Экспрессия генов у прокариот

Содержание

• Генетическая информация у прокариот
• Этапы в экспрессии генов
• Транскрипция в бактериальных клетках
• Транскрипция: Фаза инициации
• Транскрипция: Фаза удлинения
• Транскрипция: фаза завершения
• Перевод в бактериальных клетках
• Перевод: Посвящение
• Перевод: Удлинение
• Перевод: прекращение
• Перевод и антибиотики
• Обработка белка после трансляции
• Фосфорилирование белка
• Ацетилирование и гликозилирование белка
• Экспрессия генов у архей

Прокариоты - это маленькие одноклеточные живые организмы. Они являются одним из двух распространенных типов клеток: прокариот а также эукариот.

Поскольку прокариотические клетки не имеют ядра или органелл, экспрессия генов происходит в открытой цитоплазме, и все стадии могут происходить одновременно. Хотя прокариоты проще, чем эукариоты, контроль экспрессии генов все еще важен для их клеточного поведения.

Генетическая информация у прокариот

Двумя доменами прокариот являются бактерии и археи. У обоих нет определенного ядра, но у них все еще есть генетический код и нуклеиновые кислоты. Хотя в эукариотических клетках нет сложных хромосом, подобных тем, которые вы видели бы, у прокариот есть круглые кусочки дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), расположенные в нуклеоиде.

Однако вокруг генетического материала нет мембраны. Как правило, у прокариот меньше некодирующих последовательностей в их ДНК по сравнению с эукариотами. Это может быть связано с тем, что прокариотические клетки меньше и имеют меньше места для молекулы ДНК.

нуклеоиде это просто область, где ДНК живет в прокариотической клетке. Он имеет неправильную форму и может различаться по размеру. Кроме того, нуклеоид прикреплен к клеточной мембране.

Прокариоты также могут иметь кольцевую ДНК, называемую плазмиды, Для них возможно иметь одну или несколько плазмид в клетке. Во время клеточного деления прокариоты могут проходить синтез ДНК и разделение плазмид.

По сравнению с хромосомами у эукариот плазмиды, как правило, меньше и имеют меньше ДНК. Кроме того, плазмиды могут реплицироваться сами по себе без других клеточных ДНК. Некоторые плазмиды несут коды для несущественных генов, таких как те, которые дают бактериям их устойчивость к антибиотикам.

В некоторых случаях плазмиды также могут перемещаться из одной клетки в другую и обмениваться информацией, такой как устойчивость к антибиотикам.

Этапы в экспрессии генов

Экспрессия генов - это процесс, посредством которого клетка переводит генетический код в аминокислоты для производства белка. В отличие от эукариот, у прокариот две основные стадии, а именно транскрипция и трансляция, могут происходить одновременно.

Во время транскрипции клетка переводит ДНК в молекулу мессенджер РНК (мРНК). Во время трансляции клетка делает аминокислоты из мРНК. Аминокислоты будут составлять белки.

И транскрипция и перевод происходят в прокариотах цитоплазма, Поскольку оба процесса происходят одновременно, клетка может получать большое количество белка из одной и той же матрицы ДНК. Если клетка больше не нуждается в белке, тогда транскрипция может остановиться.

Транскрипция в бактериальных клетках

Целью транскрипции является создание комплементарной цепи рибонуклеиновой кислоты (РНК) из матрицы ДНК. Процесс состоит из трех частей: начало, удлинение цепи и прекращение.

Для того, чтобы фаза инициации произошла, ДНК должна сначала раскрутиться, и область, где это происходит, является пузырь транскрипции.

У бактерий вы найдете одну и ту же РНК-полимеразу, ответственную за всю транскрипцию. Этот фермент имеет четыре субъединицы. В отличие от эукариот, прокариоты не имеют транскрипционных факторов.

Транскрипция: Фаза инициации

Транскрипция начинается, когда ДНК раскручивается и РНК-полимераза связывается с промотором. Промотор - это особая последовательность ДНК, которая существует в начале определенного гена.

У бактерий промотор имеет две последовательности: -10 а также -35 элементов. Элемент -10 - это то место, где ДНК обычно раскручивается, и он расположен в 10 нуклеотидах от сайта инициации. Элемент -35 составляет 35 нуклеотидов от сайта.

РНК-полимераза полагается на одну цепь ДНК в качестве матрицы, поскольку она строит новую цепь РНК, называемую РНК-транскриптом. Результирующая цепь РНК или первичный транскрипт почти такие же, как цепь без матрицы или кодирующая цепь ДНК. Единственное отличие состоит в том, что все основания тимина (T) являются основаниями урацила (U) в РНК.

Транскрипция: Фаза удлинения

Во время фазы удлинения цепи транскрипции РНК-полимераза движется вдоль цепи ДНК-матрицы и образует молекулу мРНК. Нить РНК становится длиннее по мере добавления большего количества нуклеотидов.

По сути, РНК-полимераза идет вдоль стенда ДНК в направлении от 3 до 5 для достижения этой цели. Важно отметить, что бактерии могут создавать поликистронные мРНК этот код для нескольких белков.

••• Наука

Транскрипция: фаза завершения

На этапе завершения транскрипции процесс останавливается. В прокариотах есть два типа фаз терминации: Rho-зависимое завершение и Rho-независимое завершение.

В Rho-зависимое завершениеспециальный белок-фактор Rho прерывает транскрипцию и прерывает ее. Фактор белка Rho присоединяется к цепи РНК в определенном сайте связывания. Затем он движется вдоль цепи, чтобы достичь РНК-полимеразы в пузыре транскрипции.

Затем Rho разделяет новую цепь РНК и матрицу ДНК, поэтому транскрипция заканчивается. РНК-полимераза перестает двигаться, потому что достигает кодирующей последовательности, которая является точкой остановки транскрипции.

В Rho-независимое завершение, молекула РНК делает петлю и отрывается. РНК-полимераза достигает последовательности ДНК на цепи матрицы, которая является терминатором и содержит много нуклеотидов цитозина (C) и гуанина (G). Новая цепь РНК начинает складываться в форму шпильки. Его C и G нуклеотиды связываются. Этот процесс останавливает движение РНК-полимеразы.

Перевод в бактериальных клетках

Трансляция создает белковую молекулу или полипептид на основе матрицы РНК, созданной во время транскрипции. У бактерий трансляция может происходить сразу, а иногда начинается во время транскрипции. Это возможно, потому что у прокариот нет никаких ядерных мембран или каких-либо органелл для разделения процессов.

У эукариот все по-другому, потому что транскрипция происходит в ядре, а трансляция в цитозольили внутриклеточной жидкости клетки. Эукариот также использует зрелую мРНК, которая обрабатывается перед трансляцией.

Другая причина, по которой трансляция и транскрипция могут происходить одновременно у бактерий, заключается в том, что РНК не нуждается в специальной обработке, наблюдаемой у эукариот. Бактериальная РНК готова к трансляции немедленно.

Цепь мРНК имеет группы нуклеотидов, называемых кодоны, Каждый кодон имеет три нуклеотида и кодирует определенную аминокислотную последовательность. Хотя в аминокислотах всего 20 аминокислот, в клетках содержится 61 кодон для аминокислот и три стоп-кодона. AUG является стартовым кодоном и начинает перевод. Он также кодирует аминокислоту метионин.

Перевод: Посвящение

Во время трансляции нить мРНК выступает в качестве матрицы для превращения аминокислот в белки. Клетка декодирует мРНК для достижения этой цели.

Инициирование требует переноса РНК (тРНК), рибосомы и мРНК. Каждая молекула тРНК имеет антикодоновую для аминокислоты. Антикодон дополняет кодон. У бактерий процесс начинается, когда небольшая рибосомная единица присоединяется к мРНК на Последовательность блеска-далгарно.

Последовательность Шайна-Далгарно представляет собой особую область связывания рибосом как у бактерий, так и у архей. Обычно вы видите это около восьми нуклеотидов из стартового кодона AUG.

Поскольку у бактериальных генов транскрипция может происходить в группах, одна мРНК может кодировать многие гены. Последовательность Shine-Dalgarno облегчает поиск стартового кодона.

Перевод: Удлинение

Во время удлинения цепочка аминокислот становится длиннее. ТРНК добавляют аминокислоты для образования полипептидной цепи. ТРНК начинает работать в P сайт, которая является средней частью рибосомы.

Рядом с сайтом P находится Сайт, ТРНК, которая соответствует кодону, может перейти на сайт А. Затем между аминокислотами может образоваться пептидная связь. Рибосома движется вдоль мРНК, а аминокислоты образуют цепь.

Перевод: прекращение

Прекращение происходит из-за стоп-кодона. Когда стоп-кодон входит в сайт А, процесс трансляции останавливается, потому что стоп-кодон не имеет комплементарной тРНК. Белки называются факторы выпуска которые вписываются в P-сайт, могут распознавать стоп-кодоны и предотвращать образование пептидных связей.

Это происходит потому, что факторы высвобождения могут заставить ферменты добавлять молекулу воды, которая отделяет цепь от тРНК.

Перевод и антибиотики

Когда вы принимаете антибиотики для лечения инфекции, они могут работать, нарушая процесс трансляции бактерий. Цель антибиотиков - убить бактерии и остановить их размножение.

Один из способов добиться этого - воздействовать на рибосомы в бактериальных клетках. Препараты могут мешать трансляции мРНК или блокировать способность клетки образовывать пептидные связи. Антибиотики могут связываться с рибосомами.

Например, один тип антибиотика, называемый тетрациклин, может проникать в бактериальную клетку, пересекая плазматическую мембрану и накапливаясь внутри цитоплазмы. Затем антибиотик может связываться с рибосомой и блокировать трансляцию.

Другой антибиотик, называемый ципрофлоксацин, воздействует на бактериальную клетку, воздействуя на фермент, ответственный за разматывание ДНК, чтобы дать возможность репликации. В обоих случаях человеческие клетки защищены, что позволяет людям использовать антибиотики, не убивая свои собственные клетки.

Связанная тема: многоклеточные организмы

Обработка белка после трансляции

После завершения трансляции некоторые клетки продолжают обрабатывать белки. Посттрансляционные модификации (PTMs) белков позволяют бактериям адаптироваться к окружающей среде и контролировать поведение клеток.

В целом, PTMs менее распространены у прокариот, чем у эукариот, но некоторые организмы имеют их. Бактерии могут также модифицировать белки и полностью изменить процессы. Это дает им больше универсальности и позволяет им использовать модификацию белка для регуляции.

Фосфорилирование белка

Фосфорилирование белка это обычная модификация бактерий. Этот процесс включает добавление фосфатной группы к белку, который имеет атомы фосфора и кислорода. Фосфорилирование имеет важное значение для функции белка.

Однако фосфорилирование может быть временным, потому что оно обратимо. Некоторые бактерии могут использовать фосфорилирование как часть процесса заражения других организмов.

Фосфорилирование, которое происходит в боковых цепях аминокислот серина, треонина и тирозина, называется Ser / Thr / Tyr фосфорилирование.

Ацетилирование и гликозилирование белка

В дополнение к фосфорилированным белкам бактерии могут иметь ацетилированный а также гликозилированный белки. Они также могут иметь метилирование, карбоксилирование и другие модификации. Эти модификации играют важную роль в передаче сигналов, регуляции и других процессах в бактериях.

Например, фосфорилирование Ser / Thr / Tyr помогает бактериям реагировать на изменения в окружающей среде и увеличивает шансы на выживание.

Исследования показывают, что метаболические изменения в клетке связаны с фосфорилированием Ser / Thr / Tyr, что указывает на то, что бактерии могут реагировать на окружающую среду, изменяя свои клеточные процессы. Более того, посттрансляционные модификации помогают им быстро и эффективно реагировать. Возможность отмены любых изменений также обеспечивает значительный контроль.

Экспрессия генов у архей

Археи используют механизмы экспрессии генов, которые больше похожи на эукариот. Хотя археи являются прокариотами, они имеют некоторые общие черты с эукариотами, такие как экспрессия генов и регуляция генов. Процессы транскрипции и трансляции у архей также имеют некоторые сходства с бактериями.

Например, и археи, и бактерии имеют метионин в качестве первой аминокислоты и AUG в качестве стартового кодона. С другой стороны, и археи, и эукариоты имеют Коробка TATA, которая представляет собой последовательность ДНК в области промотора, которая показывает, где декодировать ДНК.

Перевод у архей напоминает процесс, наблюдаемый у бактерий. Оба типа организмов имеют рибосомы, которые состоят из двух единиц: субъединиц 30S и 50S. Кроме того, они оба имеют поликистронные мРНК и последовательности Шайна-Далгарно.

Существует множество сходств и различий между бактериями, археями и эукариотами. Тем не менее, все они полагаются на экспрессию генов и регуляцию генов, чтобы выжить.