Genska ekspresija pri prokariotih

Prokarionti so majhni enocelični živi organizmi. So ena od dveh pogostih vrst celic: prokariontski in evkariontski.

Od prokariontske celice nimajo jedra ali organelov, se izražanje genov dogaja na prostem citoplazmi in vse stopnje se lahko zgodijo hkrati. Čeprav so prokarionti preprostejši od evkariontov, je nadzor nad izražanjem genov še vedno ključnega pomena za njihovo celično vedenje.

Dve domeni prokariontov sta Bakterije in Arheje. Oboje nima definiranega jedra, vendar imata še vedno genetsko kodo in nukleinske kisline. Čeprav v evkariontskih celicah ni kompleksnih kromosomov, kot bi jih videli v prokariontih, imajo prokarionti krožne koščke deoksiribonukleinske kisline (DNK), ki se nahajajo v nukleoidu.

Vendar pa okoli genskega materiala ni membrane. Na splošno imajo prokarionti v svoji DNA manj nekodirajočih zaporedij v primerjavi z evkarionti. To je lahko posledica prokariontskih celic, ki so manjše in imajo manj prostora za molekulo DNA.

The nukleoid

Prokarionti imajo lahko tudi krožno DNA plazmidi. V celici imajo lahko enega ali več plazmidov. Med delitvijo celic lahko prokarionti gredo skozi sintezo DNA in ločevanje plazmidov.

V primerjavi s kromosomi v evkariontih so plazmidi ponavadi manjši in imajo manj DNA. Poleg tega se lahko plazmidi replicirajo sami brez druge celične DNA. Nekateri plazmidi nosijo kode za nebistvene gene, na primer tiste, ki bakterijam dajejo odpornost na antibiotike.

V določenih primerih se plazmidi lahko premikajo iz ene celice v drugo in si izmenjujejo informacije, kot je odpornost na antibiotike.

Ekspresija genov je postopek, s katerim celica pretvori genetsko kodo v aminokisline za proizvodnjo beljakovin. V nasprotju z evkarionti se lahko dve glavni stopnji, to sta transkripcija in translacija, pri prokariontih zgodita hkrati.

Med transkripcijo celica prevede DNA v a messenger RNA (mRNA) molekula. Med prevajanjem celica tvori aminokisline iz mRNA. Aminokisline bodo sestavljale beljakovine.

Oboje prepis in prevod zgodijo v prokariotovih citoplazmi. Ker se oba procesa dogajata hkrati, lahko celica tvori veliko količino beljakovin iz iste predloge DNA. Če celica beljakovin ne potrebuje več, se lahko prepis ustavi.

Cilj transkripcije je ustvariti komplementarno ribonukleinska kislina (RNA) veriga iz predloge DNA. Proces ima tri dele: iniciacija, raztezanje in prekinitev verige.

Da bi prišlo do začetne faze, se mora DNA najprej odviti in območje, kjer se to zgodi, je transkripcijski mehurček.

Pri bakterijah boste našli isto RNA polimerazo, ki je odgovorna za vso transkripcijo. Ta encim ima štiri podenote. Za razliko od evkariontov prokarionti nimajo transkripcijskih faktorjev.

Transkripcija se začne, ko se DNA odvije in RNK polimeraza veže na a promotor. Promotor je posebno zaporedje DNA, ki obstaja na začetku določenega gena.

Pri bakterijah ima promotor dve sekvenci: -10 in -35 elementov. Element -10 je tam, kjer se DNA običajno odvije in se nahaja 10 nukleotidov od mesta iniciacije. Element -35 je oddaljen 35 nukleotidov.

RNA polimeraza se opira na eno verigo DNA, ki je predloga, saj gradi novo verigo RNA, imenovano RNA transkript. Nastali RNA-veriga ali primarni prepis je skoraj enak kot ne-predloga ali kodirajoča veriga DNA. Edina razlika je v tem, da so vse baze timina (T) uracilove (U) baze v RNA.

Med fazo raztezanja verige transkripcije se RNA polimeraza premika vzdolž verige matrice DNA in tvori molekulo mRNA. Pramen RNA postaja daljši kot več nukleotidi se dodajo.

V bistvu RNA-polimeraza hodi vzdolž stojala DNA v smeri 3 'do 5', da to doseže. Pomembno je omeniti, da lahko bakterije ustvarjajo polikistronske mRNA koda za več proteinov.

•••Učenje

Med zaključno fazo transkripcije se postopek ustavi. Obstajata dve vrsti terminacijskih faz pri prokariontih: Rho-odvisna terminacija in Rho-neodvisna terminacija.

V Odpoved, odvisna od Rho, poseben beljakovinski faktor, imenovan Rho, prekine transkripcijo in jo prekine. Rho protein faktor se veže na verigo RNA na določenem vezavnem mestu. Nato se premika vzdolž verige, da doseže RNA polimerazo v transkripcijskem mehurčku.

Nato Rho loči novo verigo RNA in predlogo DNA, zato se transkripcija konča. RNK polimeraza se neha premikati, ker doseže kodno zaporedje, ki je zaustavitvena točka transkripcije.

V Rho-neodvisna odpoved, molekula RNA naredi zanko in se odlepi. RNK polimeraza doseže zaporedje DNA na verigi predloge, ki je zaključevalec in vsebuje veliko nukleotidov citozina (C) in gvanina (G). Nova veriga RNA se začne zlagati v obliko lasnice. Njegova nukleotida C in G se vežeta. Ta postopek ustavi premikanje RNA polimeraze.

Prevod ustvari a beljakovinska molekula ali polipeptid na podlagi predloge RNA, ustvarjene med transkripcijo. Pri bakterijah se lahko prevajanje zgodi takoj, včasih pa se začne že med prepisovanjem. To je mogoče, ker prokarionti nimajo jedrskih membran ali organelov, ki bi ločevale procese.

Pri evkariontih so stvari drugačne, ker se transkripcija zgodi v jedru, prevajanje pa v citosolali znotrajcelična tekočina celice. Eukariot uporablja tudi zrelo mRNA, ki se obdela pred prevajanjem.

Drug razlog, zakaj se lahko pri bakterijah istočasno zgodi prevajanje in transkripcija, je, da RNA ne potrebuje posebne obdelave, ki jo vidimo pri evkariontih. Bakterijska RNA je takoj pripravljena za prevajanje.

Veriga mRNA ima tako imenovane skupine nukleotidov kodoni. Vsak kodon ima tri nukleotide in kode za določeno aminokislinsko zaporedje. Čeprav je aminokislin le 20, imajo celice 61 kodonov za aminokisline in tri stop kodone. AVG je začetni kodon in začne prevod. Označuje tudi aminokislino metionin.

Med prevajanjem veriga mRNA deluje kot predloga za tvorjenje aminokislin, ki postanejo beljakovine. Celica dekodira mRNA, da to doseže.

Iniciacija zahteva prenos RNA (tRNA), ribosom in mRNA. Vsaka molekula tRNA ima antikodon za aminokislino. Antikodon dopolnjuje kodon. Pri bakterijah se postopek začne, ko se majhna ribosomska enota pritrdi na mRNA na Zaporedje Shine-Dalgarno.

Zaporedje Shine-Dalgarno je posebno ribosomsko vezavno območje tako pri bakterijah kot pri arhejah. Običajno ga vidite približno osem nukleotidov od začetnega kodona AUG.

Ker se lahko pri bakterijskih genih transkripcija zgodi v skupinah, lahko ena mRNA kodira številne gene. Zaporedje Shine-Dalgarno olajša iskanje začetnega kodona.

Med raztezkom se veriga aminokislin podaljša. TRNA dodajo aminokisline, da tvorijo polipeptidno verigo. TRNA začne delovati v P stran, ki je srednji del ribosom.

Zraven strani P je Spletno mesto. TRNA, ki se ujema s kodonom, lahko odide na spletno stran A. Nato lahko med aminokislinami nastane peptidna vez. Ribozom se giblje vzdolž mRNA, aminokisline pa tvorijo verigo.

Prekinitev se zgodi zaradi zaustavitvenega kodona. Ko stop kodon vstopi na mesto A, se postopek prevajanja ustavi, ker stop kodon nima komplementarne tRNA. Proteini imenovani faktorji sproščanja ki se prilegajo mestu P, lahko prepoznajo stop kodone in preprečijo nastanek peptidnih vezi.

To se zgodi, ker lahko vplivajo dejavniki sproščanja encimi dodamo molekulo vode, zaradi česar je veriga ločena od tRNA.

Ko vzamete nekaj antibiotikov za zdravljenje okužbe, lahko delujejo tako, da motijo ​​proces prevajanja pri bakterijah. Cilj antibiotikov je ubiti bakterije in preprečiti njihovo razmnoževanje.

Eden od načinov, kako to dosežejo, je vplivanje na ribosome v bakterijskih celicah. Zdravila lahko motijo ​​prevajanje mRNA ali blokirajo sposobnost celice, da tvori peptidne vezi. Antibiotiki se lahko vežejo na ribosome.

Na primer, ena vrsta antibiotika, imenovana tetraciklin, lahko vstopi v bakterijsko celico s prečkanjem plazemske membrane in kopičenjem znotraj citoplazme. Nato se lahko antibiotik veže na ribosom in blokira prevajanje.

Drugi antibiotik, imenovan ciprofloksacin, vpliva na bakterijsko celico tako, da usmerja encim, odgovoren za odvijanje DNA, da omogoči replikacijo. V obeh primerih so človeške celice prihranjene, kar ljudem omogoča uporabo antibiotikov, ne da bi pri tem ubili lastne celice.

Sorodna tema:večcelični organizmi

Po končanem prevajanju nekatere celice nadaljujejo s predelavo beljakovin. Post-prevajalske spremembe (PTM) beljakovin omogočajo bakterijam, da se prilagodijo svojemu okolju in nadzorujejo celično vedenje.

Na splošno so PTM manj pogosti pri prokariontih kot evkarionti, vendar jih imajo nekateri organizmi. Tudi bakterije lahko spremenijo beljakovine in spremenijo procese. To jim daje večjo vsestranskost in jim omogoča uporabo modifikacije beljakovin za regulacijo.

Fosforilacija beljakovin je pogosta sprememba pri bakterijah. Ta postopek vključuje dodajanje fosfatne skupine beljakovinam, ki imajo atome fosforja in kisika. Fosforilacija je bistvenega pomena za delovanje beljakovin.

Vendar je fosforilacija lahko začasna, ker je reverzibilna. Nekatere bakterije lahko uporabljajo fosforilacijo kot del procesa za okužbo drugih organizmov.

Imenuje se fosforilacija, ki se pojavi na stranski verigi serin, treonin in tirozin aminokislin Ser / Thr / Tyr fosforilacija.

Poleg fosforiliranih beljakovin lahko imajo tudi bakterije acetiliran in glikoziliran beljakovin. Lahko imajo tudi metilacijo, karboksilacijo in druge modifikacije. Te spremembe igrajo pomembno vlogo pri celični signalizaciji, regulaciji in drugih procesih v bakterijah.

Na primer, fosforilacija Ser / Thr / Tyr pomaga bakterijam, da se odzovejo na spremembe v svojem okolju in povečajo možnosti preživetja.

Raziskave kažejo, da so presnovne spremembe v celici povezane s fosforilacijo Ser / Thr / Tyr, kar kaže, da se bakterije lahko odzovejo na svoje okolje s spreminjanjem celičnih procesov. Poleg tega jim post-prevajalske spremembe pomagajo hitro in učinkovito reagirati. Sposobnost razveljavitve vseh sprememb prav tako zagotavlja pomemben nadzor.

Arheje uporabljajo ekspresijske mehanizme genov, ki so bolj podobni evkariontom. Čeprav so arheje prokarionti, imajo z evkarionti nekaj skupnega, na primer izražanje genov in uravnavanje genov. Procesi transkripcije in prevajanja v arhejah imajo tudi nekaj podobnosti z bakterijami.

Tako imajo arheje in bakterije na primer metionin kot prvo aminokislino in AUG kot začetni kodon. Po drugi strani pa imajo tako arheje kot evkarionti Polje TATA, ki je zaporedje DNA na promotorskem območju, ki prikazuje, kje dekodirati DNA.

Prevajanje v arheji spominja na postopek, ki ga vidimo pri bakterijah. Obe vrsti organizmov imata ribosome, ki sta sestavljeni iz dveh enot: podenote 30S in 50S. Poleg tega imata oba polikistronske mRNA in in zaporedja Shine-Dalgarno.

Med bakterijami, arhejami in evkarionti je več podobnosti in razlik. Vendar se vsi zanašajo izražanje genov in gensko regulacijo za preživetje.