Експресія генів у прокаріотів

Прокаріоти - це дрібні одноклітинні живі організми. Вони є одним із двох поширених типів клітин: прокаріотичний і еукаріотичний.

Оскільки клітини прокаріотів не мають ядра або органел, експресія генів відбувається на відкритому просторі цитоплазма і всі стадії можуть відбуватися одночасно. Хоча прокаріоти простіші за еукаріоти, контроль експресії генів все ще має вирішальне значення для їх клітинної поведінки.

Два домени прокаріотів є Бактерії і Археї. В обох немає ядра, але вони все ще мають генетичний код і нуклеїнові кислоти. Хоча немає складних хромосом, подібних до тих, які ви бачили б у клітинах еукаріотів, прокаріоти мають кругові шматочки дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), що знаходиться в нуклеоїді.

Однак навколо генетичного матеріалу немає мембрани. Загалом, у прокаріотів менше ДНК, що не кодує послідовності, порівняно з еукаріотів. Це може бути пов’язано з тим, що прокаріотичні клітини менші і мають менше місця для молекули ДНК.

нуклеоїд це просто область, де ДНК живе в клітині прокаріотів. Він має неправильну форму і може відрізнятися за розміром. Крім того, нуклеоїд прикріплений до клітинної мембрани.

Прокаріоти також можуть мати циркулярну ДНК плазміди. Вони можуть мати одну або кілька плазмід у клітині. Під час поділу клітин прокаріоти можуть проходити синтез ДНК та поділ плазмід.

У порівнянні з хромосомами еукаріотів плазміди, як правило, менші та мають менше ДНК. Крім того, плазміди можуть розмножуватися самостійно без іншої клітинної ДНК. Деякі плазміди мають коди несуттєвих генів, наприклад, ті, що надають бактеріям стійкість до антибіотиків.

У деяких випадках плазміди також можуть переходити з однієї клітини в іншу клітину і обмінюватися інформацією, такою як стійкість до антибіотиків.

Експресія генів - це процес, за допомогою якого клітина перетворює генетичний код в амінокислоти для виробництва білка. На відміну від еукаріот, дві основні стадії, це транскрипція та трансляція, можуть відбуватися одночасно у прокаріотів.

Під час транскрипції клітина перетворює ДНК у РНК-повідомлення (мРНК) молекула. Під час трансляції клітина виробляє амінокислоти з мРНК. Амінокислоти складатимуть білки.

І те, і інше транскрипція і переклад трапляються в прокаріотів цитоплазма. Завдяки тому, що обидва процеси відбуваються одночасно, клітина може виробляти велику кількість білка з одного і того ж матричного ДНК. Якщо клітина більше не потребує білка, тоді транскрипція може зупинитися.

Метою транскрипції є створення взаємодоповнюючого рибонуклеїнова кислота (РНК) ланцюг із матриці ДНК. Процес складається з трьох частин: ініціювання, подовження ланцюга та припинення.

Для того, щоб відбулася фаза ініціації, ДНК повинна спочатку розмотатися, і область, де це відбувається, є транскрипція міхур.

У бактерій ви знайдете ту саму РНК-полімеразу, відповідальну за всю транскрипцію. Цей фермент має чотири субодиниці. На відміну від еукаріотів, прокаріоти не мають факторів транскрипції.

Транскрипція починається, коли ДНК розкривається, а РНК-полімераза зв’язується з а промоутер. Промотор - це особлива послідовність ДНК, яка існує на початку певного гена.

У бактерій промотор має дві послідовності: -10 і -35 елементів. Елемент -10 - це місце, де ДНК зазвичай розмотується, і він знаходиться в 10 нуклеотидах від місця ініціації. Елемент -35 знаходиться на відстані 35 нуклеотидів.

РНК-полімераза покладається на один ланцюг ДНК, який є шаблоном, оскільки вона створює новий ланцюг РНК, який називається РНК-транскрипт. Отриманий ланцюг РНК або первинна транскрипція майже такий самий, як ланцюжок ДНК, що не є шаблоном або кодує. Єдина відмінність полягає в тому, що всі основи тиміну (Т) є основами урацилу (U) в РНК.

Під час фази подовження ланцюга транскрипції РНК-полімераза рухається вздовж ланцюга матриці ДНК і утворює молекулу мРНК. Нитка РНК стає довшою, як і більше нуклеотиди додаються.

По суті, РНК-полімераза просувається вздовж стенду ДНК у напрямку 3 'до 5' для цього. Важливо відзначити, що бактерії можуть створювати поліцистронні мРНК цей код для кількох білків.

•••Наукове

На фазі припинення транскрипції процес зупиняється. У прокаріотів є два типи фаз термінації: Rho-залежне термінування та Rho-незалежне термінація.

В Rho-залежне припинення, особливий білковий фактор, який називається Rho, перериває транскрипцію і припиняє її. Білковий фактор Rho приєднується до ланцюга РНК у певному місці зв'язування. Потім він рухається вздовж ланцюга, щоб досягти РНК-полімерази в міхурі транскрипції.

Далі Ро відриває новий ланцюг РНК та матрицю ДНК, тому транскрипція закінчується. РНК-полімераза припиняє рух, оскільки досягає послідовності кодування, яка є точкою зупинки транскрипції.

В Незалежне від Rho припинення, молекула РНК робить петлю і відривається. РНК-полімераза досягає послідовності ДНК на ланцюжку матриці, яка є термінатором і містить багато нуклеотидів цитозину (C) та гуаніну (G). Нова нитка РНК починає згортатися у формі шпильки. Його нуклеотиди C і G зв’язуються. Цей процес зупиняє рух РНК-полімерази.

Переклад створює a молекула білка або поліпептид на основі шаблону РНК, створеного під час транскрипції. У бактерій трансляція може відбутися відразу, а іноді вона починається під час транскрипції. Це можливо тому, що у прокаріотів немає ядерних мембран або органел, щоб розділяти процеси.

У еукаріотів все інакше, оскільки транскрипція відбувається в ядрі, а трансляція відбувається в цитозольабо внутрішньоклітинна рідина клітини. Еукаріот також використовує зрілу мРНК, яка обробляється перед трансляцією.

Інша причина, чому трансляція та транскрипція можуть відбуватися одночасно у бактерій, полягає в тому, що РНК не потребує спеціальної обробки, яка спостерігається у еукаріотів. РНК бактерій готова до трансляції негайно.

Ланцюг мРНК має так звані групи нуклеотидів кодони. Кожен кодон має три нуклеотиди та коди для певної амінокислотної послідовності. Хоча існує лише 20 амінокислот, клітини мають 61 кодон для амінокислот і три стоп-кодони. AUG - стартовий кодон і починається переклад. Він також кодує амінокислоту метіонін.

Під час трансляції ланцюг мРНК діє як шаблон для утворення амінокислот, які стають білками. Для цього клітина декодує мРНК.

Посвята вимагає передача РНК (тРНК), рибосома та мРНК. Кожна молекула тРНК має антикодон для амінокислоти. Антикодон доповнює кодон. У бактерій процес починається, коли невелика рибосомальна одиниця приєднується до мРНК в точці a Послідовність Шейна-Дальгарно.

Послідовність Шайн-Дальгарно - це особлива зона зв'язування рибосом як у бактерій, так і в археях. Зазвичай ви бачите це близько восьми нуклеотидів від початкового кодону AUG.

Оскільки бактеріальні гени можуть мати транскрипцію в групах, одна мРНК може кодувати багато генів. Послідовність Shine-Dalgarno полегшує пошук початкового кодону.

Під час подовження ланцюг амінокислот стає довшим. ТРНК додають амінокислоти для утворення поліпептидного ланцюга. ТРНК починає працювати в P-сайт, яка є середньою частиною рибосома.

Поруч із сайтом P знаходиться символ Сайт. ТРНК, яка відповідає кодону, може перейти на сайт A. Потім між амінокислотами може утворюватися пептидний зв’язок. Рибосома рухається вздовж мРНК, а амінокислоти утворюють ланцюг.

Припинення відбувається через стоп-кодон. Коли стоп-кодон потрапляє на сайт А, процес трансляції зупиняється, оскільки стоп-кодон не має комплементарної тРНК. Білки називаються фактори вивільнення які поміщаються в P-сайт, можуть розпізнавати стоп-кодони і запобігати утворенню пептидних зв’язків.

Це відбувається тому, що фактори вивільнення можуть зробити ферменти додати молекулу води, що робить ланцюг відокремленим від тРНК.

Коли ви приймаєте деякі антибіотики для лікування інфекції, вони можуть спрацювати, порушуючи процес перекладу бактерій. Мета антибіотиків - знищити бактерії та зупинити їх розмноження.

Одним із способів досягти цього є вплив на рибосоми в бактеріальних клітинах. Препарати можуть перешкоджати трансляції мРНК або блокувати здатність клітини утворювати пептидні зв’язки. Антибіотики можуть зв’язуватися з рибосомами.

Наприклад, один тип антибіотика, який називається тетрациклін, може потрапити в бактеріальну клітину, перетинаючи плазматичну мембрану і накопичуючись всередині цитоплазми. Потім антибіотик може зв’язуватися з рибосомою і блокувати трансляцію.

Інший антибіотик, який називається ципрофлоксацин, впливає на бактеріальну клітину, орієнтуючись на фермент, відповідальний за розмотування ДНК, щоб забезпечити реплікацію. В обох випадках клітини людини пощаджені, що дозволяє людям використовувати антибіотики, не вбиваючи власні клітини.

Пов’язана тема:багатоклітинні організми

Після закінчення трансляції деякі клітини продовжують обробляти білки. Посттрансляційні модифікації (PTM) білків дозволяють бактеріям адаптуватися до навколишнього середовища та контролювати поведінку клітин.

Загалом, PTMs рідше зустрічаються у прокаріотів, ніж еукаріоти, але деякі організми їх мають. Бактерії також можуть модифікувати білки та зворотний процес. Це надає їм більшої універсальності та дозволяє використовувати модифікацію білка для регуляції.

Фосфорилювання білка є загальною модифікацією бактерій. Цей процес передбачає додавання фосфатної групи до білка, який має атоми фосфору та кисню. Фосфорилювання має важливе значення для функціонування білка.

Однак фосфорилювання може бути тимчасовим, оскільки воно є оборотним. Деякі бактерії можуть використовувати фосфорилювання як частину процесу для зараження інших організмів.

Фосфорилювання, яке відбувається на бічних ланцюгах амінокислот серину, треоніну та тирозину, називається Фосфорилювання Ser / Thr / Tyr.

На додаток до фосфорильованих білків, бактерії можуть мати ацетильований і глікозильований білки. Вони також можуть мати метилювання, карбоксилювання та інші модифікації. Ці модифікації відіграють важливу роль у передачі сигналів, регуляції та інших процесах у бактеріях.

Наприклад, фосфорилювання Ser / Thr / Tyr допомагає бактеріям реагувати на зміни в навколишньому середовищі та збільшує шанси на виживання.

Дослідження показують, що метаболічні зміни в клітині пов’язані з фосфорилюванням Ser / Thr / Tyr, що вказує на те, що бактерії можуть реагувати на навколишнє середовище, змінюючи свої клітинні процеси. Більше того, посттрансляційні модифікації допомагають їм швидко та ефективно реагувати. Можливість змінити будь-які зміни також забезпечує значний контроль.

Археї використовують механізми експресії генів, які більше схожі на еукаріоти. Незважаючи на те, що археї - це прокаріоти, вони мають деякі спільні риси з еукаріоти, такі як експресія генів та регуляція генів. Процеси транскрипції та трансляції в археях також мають деяку схожість з бактеріями.

Наприклад, як у архей, так і у бактерій метіонін є першою амінокислотою, а AUG - початковим кодоном. З іншого боку, і археї, і еукаріоти мають Поле TATA, яка є послідовністю ДНК в області промотору, яка показує, де декодувати ДНК.

Переклад в археях нагадує процес, який спостерігається у бактерій. Обидва типи організмів мають рибосоми, які складаються з двох одиниць: субодиниць 30S та 50S. Крім того, вони обидва мають поліцистронні мРНК та послідовності Shine-Dalgarno.

Існує багато подібностей та відмінностей між бактеріями, археями та еукаріотами. Однак усі вони покладаються експресія гена і регулювання генів, щоб вижити.