Генна експресия в прокариоти

Съдържание

• Генетична информация в прокариоти
• Етапи в генната експресия
• Транскрипция в бактериални клетки
• Транскрипция: Начална фаза
• Транскрипция: Фаза на удължаване
• Транскрипция: Фаза на прекратяване
• Превод в бактериални клетки
• Превод: посвещение
• Превод: Удължение
• Превод: Прекратяване
• Превод и антибиотици
• Обработка на протеини след превода
• Фосфорилиране на протеини
• Протеинова ацетилация и гликозилация
• Генна експресия в Архея

Прокариотите са малки едноклетъчни живи организми. Те са един от двата обичайни типа клетки: прокариотна и еукариотната.

Тъй като прокариотичните клетки нямат ядро ​​или органели, генната експресия се случва в откритата цитоплазма и всички етапи могат да се случат едновременно. Въпреки че прокариотите са по-прости от еукариотите, контролирането на генната експресия все още е решаващо за тяхното клетъчно поведение.

Генетична информация в прокариоти

Двата домена на прокариоти са бактериите и археите. И двамата нямат определено ядро, но все пак имат генетичен код и нуклеинови киселини. Въпреки че няма сложни хромозоми като тези, които бихте виждали в еукариотните клетки, прокариотите имат кръгли парчета дезоксирибонуклеинова киселина (ДНК), разположени в нуклеоида.

Около генетичния материал обаче няма мембрана. Като цяло прокариотите имат по-малко некодиращи последователности в своята ДНК в сравнение с еукариотите. Това може да се дължи на това, че прокариотните клетки са по-малки и имат по-малко пространство за молекула на ДНК.

Най- Нуклеоидът е просто регионът, в който ДНК живее в прокариотната клетка. Има неправилна форма и може да варира по размер. В допълнение, нуклеоидът е прикрепен към клетъчната мембрана.

Прокариотите също могат да имат кръгла ДНК, наречена плазмиди, Възможно е те да имат един или повече плазмиди в клетка. По време на клетъчното делене прокариотите могат да преминат чрез синтез на ДНК и отделяне на плазмиди.

В сравнение с хромозомите в еукариотите плазмидите са по-малки и имат по-малко ДНК. В допълнение, плазмидите могат да се репликират самостоятелно без друга клетъчна ДНК. Някои плазмиди носят кодовете за несъществени гени, като тези, които дават на бактериите антибиотичната им устойчивост.

В определени случаи плазмидите също са в състояние да се преместят от една клетка в друга клетка и споделят информация като антибиотична резистентност.

Етапи в генната експресия

Генната експресия е процесът, чрез който клетката превежда генетичния код в аминокиселини за производството на протеин. За разлика от еукариотите, двата основни етапа, които са транскрипция и превод, могат да се случат едновременно при прокариотите.

По време на транскрипцията клетката превежда ДНК в молекула на РНК (мРНК). По време на транслацията клетката прави аминокиселините от иРНК. Аминокиселините ще съставят протеините.

И транскрипцията, и преводът се случват в прокариотите цитоплазма, Като се случват и двата процеса едновременно, клетката може да направи голямо количество протеин от един и същ шаблон на ДНК. Ако клетката вече не се нуждае от протеина, тогава транскрипцията може да спре.

Транскрипция в бактериални клетки

Целта на транскрипцията е да се създаде допълнителна верига рибонуклеинова киселина (РНК) от ДНК шаблон. Процесът има три части: иницииране, удължаване на веригата и прекратяване.

За да настъпи фазата на започване, ДНК трябва първо да се развие и областта, където това се случва, е транскрипционен балон.

В бактериите ще намерите същата РНК полимераза, отговорна за цялата транскрипция. Този ензим има четири субединици. За разлика от еукариотите, прокариотите нямат транскрипционни фактори.

Транскрипция: Начална фаза

Транскрипцията започва, когато ДНК се развие и РНК полимеразата се свърже с промотор. Промоторът е специална ДНК последователност, която съществува в началото на конкретен ген.

При бактериите промоторът има две последователности: -10 и -35 елемента. Елементът -10 е мястото, където ДНК обикновено се размотава и се намира на 10 нуклеотида от мястото на посвещение. Елементът -35 е 35 нуклеотида от сайта.

РНК полимеразата разчита на една верига ДНК, за да бъде шаблон, тъй като изгражда нова верига от РНК, наречена РНК транскрипт. Получената РНК верига или първичен транскрипт е почти същата като не-шаблонната или кодираща ДНК верига. Единствената разлика е, че всички основи на тимин (Т) са основи на урацил (U) в РНК.

Транскрипция: Фаза на удължаване

По време на фазата на удължаване на веригата на транскрипция, РНК полимеразата се движи по веригата на ДНК шаблон и прави мРНК молекула. РНК веригата става по-дълга, тъй като се добавят повече нуклеотиди.

По същество РНК полимеразата върви по ДНК стойката в посока от 3 до 5, за да постигне това. Важно е да се отбележи, че бактериите могат да създават полицистронни мРНК този код за множество протеини.

••• Sciishing

Транскрипция: Фаза на прекратяване

По време на фазата на прекратяване на транскрипцията процесът спира. Има два типа фази на прекратяване в прокариотите: Rho-зависимо прекратяване и Rho-независимо прекратяване.

в Rho-зависимо прекратяване, специален протеинов фактор, наречен Rho, прекъсва транскрипцията и я прекратява. Rho протеиновият фактор се свързва към нишката на РНК на определено място на свързване. След това се придвижва по веригата, за да достигне РНК полимеразата в транскрипционния мехур.

На следващо място, Rho отделя новата RNA и ДНК шаблон, така че транскрипцията приключва. РНК полимеразата спира да се движи, защото достига кодираща последователност, която е точката на спиране на транскрипцията.

в Rho-независимо прекратяване, молекулата на РНК прави цикъл и се отделя. РНК полимеразата достига до ДНК последователност в шаблона, който е терминатор и има много цитозин (С) и гуанин (G) нуклеотиди. Новият кичур RNA започва да се сгъва във форма на коса. Свойствата му от С и G се свързват. Този процес спира полимеразата на РНК да се движи.

Превод в бактериални клетки

Преводът създава протеинова молекула или полипептид на базата на РНК шаблон, създаден по време на транскрипцията. При бактериите преводът може да се случи веднага, а понякога той започва по време на транскрипцията. Това е възможно, тъй като прокариотите нямат ядрени мембрани или органели, които да разделят процесите.

При еукариотите нещата са различни, защото транскрипцията се случва в ядрото, а преводът е в цитозолили вътреклетъчна течност на клетката. Еукариотът също използва зряла иРНК, която се обработва преди транслацията.

Друга причина, поради която преводът и транскрипцията могат да се случат едновременно при бактериите, е, че РНК не се нуждае от специална обработка, наблюдавана в еукариотите. Бактериалната РНК е готова за транслация веднага.

МРНК веригата има групи от нуклеотиди, наречени кодони, Всеки кодон има три нуклеотида и кодове за определена последователност на аминокиселини. Въпреки че има само 20 аминокиселини, клетките имат 61 кодона за аминокиселини и три стоп кодона. AUG е стартовият кодон и започва превод. Той също така кодира аминокиселината метионин.

Превод: посвещение

По време на транслацията нишката на иРНК действа като шаблон за получаване на аминокиселини, които се превръщат в протеини. Клетката декодира тРНК, за да постигне това.

Инициирането изисква трансферна РНК (tRNA), рибозома и тРНК. Всяка tRNA молекула има a антикодона за аминокиселина. Антикодонът е допълващ кодона. При бактериите процесът започва, когато малка рибозомна единица се прикрепи към иРНК при a Shine-Dalgarno последователност.

Последователността Shine-Dalgarno е специална зона на рибозомно свързване както в бактериите, така и в археите. Обикновено го виждате около осем нуклеотида от стартовия кодон AUG.

Тъй като бактериалните гени могат да имат транскрипция, се случват в групи, една иРНК може да кодира много гени. Последователността Shine-Dalgarno улеснява намирането на стартовия кодон.

Превод: Удължение

По време на удължаването веригата на аминокиселините става по-дълга. ТРНК добавят аминокиселини, за да направят полипептидната верига. ТРНК започва да работи в P сайт, представляваща средна част от рибозомата.

В непосредствена близост до P сайта е Сайт, ТРНК, която съответства на кодона, може да отиде на сайта А. Тогава между аминокиселините може да се образува пептидна връзка. Рибозомата се движи по протежение на тРНК, а аминокиселините образуват верига.

Превод: Прекратяване

Прекратяването става поради стоп кодон. Когато стоп кодонът влезе в А сайт, процесът на превод спира, тъй като стоп кодона няма допълнителна tRNA. Протеини наречени фактори на освобождаване които се вписват в P сайта могат да разпознаят стоп кодоните и да предотвратят образуването на пептидни връзки.

Това се случва, защото факторите на освобождаване могат да накарат ензимите да добавят водна молекула, което прави веригата отделена от тРНК.

Превод и антибиотици

Когато приемате някои антибиотици за лечение на инфекция, те могат да действат, нарушавайки процеса на транслация в бактериите. Целта на антибиотиците е да убият бактериите и да им попречат да се размножават.

Един от начините, по които те постигат това е да повлияят на рибозомите в бактериалните клетки. Лекарствата могат да пречат на тРНК транслацията или да блокират способността на клетката да прави пептидни връзки. Антибиотиците могат да се свързват с рибозомите.

Например, един вид антибиотик, наречен тетрациклин, може да навлезе в бактериалната клетка, като кръстосва плазмената мембрана и се натрупва вътре в цитоплазмата. Тогава антибиотикът може да се свърже с рибозома и да блокира транслацията.

Друг антибиотик, наречен ципрофлоксацин, влияе върху бактериалната клетка, като се насочва към ензим, отговорен за отвиването на ДНК, за да позволи репликация. И в двата случая човешките клетки са пощадени, което позволява на хората да използват антибиотици, без да убиват собствените си клетки.

Свързана тема: многоклетъчни организми

Обработка на протеини след превода

След като преводът приключи, някои клетки продължават да обработват протеините. Пост-транслационни модификации (PTMs) на протеини позволяват на бактериите да се адаптират към тяхната среда и контролират клетъчното поведение.

По принцип ПТМ са по-рядко срещани при прокариотите, отколкото еукариотите, но някои организми ги имат. Бактериите могат да променят протеините и да обърнат процесите. Това им дава повече гъвкавост и им позволява да използват модификация на протеини за регулиране.

Фосфорилиране на протеини

Фосфорилиране на протеини е често срещана модификация на бактериите. Този процес включва добавяне на фосфатна група към протеина, който има фосфорни и кислородни атоми. Фосфорилирането е от съществено значение за функцията на протеина.

Фосфорилирането обаче може да бъде временно, защото е обратимо. Някои бактерии могат да използват фосфорилирането като част от процеса за заразяване с други организми.

Нарича се фосфорилиране, което се осъществява в страничните вериги на сериновата, треонина и тирозиновата аминокиселина Ser / Thr / Tyr фосфорилиране.

Протеинова ацетилация и гликозилация

В допълнение към фосфорилираните протеини бактериите могат да имат ацетилатен и гликиран протеини. Те могат също да имат метилиране, карбоксилиране и други модификации. Тези модификации играят важна роля в клетъчната сигнализация, регулирането и други процеси в бактериите.

Например, Ser / Thr / Tyr фосфорилиране помага на бактериите да реагират на промените в средата си и увеличават шансовете за оцеляване.

Изследванията показват, че метаболитните промени в клетката са свързани със Ser / Thr / Tyr фосфорилиране, което показва, че бактериите могат да реагират на средата си, променяйки своите клетъчни процеси. Нещо повече, пост-транслационните модификации им помагат да реагират бързо и ефективно. Възможността за обратно изменение също осигурява значителен контрол.

Генна експресия в Архея

Archaea използват механизми за генна експресия, които са по-подобни на еукариотите. Въпреки че археите са прокариоти, те имат някои общи неща с еукариотите, като генна експресия и генна регулация. Процесите на транскрипция и транслация в археи също имат някои прилики с бактериите.

Например, както археите, така и бактериите имат метионин като първа аминокиселина и AUG като начален кодон. От друга страна, както археите, така и еукариотите имат a TATA кутия, която е ДНК последователност в промоторната област, която показва къде да декодираме ДНК.

Преводът в археи наподобява процеса, наблюдаван в бактериите. И двата вида организми имат рибозоми, които се състоят от две единици: 30S и 50S субединици. В допълнение, двамата имат поликистронни мРНК и последователности на Shine-Dalgarno.

Има много сходства и различия между бактериите, археите и еукариотите. Всички обаче разчитат на генна експресия и генна регулация, за да оцелеят.