Genuttryck i prokaryoter

Prokaryoter är små, encelliga levande organismer. De är en av två vanliga celltyper: prokaryot och eukaryot.

Eftersom prokaryota celler inte har någon kärna eller organeller, genuttryck händer ute i det fria cytoplasma och alla etapper kan hända samtidigt. Även om prokaryoter är enklare än eukaryoter är det fortfarande viktigt att kontrollera genuttryck för deras cellulära beteende.

De två domänerna av prokaryoter är Bakterie och Archaea. Båda saknar en definierad kärna, men de har fortfarande en genetisk kod och nukleinsyror. Även om det inte finns några komplexa kromosomer som de som du skulle se i eukaryota celler, har prokaryoter cirkulära bitar av deoxiribonukleinsyra (DNA) belägen i nukleoid.

Det finns dock inget membran runt det genetiska materialet. I allmänhet har prokaryoter färre icke-kodande sekvenser i sitt DNA jämfört med eukaryoter. Detta kan bero på att prokaryota celler är mindre och har mindre utrymme för en DNA-molekyl.

De nukleoid är helt enkelt den region där DNA lever i den prokaryota cellen. Den har en oregelbunden form och kan variera i storlek. Dessutom är nukleoid bunden till cellmembranet.

Prokaryoter kan också kallas cirkulärt DNA plasmider. Det är möjligt för dem att ha en eller flera plasmider i en cell. Under celldelning kan prokaryoter gå igenom DNA-syntes och separering av plasmider.

Jämfört med kromosomerna i eukaryoter tenderar plasmider att vara mindre och ha mindre DNA. Dessutom kan plasmider replikera på egen hand utan annat cellulärt DNA. Vissa plasmider bär koderna för icke-viktiga gener, såsom de som ger bakterier deras antibiotikaresistens.

I vissa fall kan plasmider också flytta från en cell till en annan cell och dela information som antibiotikaresistens.

Genuttryck är den process genom vilken cellen översätter den genetiska koden till aminosyror för proteinproduktion. Till skillnad från eukaryoter kan de två huvudstegen, som är transkription och översättning, inträffa samtidigt i prokaryoter.

Under transkription översätter cellen DNA till en budbärar-RNA (mRNA) molekyl. Under translationen gör cellen aminosyrorna från mRNA. Aminosyrorna utgör proteinerna.

Både transkription och översättning hända i prokaryoten cytoplasma. Genom att båda processerna händer samtidigt kan cellen göra en stor mängd protein från samma DNA-mall. Om cellen inte behöver proteinet längre kan transkriptionen stoppas.

Målet med transkription är att skapa ett komplement ribonukleinsyra (RNA) -sträng från en DNA-mall. Processen består av tre delar: initiering, kedjeförlängning och avslutning.

För att initieringsfasen ska inträffa måste DNA: n först koppla av och området där detta händer är transkriptionsbubbla.

I bakterier hittar du samma RNA-polymeras som ansvarar för all transkription. Detta enzym har fyra underenheter. Till skillnad från eukaryoter har inte prokaryoter transkriptionsfaktorer.

Transkription börjar när DNA avlindas och RNA-polymeras binder till a promotor. En promotor är en speciell DNA-sekvens som finns i början av en specifik gen.

I bakterier har promotorn två sekvenser: -10 och -35 element. -10-elementet är där DNA vanligtvis avlindas, och det ligger 10 nukleotider från initieringsstället. Elementet -35 är 35 nukleotider från platsen.

RNA-polymeras förlitar sig på att en DNA-sträng är mallen eftersom den bygger en ny RNA-sträng som kallas RNA-transkriptet. Den resulterande RNA-strängen eller det primära transkriptet är nästan samma som den icke-mall eller kodande DNA-strängen. Den enda skillnaden är att alla tymin (T) baser är uracil (U) baser i RNA.

Under kedjeförlängningsfasen av transkriptionen rör sig RNA-polymeras längs DNA-mallsträngen och bildar en mRNA-molekyl. RNA-strängen blir längre som mer nukleotider är tillagda.

I huvudsak går RNA-polymeras längs DNA-stället i riktningen 3 'till 5' för att åstadkomma detta. Det är viktigt att notera att bakterier kan skapa polycistroniska mRNA den koden för flera proteiner.

•••Sciencing

Under transkriptionens avslutningsfas stoppas processen. Det finns två typer av avslutningsfaser i prokaryoter: Rho-beroende avslutning och Rho-oberoende avslutning.

I Rho-beroende uppsägning, en speciell proteinfaktor som kallas Rho avbryter transkriptionen och avslutar den. Rho-proteinfaktorn fäster vid RNA-strängen vid ett specifikt bindningsställe. Därefter rör sig den längs strängen för att nå RNA-polymeras i transkriptionsbubblan.

Därefter drar Rho isär den nya RNA-strängen och DNA-mallen, så transkriptionen slutar. RNA-polymeras slutar röra sig eftersom det når en kodningssekvens som är transkriptionsstopppunkten.

I Rho-oberoende uppsägning, RNA-molekylen gör en slinga och lossnar. RNA-polymeras når en DNA-sekvens på mallsträngen som är terminatorn och har många cytosin (C) och guanin (G) nukleotider. Den nya RNA-strängen börjar vikas upp i en hårnålsform. Dess C- och G-nukleotider binder. Denna process hindrar RNA-polymeras från att röra sig.

Översättning skapar en proteinmolekyl eller polypeptid baserat på RNA-mallen skapad under transkription. I bakterier kan översättning hända direkt och ibland börjar det under transkription. Detta är möjligt eftersom prokaryoter inte har några kärnmembran eller organeller för att separera processerna.

I eukaryoter är saker olika eftersom transkription sker i kärnan, och översättning finns i cytosoleller intracellulär vätska i cellen. En eukaryot använder också mogen mRNA, som bearbetas före översättning.

En annan anledning till att översättning och transkription kan ske samtidigt i bakterier är att RNA inte behöver den speciella bearbetning som ses i eukaryoter. Bakterie-RNA är redo för översättning omedelbart.

MRNA-strängen har grupper av nukleotider som kallas kodoner. Varje kodon har tre nukleotider och koder för en specifik aminosyrasekvens. Även om det bara finns 20 aminosyror har celler 61 kodoner för aminosyror och tre stoppkodoner. AUG är startkodonet och börjar översättningen. Det kodar också för aminosyran metionin.

Under translation fungerar mRNA-strängen som en mall för framställning av aminosyror som blir proteiner. Cellen avkodar mRNA för att åstadkomma detta.

Initiering kräver överföra RNA (tRNA), en ribosom och mRNA. Varje tRNA-molekyl har en antikodon för en aminosyra. Antikodonet är komplementärt till kodonet. Hos bakterier börjar processen när en liten ribosomal enhet fäster vid mRNA vid a Shine-Dalgarno sekvens.

Shine-Dalgarno-sekvensen är ett speciellt ribosomalt bindningsområde i både bakterier och archaea. Du ser det vanligtvis ungefär åtta nukleotider från startkodonet AUG.

Eftersom bakteriegener kan ha transkription sker i grupper kan ett mRNA koda för många gener. Shine-Dalgarno-sekvensen gör det lättare att hitta startkodonet.

Under förlängningen blir kedjan av aminosyror längre. TRNA: erna tillför aminosyror för att göra polypeptidkedjan. En tRNA börjar arbeta i P-webbplats, som är en mittdel av ribosom.

Bredvid P-webbplatsen finns En sida. Ett tRNA som matchar kodonet kan gå till A-platsen. Sedan kan en peptidbindning bildas mellan aminosyrorna. Ribosomen rör sig längs mRNA och aminosyrorna bildar en kedja.

Uppsägning sker på grund av ett stoppkodon. När ett stoppkodon kommer in på A-platsen stoppas processen för översättning eftersom stoppkodonet inte har ett komplementärt tRNA. Proteiner kallas frisättningsfaktorer som passar in i P-stället kan känna igen stoppkodonerna och förhindra att peptidbindningar bildas.

Detta händer eftersom frisättningsfaktorerna kan göra enzymer tillsätt en vattenmolekyl, vilket gör att kedjan separeras från tRNA.

När du tar några antibiotika för att behandla en infektion kan de fungera genom att störa översättningen i bakterier. Målet med antibiotika är att döda bakterierna och hindra dem från att reproducera sig.

Ett sätt att uppnå detta är att påverka ribosomerna i bakterieceller. Läkemedlen kan störa mRNA-translation eller blockera cellens förmåga att göra peptidbindningar. Antibiotika kan bindas till ribosomerna.

Till exempel kan en typ av antibiotika som kallas tetracyklin komma in i bakteriecellen genom att korsa plasmamembranet och byggas upp i cytoplasman. Då kan antibiotikumet binda till en ribosom och blockera translation.

Ett annat antibiotikum som kallas ciprofloxacin påverkar bakteriecellen genom att rikta in sig på ett enzym som är ansvarigt för att avlinda DNA för att möjliggöra replikering. I båda fallen sparas mänskliga celler, vilket gör att människor kan använda antibiotika utan att döda sina egna celler.

Relaterat ämne:flercelliga organismer

Efter att översättning är över fortsätter vissa celler att bearbeta proteinerna. Modifieringar efter translation (PTM) av proteiner gör att bakterier kan anpassa sig till sin miljö och kontrollera cellulärt beteende.

I allmänhet är PTM mindre vanliga i prokaryoter än eukaryoter, men vissa organismer har dem. Bakterier kan modifiera proteiner och vända processerna också. Detta ger dem mer mångsidighet och gör det möjligt för dem att använda proteinmodifiering för reglering.

Proteinfosforylering är en vanlig modifiering hos bakterier. Denna process innebär att man tillsätter en fosfatgrupp till proteinet, som har fosfor- och syreatomer. Fosforylering är viktigt för proteinfunktionen.

Fosforylering kan dock vara tillfällig eftersom den är reversibel. Vissa bakterier kan använda fosforylering som en del av processen för att infektera andra organismer.

Fosforylering som sker på serin-, treonin- och tyrosin-aminosyrasidokedjorna kallas Ser / Thr / Tyr-fosforylering.

Förutom fosforylerade proteiner kan bakterier ha acetylerad och glykosylerad proteiner. De kan också ha metylering, karboxylering och andra modifieringar. Dessa modifieringar spelar en viktig roll vid cellsignalering, reglering och andra processer i bakterier.

Till exempel hjälper Ser / Thr / Tyr-fosforylering bakterier att reagera på förändringar i sin miljö och öka chanserna att överleva.

Forskning visar att metaboliska förändringar i cellen är associerade med Ser / Thr / Tyr-fosforylering, vilket indikerar att bakterier kan svara på sin miljö genom att ändra deras cellulära processer. Dessutom kan modifieringar efter translation hjälpa dem att reagera snabbt och effektivt. Förmågan att vända ändringar ger också betydande kontroll.

Archaea använder genuttrycksmekanismer som liknar eukaryoter. Även om arkaea är prokaryoter, har de vissa saker gemensamt med eukaryoter, såsom genuttryck och genreglering. Processerna för transkription och translation i archaea har också vissa likheter med bakterier.

Till exempel har både arkea och bakterier metionin som den första aminosyran och AUG som startkodon. Å andra sidan har både archaea och eukaryoter en TATA-låda, som är en DNA-sekvens i promotorområdet som visar var DNA ska avkodas.

Översättning i archaea liknar processen som ses i bakterier. Båda typerna av organismer har ribosomer som består av två enheter: underenheterna 30S och 50S. Dessutom har de båda polycistronic mRNA och och Shine-Dalgarno-sekvenser.

Det finns flera likheter och skillnader mellan bakterier, archaea och eukaryoter. Men de litar alla på genexpression och genreglering för att överleva.