Експресија гена код прокариота

Прокариоти су мали једноћелијски живи организми. Они су један од два уобичајена типа ћелија: прокариотски и еукариотски.

Од прокариотске ћелије немају језгро или органеле, експресија гена се дешава на отвореном цитоплазме и све фазе могу да се догоде истовремено. Иако су прокариоти једноставнији од еукариота, контрола експресије гена је и даље пресудна за њихово ћелијско понашање.

Два домена прокариота су Бактерије и Арцхаеа. Обојици недостаје дефинисано језгро, али и даље имају генетски код и нуклеинске киселине. Иако не постоје сложени хромозоми попут оних које бисте видели у еукариотским ћелијама, прокарионти имају кружне комаде деоксирибонуклеинске киселине (ДНК) смештене у нуклеоиду.

Међутим, око генетског материјала нема мембране. Генерално, прокарионти имају мање некодирајућих секвенци у својој ДНК у поређењу са еукарионима. Ово је можда због прокарионтских ћелија које су мање и имају мање простора за молекул ДНК.

Тхе нуклеоидни је једноставно регион у којем ДНК живи у прокарионтској ћелији. Неправилног је облика и може се разликовати по величини. Поред тога, нуклеоид је причвршћен за ћелијску мембрану.

Прокариоти такође могу имати тзв. Кружну ДНК плазмиди. Могуће је да имају један или више плазмида у ћелији. Током деобе ћелија, прокарионти могу проћи синтезу ДНК и раздвајање плазмида.

У поређењу са хромозомима у еукариотима, плазмиди имају тенденцију да буду мањи и имају мање ДНК. Поред тога, плазмиди се могу реплицирати сами без друге ћелијске ДНК. Неки плазмиди носе кодове за небитне гене, попут оних који бактеријама дају отпорност на антибиотике.

У одређеним случајевима, плазмиди такође могу да се пребаце из једне ћелије у другу ћелију и размењују информације попут резистенције на антибиотике.

Експресија гена је процес кроз који ћелија преводи генетски код у аминокиселине за производњу протеина. За разлику од еукариота, две главне фазе, а то су транскрипција и транслација, могу се истовремено десити код прокариота.

Током транскрипције, ћелија преводи ДНК у а мессенгер РНА (мРНА) молекула. Током превођења, ћелија ствара аминокиселине од мРНК. Аминокиселине ће чинити протеине.

Обоје транскрипција и превод десити се у прокариотовим цитоплазме. Ако се оба процеса одвијају истовремено, ћелија може да створи велику количину протеина из истог ДНК шаблона. Ако ћелији протеин више није потребан, транскрипција може престати.

Циљ транскрипције је стварање комплементарне рибонуклеинска киселина (РНА) ланац из ДНК шаблона. Процес се састоји из три дела: иницирање, издуживање и прекидање ланца.

Да би се започела фаза иницијације, ДНК се прво мора одмотати, а подручје на којем се то дешава је балон транскрипције.

У бактеријама ћете наћи исту РНК полимеразу одговорну за сву транскрипцију. Овај ензим има четири подјединице. За разлику од еукариота, прокарионти немају факторе транскрипције.

Транскрипција започиње када се ДНК одмота и РНК полимераза веже за а промотер. Промотер је посебна секвенца ДНК која постоји на почетку одређеног гена.

Код бактерија, промотер има две секвенце: -10 и -35 елемената. Елемент -10 је место где се ДНК обично одмотава и налази се на 10 нуклеотида од места иницијације. Елемент -35 је удаљен 35 нуклеотида.

РНК полимераза се ослања на један ДНК ланац који ће бити образац док гради нови ланац РНК који се назива РНК транскрипт. Добијени РНА ланац или примарни транскрипт готово су исти као не шаблонски или кодирајући ДНА ланац. Једина разлика је у томе што су све базе тимина (Т) урацил (У) базе у РНК.

Током фазе издуживања ланца транскрипције, РНК полимераза се креће дуж ланца ДНК шаблона и ствара молекул мРНК. РНА ланац постаје све дужи и дужи нуклеотиди додају се.

У основи, РНА полимераза хода дуж ДНК постоља у правцу 3 'до 5' да би то постигла. Важно је напоменути да бактерије могу створити поликистронске мРНК тај код за више протеина.

•••Научити

Током фазе прекида транскрипције, процес се зауставља. Постоје две врсте терминационих фаза код прокариота: Рхо-зависни завршетак и Рхо-независни завршетак.

У Рхо-зависни завршетак, посебан протеин фактор зван Рхо прекида транскрипцију и завршава је. Рхо протеин фактор се везује за РНК ланац на одређеном месту везивања. Затим се креће дуж ланца да би доспео до РНК полимеразе у мехурићу транскрипције.

Даље, Рхо раздваја нови РНА ланац и ДНК образац, тако да се транскрипција завршава. РНК полимераза престаје да се креће јер достиже кодирајућу секвенцу која је тачка заустављања транскрипције.

У Рхо-независни раскид, молекул РНК прави петљу и одваја се. РНК полимераза достиже секвенцу ДНК на ланцу предлошка који је завршивач и има много нуклеотида цитозина (Ц) и гванина (Г). Нова РНА нит почиње да се савија у облику укоснице. Његови нуклеотиди Ц и Г се везују. Овај процес зауставља кретање РНК полимеразе.

Превођење ствара а молекул протеина или полипептид заснован на РНК предлошку створеном током транскрипције. Код бактерија се превођење може догодити одмах, а понекад започне и током транскрипције. То је могуће јер прокариоти немају никакве нуклеарне мембране нити било какве органеле да одвоје процесе.

У еукариота ствари стоје другачије, јер се транскрипција јавља у језгру, а транслација је у цитосол, или унутарћелијска течност ћелије. Еукариот такође користи зрелу мРНК, која се обрађује пре транслације.

Још један разлог зашто се транслација и транскрипција могу истовремено десити код бактерија је тај што РНК не треба посебну обраду виђену код еукариота. Бактеријска РНК је одмах спремна за превод.

Ланац мРНК има групе нуклеотида тзв кодони. Сваки кодон има три нуклеотида и кодове за одређену секвенцу аминокиселина. Иако постоји само 20 аминокиселина, ћелије имају 61 кодон за аминокиселине и три стоп кодона. АВГ је почетни кодон и започиње превод. Такође кодира аминокиселину метионин.

Током превођења, мРНА ланац делује као образац за стварање аминокиселина које постају протеини. Ћелија декодира мРНК да би то постигла.

Иницијација захтева пренос РНК (тРНК), рибозом и мРНК. Сваки молекул тРНК има антикодон за аминокиселину. Антикодон је комплементаран кодону. Код бактерија, процес започиње када се мала рибосомска јединица веже за мРНК на Секвенца Схине-Далгарно.

Секвенца Схине-Далгарно је посебно подручје везивања рибосома како у бактеријама тако и у архејама. Обично га видите око осам нуклеотида од почетног кодона АУГ.

Пошто се код бактеријских гена може десити да се транскрипција дешава у групама, једна мРНК може да кодира многе гене. Секвенца Схине-Далгарно олакшава проналажење почетног кодона.

Током издуживања ланац аминокиселина постаје дужи. ТРНК додају аминокиселине да би створиле полипептидни ланац. ТРНА почиње да ради у П сајт, који је средњи део рибозом.

Поред странице П налази се Сајт. ТРНА која се подудара са кодоном може да оде на А локацију. Тада се између аминокиселина може створити пептидна веза. Рибозом се креће дуж мРНК, а аминокиселине чине ланац.

Раскид се догађа због стоп кодона. Када стоп кодон уђе на А место, процес транслације се зауставља јер стоп кодон нема комплементарну тРНК. Протеини звани фактори ослобађања који се уклапају у П место могу да препознају стоп кодоне и спрече стварање пептидних веза.

То се дешава јер фактори ослобађања могу да направе ензими додајте молекул воде, што чини ланац одвојеним од тРНК.

Када узимате неке антибиотике за лечење инфекције, они могу деловати ометањем процеса превођења код бактерија. Циљ антибиотика је да убије бактерије и заустави њихово размножавање.

Један од начина на који то постижу је да утичу на рибосоме у бактеријским ћелијама. Лекови могу ометати транслацију мРНК или блокирати способност ћелије да ствара пептидне везе. Антибиотици се могу везати за рибосоме.

На пример, једна врста антибиотика названа тетрациклин може ући у бактеријску ћелију прелазећи плаземску мембрану и накупљајући се унутар цитоплазме. Тада се антибиотик може везати за рибосом и блокирати транслацију.

Још један антибиотик назван ципрофлоксацин утиче на бактеријску ћелију циљајући ензим одговоран за одмотавање ДНК како би омогућио репликацију. У оба случаја, људске ћелије су поштеђене, што омогућава људима да користе антибиотике без убијања сопствених ћелија.

Повезана тема:вишећелијски организми

По завршетку превођења, неке ћелије настављају обраду протеина. Пост-транслационе модификације (ПТМ) протеина омогућавају бактеријама да се прилагоде свом окружењу и контролишу ћелијско понашање.

Генерално, ПТМ су ређи код прокариота од еукариота, али неки организми их имају. Бактерије такође могу модификовати протеине и преокренути процесе. То им даје већу свестраност и омогућава им да користе модификацију протеина за регулацију.

Фосфорилација протеина је уобичајена модификација код бактерија. Овај процес укључује додавање фосфатне групе протеину, која има атоме фосфора и кисеоника. Фосфорилација је од суштинског значаја за функцију протеина.

Међутим, фосфорилација може бити привремена јер је реверзибилна. Неке бактерије могу користити фосфорилацију као део процеса да заразе друге организме.

Позвана је фосфорилација која се јавља на бочним ланцима аминокиселина серина, треонина и тирозина Сер / Тхр / Тир фосфорилација.

Поред фосфорилираних протеина, бактерије могу имати ацетилиран и гликозилиран протеини. Такође могу имати метилацију, карбоксилацију и друге модификације. Ове модификације играју важну улогу у ћелијској сигнализацији, регулацији и другим процесима у бактеријама.

На пример, фосфорилација Сер / Тхр / Тир помаже бактеријама да реагују на промене у свом окружењу и повећавају шансе за преживљавање.

Истраживања показују да су метаболичке промене у ћелији повезане са фосфорилацијом Сер / Тхр / Тир, што указује на то да бактерије могу да одговоре на своје окружење променом својих ћелијских процеса. Штавише, пост-преводилачке модификације помажу им да реагују брзо и ефикасно. Способност поништавања било којих промена такође пружа значајну контролу.

Археје користе механизме експресије гена који су сличнији еукариотима. Иако су археје прокариоти, оне имају неке заједничке ствари са еукарионима, попут експресије гена и регулације гена. Процеси транскрипције и транслације у архејама такође имају неке сличности са бактеријама.

На пример, и археје и бактерије имају метионин као прву аминокиселину, а АУГ као почетни кодон. С друге стране, и археје и еукариоти имају а Кутија ТАТА, што је ДНК секвенца у промотерском подручју која показује где се декодира ДНК.

Превођење у археји подсећа на процес виђен код бактерија. Обе врсте организама имају рибозоме који се састоје од две јединице: 30С и 50С подјединице. Поред тога, обоје имају поликистронске мРНК и и Схине-Далгарно секвенце.

Постоји више сличности и разлика између бактерија, археја и еукариота. Међутим, сви се ослањају Експресија гена и регулација гена да би преживели.