Genexpressie in Prokaryotes

Inhoud

• Genetische informatie in Prokaryotes
• Stadia in genexpressie
• Transcriptie in bacteriële cellen
• Transcriptie: initiatie fase
• Transcriptie: verlengingsfase
• Transcriptie: beëindigingsfase
• Vertaling in bacteriële cellen
• Vertaling: inwijding
• Vertaling: verlenging
• Vertaling: Beëindiging
• Vertaling en antibiotica
• Post-vertaling eiwitverwerking
• Eiwitfosforylering
• Eiwitacetylatie en glycosylatie
• Genexpressie in Archaea

Prokaryoten zijn kleine, eencellige levende organismen. Ze zijn een van de twee veel voorkomende celtypen: prokaryotische en eukaryotische.

Omdat prokaryotische cellen geen kern of organellen hebben, vindt genexpressie plaats in het open cytoplasma en kunnen alle stadia tegelijkertijd plaatsvinden. Hoewel prokaryoten eenvoudiger zijn dan eukaryoten, is het beheersen van genexpressie nog steeds cruciaal voor hun cellulair gedrag.

Genetische informatie in Prokaryotes

De twee domeinen van prokaryoten zijn Bacteriën en Archaea. Beide missen een gedefinieerde kern, maar ze hebben nog steeds een genetische code en nucleïnezuren. Hoewel er geen complexe chromosomen zijn zoals die je in eukaryotische cellen zou zien, hebben prokaryoten cirkelvormige stukjes desoxyribonucleïnezuur (DNA) in het nucleoid.

Er is echter geen membraan rond het genetische materiaal. In het algemeen hebben prokaryoten minder niet-coderende sequenties in hun DNA in vergelijking met eukaryoten. Dit kan te wijten zijn aan het feit dat prokaryotische cellen kleiner zijn en minder ruimte hebben voor een DNA-molecuul.

De nucleoid is gewoon het gebied waar het DNA in de prokaryotische cel leeft. Het heeft een onregelmatige vorm en kan in grootte variëren. Bovendien is het nucleoid aan het celmembraan gehecht.

Prokaryoten kunnen ook circulair DNA worden genoemd plasmiden. Het is mogelijk dat ze een of meer plasmiden in een cel hebben. Tijdens celdeling kunnen prokaryoten door DNA-synthese en de scheiding van plasmiden gaan.

Vergeleken met de chromosomen in eukaryoten zijn plasmiden meestal kleiner en hebben ze minder DNA. Bovendien kunnen plasmiden op zichzelf repliceren zonder ander cellulair DNA. Sommige plasmiden dragen de codes voor niet-essentiële genen, zoals die welke bacteriën hun antibioticaresistentie geven.

In bepaalde gevallen kunnen plasmiden zich ook van de ene cel naar de andere verplaatsen en informatie zoals antibioticaresistentie delen.

Stadia in genexpressie

Genexpressie is het proces waardoor de cel de genetische code vertaalt in aminozuren voor eiwitproductie. Anders dan bij eukaryoten kunnen de twee hoofdfasen, transcriptie en vertaling, tegelijkertijd in prokaryoten voorkomen.

Tijdens transcriptie vertaalt de cel DNA in een messenger RNA (mRNA) -molecuul. Tijdens translatie maakt de cel de aminozuren uit het mRNA. De aminozuren vormen de eiwitten.

Zowel transcriptie als vertaling vinden plaats in de prokaryoten cytoplasma. Door beide processen tegelijkertijd te laten plaatsvinden, kan de cel een grote hoeveelheid eiwit maken uit hetzelfde DNA-sjabloon. Als de cel het eiwit niet langer nodig heeft, kan de transcriptie stoppen.

Transcriptie in bacteriële cellen

Het doel van transcriptie is om een ​​complementaire ribonucleïnezuur (RNA) -streng te creëren op basis van een DNA-sjabloon. Het proces bestaat uit drie delen: initiatie, ketenverlenging en beëindiging.

Om de initiatie fase te laten plaatsvinden, moet het DNA eerst ontspannen en het gebied waar dit gebeurt is het transcriptie zeepbel.

In bacteriën vindt u dezelfde RNA-polymerase die verantwoordelijk is voor alle transcriptie. Dit enzym heeft vier subeenheden. In tegenstelling tot eukaryoten hebben prokaryoten geen transcriptiefactoren.

Transcriptie: initiatie fase

Transcriptie begint wanneer het DNA afwikkelt en RNA-polymerase bindt aan een promotor. Een promotor is een speciale DNA-sequentie die bestaat aan het begin van een specifiek gen.

In bacteriën heeft de promotor twee sequenties: -10 en -35 elementen. Het -10 element is waar het DNA gewoonlijk tot rust komt, en het bevindt zich op 10 nucleotiden van de initiatieplaats. Het -35-element is 35 nucleotiden van de site.

RNA-polymerase vertrouwt op één DNA-streng als de matrijs omdat het een nieuwe RNA-streng bouwt die het RNA-transcript wordt genoemd. De resulterende RNA-streng of primair transcript is bijna hetzelfde als de niet-matrijs of coderende DNA-streng. Het enige verschil is dat alle thymine (T) -basen uracil (U) -basen in RNA zijn.

Transcriptie: verlengingsfase

Tijdens de ketenverlengingsfase van transcriptie beweegt RNA-polymerase langs de DNA-matrijsstreng en maakt een mRNA-molecuul. De RNA-streng wordt langer naarmate er meer nucleotiden worden toegevoegd.

In wezen loopt RNA-polymerase langs de DNA-standaard in de richting van 3 tot 5 om dit te bereiken. Het is belangrijk op te merken dat bacteriën kunnen ontstaan polycistronische mRNA's die code voor meerdere eiwitten.

••• Sciencing

Transcriptie: beëindigingsfase

Tijdens de terminatiefase van transcriptie stopt het proces. Er zijn twee soorten beëindigingsfasen in prokaryoten: Rho-afhankelijke beëindiging en Rho-onafhankelijke beëindiging.

In Rho-afhankelijke beëindiging, een speciale eiwitfactor genaamd Rho onderbreekt de transcriptie en beëindigt deze. De Rho-eiwitfactor hecht zich aan de RNA-streng op een specifieke bindingsplaats. Vervolgens beweegt het langs de streng om het RNA-polymerase in de transcriptiebel te bereiken.

Vervolgens trekt Rho de nieuwe RNA-streng en het DNA-sjabloon uit elkaar, zodat de transcriptie eindigt. RNA-polymerase stopt met bewegen omdat het een coderingssequentie bereikt die het transcriptiestoppunt is.

In Rho-onafhankelijke beëindiging, het RNA-molecuul maakt een lus en maakt los. Het RNA-polymerase bereikt een DNA-sequentie op de templatestreng die de terminator is en veel cytosine (C) en guanine (G) nucleotiden heeft. De nieuwe RNA-streng begint op te vouwen tot een haarspeldvorm. De C- en G-nucleotiden binden. Dit proces voorkomt dat de RNA-polymerase beweegt.

Vertaling in bacteriële cellen

Translatie creëert een eiwitmolecuul of polypeptide op basis van de RNA-sjabloon gecreëerd tijdens transcriptie. Bij bacteriën kan de vertaling meteen plaatsvinden en soms begint het tijdens de transcriptie. Dit is mogelijk omdat prokaryoten geen nucleaire membranen of organellen hebben om de processen te scheiden.

In eukaryoten zijn dingen anders omdat transcriptie in de kern plaatsvindt en translatie in de cytosolof intracellulaire vloeistof van de cel. Een eukaryoot gebruikt ook volwassen mRNA, dat wordt verwerkt vóór vertaling.

Een andere reden waarom translatie en transcriptie tegelijkertijd in bacteriën kan gebeuren, is dat het RNA niet de speciale verwerking nodig heeft die wordt gezien in eukaryoten. Het bacteriële RNA is onmiddellijk klaar voor vertaling.

De mRNA-streng heeft groepen van nucleotiden genoemd codons. Elk codon heeft drie nucleotiden en codeert voor een specifieke aminozuursequentie. Hoewel er slechts 20 aminozuren zijn, hebben cellen 61 codons voor aminozuren en drie stopcodons. AUG is het startcodon en begint met vertalen. Het codeert ook voor het aminozuur methionine.

Vertaling: inwijding

Tijdens translatie fungeert de mRNA-streng als een sjabloon voor het maken van aminozuren die eiwitten worden. De cel decodeert het mRNA om dit te bereiken.

Initiatie vereist transfer RNA (tRNA), een ribosoom en mRNA. Elk tRNA-molecuul heeft een anticodon voor een aminozuur. Het anticodon is complementair aan het codon. Bij bacteriën begint het proces wanneer een kleine ribosomale eenheid zich hecht aan het mRNA bij a Shine-Dalgarno-reeks.

De Shine-Dalgarno-sequentie is een speciaal ribosomaal bindend gebied in zowel bacteriën als archaea. Je ziet het meestal ongeveer acht nucleotiden vanaf het startcodon AUG.

Omdat bij bacteriële genen transcriptie in groepen kan plaatsvinden, kan één mRNA voor veel genen coderen. De Shine-Dalgarno-reeks maakt het gemakkelijker om het startcodon te vinden.

Vertaling: verlenging

Tijdens verlenging wordt de keten van aminozuren langer. De tRNA's voegen aminozuren toe om de polypeptideketen te maken. Een tRNA begint te werken in de P-site, dat een middelste deel van het ribosoom is.

Naast de P-site staat de Een site. Een tRNA dat overeenkomt met het codon kan naar de A-site gaan. Vervolgens kan een peptidebinding tussen de aminozuren worden gevormd. Het ribosoom beweegt langs het mRNA en de aminozuren vormen een ketting.

Vertaling: Beëindiging

Beëindiging gebeurt vanwege een stopcodon. Wanneer een stopcodon de A-plaats binnenkomt, stopt het translatieproces omdat het stopcodon geen complementair tRNA heeft. Eiwitten genoemd vrijgave factoren die in de P-plaats passen, kunnen de stopcodons herkennen en voorkomen dat peptidebindingen worden gevormd.

Dit gebeurt omdat de afgiftefactoren ervoor kunnen zorgen dat enzymen een watermolecuul toevoegen, waardoor de keten gescheiden wordt van tRNA.

Vertaling en antibiotica

Wanneer u antibiotica gebruikt om een ​​infectie te behandelen, kunnen deze het vertaalproces in bacteriën verstoren. Het doel van antibiotica is om de bacteriën te doden en te voorkomen dat ze zich reproduceren.

Een manier waarop ze dit bereiken is om de ribosomen in bacteriecellen te beïnvloeden. De medicijnen kunnen interfereren met mRNA-translatie of het vermogen van de cel blokkeren om peptidebindingen te maken. Antibiotica kunnen zich binden aan de ribosomen.

Eén type antibioticum genaamd tetracycline kan bijvoorbeeld de bacteriecel binnendringen door het plasmamembraan te kruisen en zich in het cytoplasma op te bouwen. Vervolgens kan het antibioticum zich binden aan een ribosoom en de vertaling blokkeren.

Een ander antibioticum genaamd ciprofloxacine beïnvloedt de bacteriële cel door zich te richten op een enzym dat verantwoordelijk is voor het afwikkelen van het DNA om replicatie mogelijk te maken. In beide gevallen worden menselijke cellen gespaard, waardoor mensen antibiotica kunnen gebruiken zonder hun eigen cellen te doden.

Gerelateerd onderwerp: meercellige organismen

Post-vertaling eiwitverwerking

Nadat de vertaling is voltooid, blijven sommige cellen de eiwitten verwerken. Post-translationele wijzigingen (PTM's) van eiwitten zorgen ervoor dat bacteriën zich kunnen aanpassen aan hun omgeving en het cellulaire gedrag beheersen.

Over het algemeen komen PTM's minder vaak voor bij prokaryoten dan eukaryoten, maar sommige organismen hebben ze. Bacteriën kunnen eiwitten wijzigen en de processen ook omkeren. Dit geeft hen meer veelzijdigheid en stelt hen in staat om eiwitmodificatie te gebruiken voor regulatie.

Eiwitfosforylering

Eiwitfosforylering is een veel voorkomende wijziging in bacteriën. Dit proces omvat het toevoegen van een fosfaatgroep aan het eiwit, dat fosfor- en zuurstofatomen heeft. Fosforylering is essentieel voor de eiwitfunctie.

Fosforylering kan echter tijdelijk zijn omdat het omkeerbaar is. Sommige bacteriën kunnen fosforylering gebruiken als onderdeel van het proces om andere organismen te infecteren.

Fosforylering die optreedt aan de zijketens van serine, threonine en tyrosine-aminozuren wordt genoemd Ser / Thr / Tyr fosforylering.

Eiwitacetylatie en glycosylatie

Naast gefosforyleerde eiwitten kunnen bacteriën hebben geacetyleerde en geglycosyleerd eiwitten. Ze kunnen ook methylering, carboxylering en andere modificaties hebben. Deze modificaties spelen een belangrijke rol in celsignalering, regulatie en andere processen in bacteriën.

Bijvoorbeeld, Ser / Thr / Tyr fosforylering helpt bacteriën reageren op veranderingen in hun omgeving en verhoogt de overlevingskansen.

Onderzoek toont aan dat metabole veranderingen in de cel geassocieerd zijn met Ser / Thr / Tyr-fosforylering, wat aangeeft dat bacteriën op hun omgeving kunnen reageren door hun cellulaire processen te veranderen. Bovendien helpen post-translationele aanpassingen hen om snel en efficiënt te reageren. De mogelijkheid om wijzigingen ongedaan te maken, biedt ook aanzienlijke controle.

Genexpressie in Archaea

Archaea gebruikt genexpressiemechanismen die meer op eukaryoten lijken. Hoewel archaea prokaryoten zijn, hebben ze sommige dingen gemeen met eukaryoten, zoals genexpressie en genregulatie. De processen van transcriptie en translatie in archaea hebben ook enkele overeenkomsten met bacteriën.

Zowel archaea als bacteriën hebben bijvoorbeeld methionine als het eerste aminozuur en AUG als het startcodon. Aan de andere kant hebben zowel archaea als eukaryoten een TATA-doos, dat is een DNA-sequentie in het promotorgebied die laat zien waar het DNA moet worden gedecodeerd.

Vertaling in archaea lijkt op het proces dat bij bacteriën wordt gezien. Beide soorten organismen hebben ribosomen die uit twee eenheden bestaan: de 30S- en 50S-subeenheden. Bovendien hebben ze allebei polycistronische mRNA's en en Shine-Dalgarno-sequenties.

Er zijn meerdere overeenkomsten en verschillen tussen bacteriën, archaea en eukaryoten. Ze zijn echter allemaal afhankelijk van genexpressie en genregulatie om te overleven.