Prokaryotlarda Gen İfadesi

Prokaryotlar küçük, tek hücreli canlı organizmalardır. İki yaygın hücre tipinden biridir: prokaryotik ve ökaryotik.

Dan beri Prokaryotik hücreler çekirdeği veya organelleri yoktur, gen ifadesi açıkta gerçekleşir sitoplazma ve tüm aşamalar aynı anda gerçekleşebilir. Prokaryotlar ökaryotlardan daha basit olmasına rağmen, gen ekspresyonunu kontrol etmek hücresel davranışları için hala çok önemlidir.

Prokaryotların iki alanı bakteri ve Arkea. Her ikisinin de tanımlanmış bir çekirdeği yoktur, ancak yine de bir genetik kodu ve nükleik asitleri vardır. Ökaryotik hücrelerde göreceğiniz gibi karmaşık kromozomlar olmamasına rağmen, prokaryotlar dairesel deoksiribonükleik asit parçalarına sahiptir (DNA) nükleoidde bulunur.

Ancak genetik materyalin çevresinde zar yoktur. Genel olarak, prokaryotların DNA'larında ökaryotlara kıyasla daha az kodlayıcı olmayan diziler bulunur. Bunun nedeni, prokaryotik hücrelerin daha küçük olması ve bir DNA molekülü için daha az alana sahip olması olabilir.

nükleoid basitçe DNA'nın prokaryotik hücrede yaşadığı bölgedir. Düzensiz bir şekle sahiptir ve boyut olarak değişebilir. Ek olarak, nükleoid hücre zarına bağlanır.

Prokaryotlar ayrıca dairesel DNA'ya sahip olabilir. plazmitler. Bir hücrede bir veya daha fazla plazmit bulundurmaları mümkündür. Hücre bölünmesi sırasında prokaryotlar, DNA sentezi ve plazmitlerin ayrılmasından geçebilir.

Ökaryotlardaki kromozomlarla karşılaştırıldığında, plazmitler daha küçük olma ve daha az DNA'ya sahip olma eğilimindedir. Ek olarak, plazmitler başka hücresel DNA olmadan kendi kendilerine çoğalabilirler. Bazı plazmitler, bakterilere antibiyotik direnci verenler gibi, gerekli olmayan genlerin kodlarını taşır.

Bazı durumlarda, plazmitler ayrıca bir hücreden diğerine geçebilir ve antibiyotik direnci gibi bilgileri paylaşabilir.

Gen ekspresyonu, hücrenin protein üretimi için genetik kodu amino asitlere çevirdiği süreçtir. Ökaryotlardan farklı olarak, prokaryotlarda transkripsiyon ve translasyon olan iki ana aşama aynı anda gerçekleşebilir.

Transkripsiyon sırasında hücre, DNA'yı bir haberci RNA (mRNA) molekül. Çeviri sırasında hücre, amino asitleri mRNA'dan yapar. Amino asitler proteinleri oluşturacaktır.

Her ikisi de transkripsiyon ve tercüme prokaryotta olur sitoplazma. Her iki işlemin de aynı anda gerçekleşmesiyle hücre, aynı DNA şablonundan büyük miktarda protein yapabilir. Hücrenin artık proteine ​​ihtiyacı yoksa, transkripsiyon durabilir.

Transkripsiyonun amacı tamamlayıcı bir metin oluşturmaktır. ribonükleik asit (RNA) bir DNA şablonundan iplik. Sürecin üç bölümü vardır: başlatma, zincir uzaması ve sonlandırma.

Başlangıç ​​aşamasının gerçekleşmesi için önce DNA'nın gevşemesi gerekir ve bunun gerçekleştiği alan, transkripsiyon balonu.

Bakterilerde, tüm transkripsiyondan sorumlu aynı RNA polimerazı bulacaksınız. Bu enzimin dört alt birimi vardır. Ökaryotlardan farklı olarak prokaryotlarda transkripsiyon faktörleri yoktur.

Transkripsiyon, DNA çözüldüğünde ve RNA polimeraz bir hücreye bağlandığında başlar. destekçi. Promotör, belirli bir genin başlangıcında bulunan özel bir DNA dizisidir.

Bakterilerde, promotörün iki dizisi vardır: -10 ve -35 element. -10 elementi, DNA'nın genellikle gevşediği yerdir ve başlama bölgesinden 10 nükleotitte bulunur. -35 elementi siteden 35 nükleotittir.

RNA polimeraz, RNA transkripti adı verilen yeni bir RNA zinciri oluştururken şablon olması için bir DNA zincirine güvenir. Ortaya çıkan RNA zinciri veya birincil transkript, şablon olmayan veya kodlayan DNA zinciriyle hemen hemen aynıdır. Tek fark, timin (T) bazlarının tamamının RNA'daki urasil (U) bazları olmasıdır.

Transkripsiyonun zincir uzama fazı sırasında RNA polimeraz, DNA şablon zinciri boyunca hareket eder ve bir mRNA molekülü oluşturur. RNA zinciri ne kadar uzarsa o kadar uzar. nükleotidler eklendi.

Esasen, RNA polimeraz bunu başarmak için DNA standı boyunca 3' ila 5' yönünde yürür. Bakterilerin oluşturabileceğine dikkat etmek önemlidir. polisistronik mRNA'lar bu birden fazla proteini kodlar.

•••bilim

Transkripsiyonun sonlandırma aşamasında süreç durur. Prokaryotlarda iki tür sonlandırma aşaması vardır: Rho'ya bağlı sonlandırma ve Rho'dan bağımsız sonlandırma.

İçinde Rho'ya bağlı sonlandırma, Rho adı verilen özel bir protein faktörü, transkripsiyonu keser ve onu sonlandırır. Rho protein faktörü, belirli bir bağlanma yerinde RNA zincirine bağlanır. Daha sonra, transkripsiyon balonundaki RNA polimeraza ulaşmak için iplik boyunca hareket eder.

Daha sonra Rho, yeni RNA zincirini ve DNA şablonunu ayırır, böylece transkripsiyon sona erer. RNA polimeraz, transkripsiyon durma noktası olan bir kodlama dizisine ulaştığı için hareket etmeyi durdurur.

İçinde Rho'dan bağımsız sonlandırmaRNA molekülü bir döngü yapar ve ayrılır. RNA polimeraz, sonlandırıcı olan ve birçok sitozin (C) ve guanin (G) nükleotidine sahip olan şablon iplik üzerinde bir DNA dizisine ulaşır. Yeni RNA ipliği, saç tokası şeklinde kıvrılmaya başlar. C ve G nükleotidleri bağlanır. Bu işlem, RNA polimerazın hareket etmesini durdurur.

Çeviri oluşturur protein molekülü veya transkripsiyon sırasında oluşturulan RNA şablonuna dayalı polipeptit. Bakterilerde translasyon hemen gerçekleşebilir ve bazen transkripsiyon sırasında başlar. Bu mümkündür, çünkü prokaryotlarda süreçleri ayırmak için herhangi bir nükleer zar veya herhangi bir organel yoktur.

Ökaryotlarda işler farklıdır çünkü transkripsiyon çekirdekte gerçekleşir ve translasyon çekirdektedir. sitozolveya hücrenin hücre içi sıvısı. Bir ökaryot ayrıca çeviriden önce işlenen olgun mRNA'yı kullanır.

Bakterilerde translasyon ve transkripsiyonun aynı anda gerçekleşmesinin bir başka nedeni de, RNA'nın ökaryotlarda görülen özel işlemeye ihtiyaç duymamasıdır. Bakteriyel RNA hemen çeviri için hazırdır.

mRNA zinciri adı verilen nükleotid gruplarına sahiptir. kodonlar. Her kodonun üç nükleotidi vardır ve belirli bir amino asit dizisi için kodlar. Sadece 20 amino asit olmasına rağmen, hücrelerin amino asitler için 61 kodonu ve üç durdurma kodonu vardır. AUG başlangıç ​​kodonudur ve çeviriyi başlatır. Aynı zamanda amino asit metionini de kodlar.

Translasyon sırasında, mRNA zinciri, protein haline gelen amino asitleri yapmak için bir şablon görevi görür. Hücre, bunu gerçekleştirmek için mRNA'nın kodunu çözer.

Başlatma gerektirir transfer RNA'sı (tRNA), bir ribozom ve mRNA. Her tRNA molekülünün bir antikodon bir amino asit için. Antikodon, kodonun tamamlayıcısıdır. Bakterilerde süreç, küçük bir ribozomal birim mRNA'ya belirli bir hızda bağlandığında başlar. Shine-Dalgarno dizisi.

Shine-Dalgarno dizisi, hem bakterilerde hem de arkelerde özel bir ribozomal bağlanma alanıdır. Genellikle AUG başlangıç ​​kodonundan itibaren yaklaşık sekiz nükleotid görürsünüz.

Bakteri genleri gruplar halinde transkripsiyona sahip olabileceğinden, bir mRNA birçok geni kodlayabilir. Shine-Dalgarno dizisi, başlangıç ​​kodonunu bulmayı kolaylaştırır.

Uzama sırasında amino asit zinciri uzar. tRNA'lar, polipeptit zincirini oluşturmak için amino asitler ekler. içinde bir tRNA çalışmaya başlar. P sitesi, orta kısmı olan ribozom.

P sitesinin yanında Bir site. Kodonla eşleşen bir tRNA, A bölgesine gidebilir. Daha sonra amino asitler arasında bir peptit bağı oluşabilir. Ribozom, mRNA boyunca hareket eder ve amino asitler bir zincir oluşturur.

Sonlandırma, bir durdurma kodonu nedeniyle gerçekleşir. Bir durdurma kodonu A bölgesine girdiğinde, durdurma kodonunun tamamlayıcı bir tRNA'sı olmadığı için çeviri süreci durur. adı verilen proteinler serbest bırakma faktörleri P bölgesine uyanlar, durdurma kodonlarını tanıyabilir ve peptit bağlarının oluşmasını önleyebilir.

Bunun nedeni, serbest bırakma faktörlerinin enzimler zinciri tRNA'dan ayıran bir su molekülü ekleyin.

Bir enfeksiyonu tedavi etmek için bazı antibiyotikler aldığınızda, bakterilerdeki çeviri sürecini bozarak işe yarayabilirler. Antibiyotiklerin amacı bakterileri öldürmek ve üremelerini durdurmaktır.

Bunu başarmalarının bir yolu, bakteri hücrelerindeki ribozomları etkilemektir. İlaçlar, mRNA translasyonunu engelleyebilir veya hücrenin peptit bağları yapma yeteneğini bloke edebilir. Antibiyotikler ribozomlara bağlanabilir.

Örneğin, tetrasiklin adı verilen bir tür antibiyotik, bakteri hücresine plazma zarını geçerek ve sitoplazmanın içinde birikerek girebilir. Daha sonra antibiyotik bir ribozoma bağlanabilir ve translasyonu bloke edebilir.

Siprofloksasin adı verilen başka bir antibiyotik, replikasyonu sağlamak için DNA'nın çözülmesinden sorumlu bir enzimi hedefleyerek bakteri hücresini etkiler. Her iki durumda da insan hücreleri korunur, bu da insanların kendi hücrelerini öldürmeden antibiyotik kullanmalarına izin verir.

İlgili konu:Çok hücreli organizmalar

Translasyon bittikten sonra bazı hücreler proteinleri işlemeye devam eder. Çeviri sonrası değişiklikler Proteinlerin (PTM'leri), bakterilerin çevrelerine uyum sağlamasına ve hücresel davranışları kontrol etmesine izin verir.

Genel olarak, PTM'ler prokaryotlarda ökaryotlardan daha az yaygındır, ancak bazı organizmalarda bunlara sahiptir. Bakteriler de proteinleri değiştirebilir ve süreçleri tersine çevirebilir. Bu onlara daha fazla çok yönlülük sağlar ve düzenleme için protein modifikasyonu kullanmalarına izin verir.

protein fosforilasyonu bakterilerde yaygın olarak görülen bir modifikasyondur. Bu işlem, fosfor ve oksijen atomlarına sahip proteine ​​bir fosfat grubu eklenmesini içerir. Fosforilasyon, protein fonksiyonu için gereklidir.

Ancak fosforilasyon geri dönüşümlü olduğu için geçici olabilir. Bazı bakteriler, diğer organizmaları enfekte etmek için sürecin bir parçası olarak fosforilasyonu kullanabilir.

Serin, treonin ve tirozin amino asit yan zincirlerinde meydana gelen fosforilasyona ne ad verilir? Ser/Thr/Tyr fosforilasyonu.

Fosforlu proteinlere ek olarak, bakterilerin asetillenmiş ve glikosile edilmiş proteinler. Ayrıca metilasyon, karboksilasyon ve diğer modifikasyonlara sahip olabilirler. Bu modifikasyonlar, hücre sinyalizasyonunda, düzenlenmesinde ve bakterilerdeki diğer işlemlerde önemli bir rol oynar.

Örneğin, Ser/Thr/Tyr fosforilasyonu, bakterilerin çevrelerindeki değişikliklere tepki vermesine ve hayatta kalma şansını artırmasına yardımcı olur.

Araştırmalar, hücredeki metabolik değişikliklerin Ser/Thr/Tyr fosforilasyonu ile ilişkili olduğunu gösteriyor; bu, bakterilerin hücresel süreçlerini değiştirerek çevrelerine yanıt verebildiğini gösteriyor. Ayrıca, çeviri sonrası değişiklikler, hızlı ve verimli tepki vermelerine yardımcı olur. Herhangi bir değişikliği tersine çevirme yeteneği de önemli bir kontrol sağlar.

Arkeler, ökaryotlara daha çok benzeyen gen ekspresyon mekanizmalarını kullanır. Arkeler prokaryot olmasına rağmen, ökaryotlarla gen ekspresyonu ve gen regülasyonu gibi bazı ortak noktaları vardır. Arkelerde transkripsiyon ve translasyon süreçleri de bakterilerle bazı benzerliklere sahiptir.

Örneğin, hem arkeler hem de bakteriler, ilk amino asit olarak metionine ve başlangıç ​​kodonu olarak AUG'ye sahiptir. Öte yandan, hem arkelerin hem de ökaryotların bir TATA kutusu, promotör alanındaki DNA'nın kodunun nerede çözüleceğini gösteren bir DNA dizisidir.

Archaea'daki çeviri, bakterilerde görülen sürece benzer. Her iki organizma türü de iki birimden oluşan ribozomlara sahiptir: 30S ve 50S alt birimleri. Ek olarak, her ikisi de polisistronik mRNA'lara ve Shine-Dalgarno dizilerine sahiptir.

Bakteriler, arkeler ve ökaryotlar arasında birçok benzerlik ve farklılık vardır. Ancak, hepsi güveniyor gen ifadesi ve hayatta kalmak için gen düzenlemesi.