключается в том, что РНК не требуется особый процессинг, наблюдаемый у эукариот. Бактериальная РНК сразу готова к трансляции.

Нить мРНК имеет группы нуклеотидов, которые называются кодоны. Каждый кодон состоит из трех нуклеотидов и кодирует определенную аминокислотную последовательность. Хотя аминокислот всего 20, клетки имеют 61 кодон для аминокислот и три стоп-кодона. AUG - это стартовый кодон, с которого начинается трансляция. Он также кодирует аминокислоту метионин.

Во время трансляции нить мРНК действует как матрица для создания аминокислот, которые становятся белками. Для этого клетка декодирует мРНК.

Для инициации требуется Переносная РНК (тРНК), рибосома и мРНК. Каждая молекула тРНК имеет антикодон для аминокислоты. Антикодон дополняет кодон. У бактерий этот процесс начинается, когда небольшая рибосомная единица прикрепляется к мРНК в точке Последовательность Шайна-Далгарно.

Последовательность Шайна-Далгарно представляет собой особую рибосомную связывающую область как у бактерий, так и у архей. Обычно вы видите это около восьми нуклеотидов от стартового кодона AUG.

Поскольку транскрипция бактериальных генов может происходить группами, одна мРНК может кодировать множество генов. Последовательность Шайна-Далгарно упрощает поиск стартового кодона.

При удлинении цепочка аминокислот удлиняется. ТРНК добавляют аминокислоты, чтобы образовать полипептидную цепь. ТРНК начинает работать в P сайт, который является средней частью рибосома.

Рядом с сайтом P находится Сайт. ТРНК, которая соответствует кодону, может перейти на сайт A. Тогда между аминокислотами может образоваться пептидная связь. Рибосома движется по мРНК, а аминокислоты образуют цепочку.

Прерывание происходит из-за стоп-кодона. Когда стоп-кодон попадает в сайт A, процесс трансляции останавливается, потому что стоп-кодон не имеет комплементарной тРНК. Белки под названием факторы выпуска которые подходят к сайту P, могут распознавать стоп-кодоны и предотвращать образование пептидных связей.

Это происходит потому, что факторы выпуска могут сделать ферменты добавить молекулу воды, которая отделяет цепь от тРНК.

Когда вы принимаете некоторые антибиотики для лечения инфекции, они могут работать, нарушая процесс трансляции у бактерий. Цель антибиотиков - убить бактерии и остановить их размножение.

Один из способов добиться этого - воздействовать на рибосомы в бактериальных клетках. Лекарства могут препятствовать трансляции мРНК или блокировать способность клетки образовывать пептидные связи. Антибиотики могут связываться с рибосомами.

Например, один тип антибиотика, называемый тетрациклином, может проникать в бактериальную клетку, пересекая плазматическую мембрану и накапливаясь внутри цитоплазмы. Затем антибиотик может связываться с рибосомой и блокировать трансляцию.

Другой антибиотик, называемый ципрофлоксацином, воздействует на бактериальную клетку, воздействуя на фермент, ответственный за раскручивание ДНК, чтобы обеспечить репликацию. В обоих случаях человеческие клетки сохраняются, что позволяет людям использовать антибиотики, не убивая свои собственные клетки.

Связанная тема:многоклеточные организмы

После завершения трансляции некоторые клетки продолжают обрабатывать белки. Посттрансляционные модификации (ПТМ) белков позволяют бактериям адаптироваться к окружающей среде и контролировать клеточное поведение.

В целом, ПТМ менее распространены у прокариот, чем у эукариот, но у некоторых организмов они есть. Бактерии могут изменять белки и обращать вспять процессы. Это дает им большую гибкость и позволяет им использовать модификацию белка для регулирования.

Фосфорилирование белков это обычная модификация у бактерий. Этот процесс включает добавление к белку фосфатной группы, содержащей атомы фосфора и кислорода. Фосфорилирование необходимо для функционирования белков.

Однако фосфорилирование может быть временным, поскольку оно обратимо. Некоторые бактерии могут использовать фосфорилирование как часть процесса заражения других организмов.

Фосфорилирование, которое происходит на боковых цепях аминокислот серина, треонина и тирозина, называется Фосфорилирование Ser / Thr / Tyr.

Помимо фосфорилированных белков, бактерии могут иметь ацетилированный а также гликозилированный белки. Они также могут иметь метилирование, карбоксилирование и другие модификации. Эти модификации играют важную роль в передаче сигналов, регуляции и других процессах у бактерий.

Например, фосфорилирование Ser / Thr / Tyr помогает бактериям реагировать на изменения в окружающей среде и увеличивает шансы на выживание.

Исследования показывают, что метаболические изменения в клетке связаны с фосфорилированием Ser / Thr / Tyr, что указывает на то, что бактерии могут реагировать на окружающую среду, изменяя свои клеточные процессы. Более того, посттрансляционные модификации помогают им быстро и эффективно реагировать. Возможность отменить любые изменения также обеспечивает значительный контроль.

Археи используют механизмы экспрессии генов, которые больше похожи на эукариотические. Хотя археи являются прокариотами, у них есть некоторые общие черты с эукариотами, такие как экспрессия генов и регуляция генов. Процессы транскрипции и трансляции у архей также имеют некоторое сходство с бактериями.

Например, и у архей, и у бактерий метионин является первой аминокислотой, а AUG - стартовым кодоном. С другой стороны, и у архей, и у эукариот есть Коробка ТАТА, который представляет собой последовательность ДНК в области промотора, которая показывает, где декодировать ДНК.

Трансляция у архей напоминает процесс, наблюдаемый у бактерий. У обоих типов организмов есть рибосомы, которые состоят из двух единиц: 30S и 50S субъединиц. Кроме того, оба они имеют полицистронные мРНК и последовательности Шайна-Дальгарно.

У бактерий, архей и эукариот существует множество сходств и различий. Однако все они полагаются на экспрессия гена и генная регуляция, чтобы выжить.