Genekspression i Prokaryotes

Prokaryoter er små, encellede levende organismer. De er en af to almindelige celletyper: prokaryotisk og eukaryotisk.

Da prokaryotiske celler ikke har en kerne eller organeller, sker genekspression ud i den åbne cytoplasma, og alle stadier kan ske samtidig. Selvom prokaryoter er enklere end eukaryoter, er det stadig vigtigt at kontrollere genekspression for deres cellulære adfærd.
Genetisk information i prokaryoter.

Prokaryotens to domæner er bakterier og archaea. Begge mangler en defineret kerne, men de har stadig en genetisk kode og nukleinsyrer. Selvom der ikke er nogen komplekse kromosomer som dem, du vil se i eukaryote celler, har prokaryoter cirkulære stykker af deoxyribonukleinsyre (DNA) placeret i nukleoiden.

Der er dog ingen membran omkring det genetiske materiale. Generelt har prokaryoter færre ikke-kodende sekvenser i deres DNA sammenlignet med eukaryoter. Dette kan skyldes, at prokaryotiske celler er mindre og har mindre plads til et DNA-molekyle.

nukleoiden er simpelthen det område, hvor DNA'et bor i den prokaryote celle. Det har en uregelmæssig form og kan variere i størrelse. Derudover er nucleoiden bundet til cellemembranen.

Prokaryoter kan også have cirkulært DNA kaldet plasmider
. Det er muligt for dem at have et eller flere plasmider i en celle. Under celledeling kan prokaryoter gennemgå DNA-syntese og adskillelse af plasmider.

Sammenlignet med kromosomerne i eukaryoter har plasmider en tendens til at være mindre og have mindre DNA. Derudover kan plasmider replikere alene uden andet cellulært DNA. Nogle plasmider bærer koder for ikke-væsentlige gener, såsom dem, der giver bakterier deres antibiotikaresistens.

I visse tilfælde er plasmider også i stand til at bevæge sig fra en celle til en anden celle og dele information som antibiotikaresistens.
Faser i genekspression

Genekspression er den proces, gennem hvilken cellen oversætter den genetiske kode til aminosyrer til proteinproduktion. I modsætning til i eukaryoter, kan de to hovedstadier, der er transkription og translation, ske på samme tid i prokaryoter.

Under transkription oversætter cellen DNA til et messenger RNA (mRNA) molekyle. Under translation producerer cellen aminosyrerne fra mRNA. Aminosyrerne udgør proteinerne.

Både transkription og translation sker i prokaryotens cytoplasma
. Ved at have begge processer til at ske på samme tid, kan cellen fremstille en stor mængde protein fra den samme DNA-skabelon. Hvis cellen ikke har brug for proteinet længere, kan transkription stoppe.
Transkription i bakterieceller

Målet med transkription er at skabe en komplementær ribonukleinsyre (RNA) streng fra en DNA-skabelon. Processen har tre dele: initiering, kædeforlængelse og afslutning.

For at initieringsfasen skal finde sted, skal DNA'en først slappe af, og området, hvor dette sker, er transkriptionsboblen
.

Hos bakterier finder du den samme RNA-polymerase, der er ansvarlig for al transkription. Dette enzym har fire underenheder. I modsætning til eukaryoter, har prokaryoter ikke transkriptionsfaktorer.
Transkription: Initieringsfase

Transkription starter, når DNA slapper af, og RNA-polymerase binder til en promotor. En promotor er en speciel DNA-sekvens, der findes i begyndelsen af et specifikt gen.

I bakterier har promotoren to sekvenser: -10
og -35 elementer.
Elementet -10 er hvor DNA normalt afvikles, og det er placeret 10 nukleotider fra startstedet. Elementet -35 er 35 nukleotider fra stedet.

RNA-polymerase er afhængig af en DNA-streng for at være skabelonen, da den bygger en ny streng af RNA kaldet RNA-transkriptet. Den resulterende RNA-streng eller den primære transkription er næsten den samme som den ikke-skabelon eller den kodende DNA-streng. Den eneste forskel er, at alle thymin (T) -baser er uracil (U) -baser i RNA.
Transkription: Forlængelsesfase

I løbet af kædeforlængelsesfasen af transkription bevæger RNA-polymerase sig langs DNA-skabelonen streng og fremstiller et mRNA-molekyle. RNA-strengen bliver længere, når der tilføjes flere nukleotider.

I det væsentlige går RNA-polymerase langs DNA-stativet i 3 'til 5' retning for at opnå dette. Det er vigtigt at bemærke, at bakterier kan skabe polycistroniske mRNA'er
den kode for flere proteiner.
••• Sciencing-transkription: termineringsfase

I transkriptionens afslutningsfase stopper processen . Der er to typer afslutningsfaser i prokaryoter: Rho-afhængig terminering og Rho-uafhængig terminering.

I Rho-afhængig terminering
afbryder en speciel proteinfaktor kaldet Rho transkription og afslutter den. Rho-proteinfaktoren bindes til RNA-strengen på et specifikt bindingssted. Derefter bevæger det sig langs strengen for at nå RNA-polymerasen i transkriptionsboblen.

Derefter trækker Rho den nye RNA-streng og DNA-skabelon fra hinanden, så transkriptionen slutter. RNA-polymerase holder op med at bevæge sig, fordi den når en kodende sekvens, der er transkriptionstopspunktet.

I Rho-uafhængig afslutning
, laver RNA-molekylet en løkke og løsnes. RNA-polymerasen når en DNA-sekvens på skabelonstrengen, der er terminatoren og har mange cytosin (C) og guanin (G) nukleotider. Den nye RNA-streng begynder at foldes op til en hårnågeform. Dets C- og G-nukleotider binder. Denne proces forhindrer RNA-polymerase i at bevæge sig.
Oversættelse i bakterieceller

Oversættelse skaber et proteinmolekyle eller polypeptid baseret på RNA-skabelonen oprettet under transkription. Hos bakterier kan oversættelse ske med det samme, og undertiden starter den under transkription. Dette er muligt, fordi prokaryoter ikke har nogen nukleare membraner eller organeller til at adskille processerne.

I eukaryoter er tingene forskellige, fordi transkription forekommer i kernen, og oversættelse sker i cytosol
eller intracellulær væske af cellen. En eukaryot bruger også modent mRNA, der behandles før translation.

En anden grund til, at translation og transkription kan ske på samme tid i bakterier er, at RNA ikke har brug for den specielle behandling, der ses i eukaryoter. Det bakterielle RNA er øjeblikkeligt klar til translation.

MRNA-strengen har grupper af nukleotider kaldet kodoner
. Hvert kodon har tre nukleotider og koder for en specifik aminosyresekvens. Selvom der kun er 20 aminosyrer, har celler 61 kodoner for aminosyrer og tre stopkodoner. AUG er startkodonet og begynder oversættelse. Det koder også for aminosyren methionin.
Oversættelse: Initiering

Under translation fungerer mRNA-strengen som en skabelon til fremstilling af aminosyrer, der bliver proteiner. Cellen afkoder mRNA for at udføre dette.

Initiering kræver transfer RNA (tRNA), et ribosom og mRNA. Hvert tRNA-molekyle har et anticodon
til en aminosyre. Antikodonen er komplementær til kodonen. Hos bakterier starter processen, når en lille ribosomal enhed fastgøres til mRNA ved en Shine-Dalgarno-sekvens
.

Shine-Dalgarno-sekvensen er et specielt ribosomalt bindingsområde i både bakterier og archaea . Man ser det normalt omkring otte nukleotider fra startkodon AUG.

Da bakteriegener kan have transkription forekommet i grupper, kan et mRNA muligvis kode for mange gener. Shine-Dalgarno-sekvensen gør det lettere at finde startkodonet.
Oversættelse: Forlængelse

Under forlængelse bliver kæden af aminosyrer længere. TRNA'erne tilsætter aminosyrer for at fremstille polypeptidkæden. Et tRNA begynder at arbejde på P-stedet
, som er en midterste del af ribosomet.

Ved siden af P-stedet ligger Et sted
. Et tRNA, der matcher kodonet, kan gå til A-stedet. Derefter kan der dannes en peptidbinding mellem aminosyrerne. Ribosomet bevæger sig langs mRNA, og aminosyrerne danner en kæde.
Oversættelse: Termination

Termination sker på grund af et stopkodon. Når et stopkodon kommer ind på A-stedet, stopper oversættelsesprocessen, fordi stopkodonet ikke har et komplementært tRNA. Proteiner kaldet frigørelsesfaktorer
der passer ind i P-stedet kan genkende stopkodonerne og forhindre dannelse af peptidbindinger.

Dette sker fordi frigivelsesfaktorerne kan få enzymer til at tilføje et vandmolekyle, hvilket gør kæden adskilt fra tRNA.
Oversættelse og antibiotika

Når du tager nogle antibiotika til behandling af en infektion, kan de arbejde ved at afbryde oversættelsesprocessen i bakterier. Målet med antibiotika er at dræbe bakterierne og forhindre dem i at reproducere.

En måde, de opnår dette på, er at påvirke ribosomer i bakterieceller. Medikamenterne kan interferere med mRNA-translation eller blokere cellens evne til at fremstille peptidbindinger. Antibiotika kan binde til ribosomer.

For eksempel kan en type antibiotika kaldet tetracyklin trænge ind i bakteriecellen ved at krydse plasmamembranen og opbygge sig inde i cytoplasmaet. Derefter kan antibiotikumet binde til et ribosom og blokere translation.

Et andet antibiotikum kaldet ciprofloxacin påvirker bakteriecellen ved at målrette mod et enzym, der er ansvarligt for afvikling af DNA'et for at muliggøre replikation. I begge tilfælde er menneskelige celler skånet, hvilket giver folk mulighed for at bruge antibiotika uden at dræbe deres egne celler.

Relateret emne:
flercellede organismer

Post-translation Proteinbehandling -

Når translationen er slut, fortsætter nogle celler med at behandle proteinerne. Post-translationelle modifikationer
(PTM'er) af proteiner tillader bakterier at tilpasse sig deres miljø og kontrollere cellulær adfærd.

Generelt er PTM'er mindre almindelige i prokaryoter end eukaryoter, men nogle organismer har dem . Bakterier kan også ændre proteiner og vende processerne. Dette giver dem mere alsidighed og giver dem mulighed for at bruge proteinmodifikation til regulering.
Proteinphosphorylering

Proteinphosphorylering
er en almindelig ændring i bakterier. Denne proces involverer tilsætning af en fosfatgruppe til proteinet, der har fosfor og iltatom. Phosforylering er vigtig for proteinfunktion.

Imidlertid kan fosforylering være midlertidig, fordi den er reversibel. Nogle bakterier kan bruge fosforylering som en del af processen til at inficere andre organismer.

Fosforylering, der forekommer på serin-, threonin- og tyrosin-aminosyresidekæderne kaldes Ser /Thr /Tyr-fosforylering
. Proteinacetylering og glycosylering

Ud over fosforylerede proteiner kan bakterier have acetylerede
og glycosylerede proteiner. De kan også have methylering, carboxylering og andre modifikationer. Disse ændringer spiller en vigtig rolle i cellesignalisering, regulering og andre processer i bakterier.

For eksempel hjælper Ser /Thr /Tyr-fosforylering bakterier med at reagere på ændringer i deres miljø og øger chancerne for overlevelse.

Forskning viser, at metaboliske ændringer i cellen er forbundet med Ser /Thr /Tyr-phosphorylering, hvilket indikerer, at bakterier kan reagere på deres miljø ved at ændre deres cellulære processer. Desuden hjælper post-translationelle ændringer dem med at reagere hurtigt og effektivt. Evnen til at vende eventuelle ændringer giver også betydelig kontrol.
Genekspression i Archaea

Archaea bruger genekspressionsmekanismer, der ligner mere eukaryoter. Selvom archaea er prokaryoter, har de nogle ting til fælles med eukaryoter, såsom genekspression og genregulering. Processerne med transkription og translation i archaea har også nogle ligheder med bakterier.

For eksempel har både archaea og bakterier methionin som den første aminosyre og AUG som startkodon. På den anden side har både archaea og eukaryotes en TATA-boks
, som er en DNA-sekvens i promotorområdet, der viser, hvor man skal dekode DNA'et.

Oversættelse i archaea ligner processen set i bakterier. Begge typer organismer har ribosomer, der består af to enheder: 30S- og 50S-underenhederne. Derudover har de begge polycistroniske mRNA'er og og Shine-Dalgarno-sekvenser.

Der er adskillige ligheder og forskelle mellem bakterier, archaea og eukaryoter. De er dog alle afhængige af genekspression og genregulering for at overleve.