Bilim

Prokaryotlarda Gen İfadesi

Posted on
Yazar: Louise Ward
Yaratılış Tarihi: 11 Şubat 2021
Güncelleme Tarihi: 15 Mayıs Ayı 2024
Anonim
Bakterilerde Operonlar ve Gen Regülasyonu (Fen Bilimleri) (Biyoloji)
Video: Bakterilerde Operonlar ve Gen Regülasyonu (Fen Bilimleri) (Biyoloji)

İçerik

Prokaryotlar küçük, tek hücreli canlı organizmalardır. Bunlar iki yaygın hücre türünden biridir: prokaryotik ve ökaryotik.

Prokaryotik hücrelerin bir çekirdeği veya organelleri olmadığı için, gen ekspresyonu açık sitoplazmada gerçekleşir ve tüm aşamalar aynı anda gerçekleşebilir. Prokaryotlar ökaryotlardan daha basit olmasına rağmen, gen ekspresyonunun kontrol edilmesi, hücresel davranışları için hala çok önemlidir.

Prokaryotlarda Genetik Bilgi

Prokaryotların iki alanı Bakteriler ve Archaea'dır. Her ikisi de tanımlanmış bir çekirdeğe sahip değildir, ancak yine de genetik kodları ve nükleik asitleri vardır. Ökaryotik hücrelerde göreceğiniz gibi karmaşık kromozomlar olmamasına rağmen, prokaryotların nükleotitte bulunan dairesel deoksiribonükleik asit (DNA) parçaları vardır.

Bununla birlikte, genetik materyalin çevresinde zar yoktur. Genel olarak prokaryotlar, DNA'larında ökaryotlara kıyasla daha az kodlamayan sekansa sahiptir. Bunun nedeni prokaryotik hücrelerin daha küçük olması ve bir DNA molekülü için daha az alana sahip olmasıdır.

nükleoid basitçe DNA'nın prokaryotik hücrede yaşadığı bölgedir. Düzensiz bir şekle sahiptir ve boyut olarak değişebilir. Ek olarak, nükleoid hücre zarına bağlanır.

Prokaryotlar ayrıca adı verilen dairesel DNA'ya sahip olabilir. plazmidler. Hücrede bir veya daha fazla plazmit olması mümkündür. Hücre bölünmesi sırasında prokaryotlar, DNA sentezi ve plazmidlerin ayrılması yoluyla geçebilir.

Ökaryotlardaki kromozomlara kıyasla, plazmitler daha küçük olma ve daha az DNA'ya sahip olma eğilimindedir. Ek olarak, plazmidler, diğer hücresel DNA olmadan kendi başlarına çoğalabilirler. Bazı plazmitler, bakterilere antibiyotik direncini verenler gibi, gerekli olmayan genlerin kodlarını taşır.

Bazı durumlarda, plazmidler bir hücreden diğer hücreye geçebilir ve antibiyotik direnci gibi bilgileri paylaşabilir.

Gen İfadesindeki Aşamalar

Gen ekspresyonu, hücrenin, genetik kodu, protein üretimi için amino asitlere çevirdiği süreçtir. Ökaryotların aksine, transkripsiyon ve çeviri olan iki ana aşama prokaryotlarda aynı anda gerçekleşebilir.

Transkripsiyon sırasında hücre, DNA'yı bir mesajcı RNA (mRNA) molekülüne dönüştürür. Çeviri sırasında hücre, amino asitleri mRNA'dan yapar. Amino asitler proteinleri oluşturur.

Prokaryotlarda hem transkripsiyon hem de çeviri gerçekleşir sitoplazma. Her iki işlemin de aynı anda gerçekleşmesiyle, hücre aynı DNA şablonundan büyük miktarda protein yapabilir. Hücrenin artık proteine ​​ihtiyacı yoksa, transkripsiyon durabilir.

Bakteriyel Hücrelerde Transkripsiyon

Transkripsiyonun amacı, bir DNA şablonundan tamamlayıcı bir ribonükleik asit (RNA) zinciri oluşturmaktır. Sürecin üç bölümü vardır: başlatma, zincir uzaması ve sonlandırma.

Başlatma aşamasının gerçekleşmesi için, DNA'nın önce gevşemesi gerekir ve bunun gerçekleştiği alan transkripsiyon balonu.

Bakterilerde, tüm transkripsiyondan sorumlu olan aynı RNA polimerazını bulacaksınız. Bu enzimin dört alt birimi var. Ökaryotların aksine, prokaryotların transkripsiyon faktörleri yoktur.

Transkripsiyon: Başlatma Aşaması

Transkripsiyon, DNA gevşetildiğinde ve RNA polimeraz bir promotere bağlandığında başlar. Bir promotör, belirli bir genin başında bulunan özel bir DNA dizisidir.

Bakterilerde, promotörün iki sekansı vardır: -10 ve -35 elemanlar. -10 elementi, DNA'nın genellikle gevşettiği yerdir ve başlangıç ​​bölgesinden 10 nükleotid bulunur. -35 elemanı bölgeden 35 nükleotittir.

RNA polimerazı, RNA transkripti adı verilen yeni bir RNA iplikçiliği oluşturduğu için şablon olması için bir DNA zincirine dayanır. Elde edilen RNA zinciri veya primer transkript neredeyse şablon olmayan veya kodlayan DNA zinciri ile aynıdır. Tek fark, tüm timin (T) bazlarının RNA'daki uracil (U) bazları olmasıdır.

Transkripsiyon: Uzama Aşaması

Transkripsiyonun zincir uzama fazı sırasında, RNA polimeraz DNA şablon teli boyunca hareket eder ve bir mRNA molekülü yapar. RNA zinciri daha fazla nükleotit eklendikçe uzar.

Esasen, RNA polimeraz DNA bunu boyunca 3 ila 5 yönde durur. Bakterilerin yaratabileceğini not etmek önemlidir. polikistronik mRNA'lar çoklu proteinler için bu kod.

••• Bilim Kurgu

Transkripsiyon: Sonlandırma Aşaması

Transkripsiyonun sonlandırma aşamasında, işlem durur. Prokaryotlarda iki tür sonlandırma aşaması vardır: Rho bağımlı sonlandırma ve Rho bağımsız sonlandırma.

İçinde Rho'ya bağlı sonlandırmaRho adı verilen özel bir protein faktörü, transkripsiyonu keser ve sonlandırır. Rho protein faktörü, RNA zincirine spesifik bir bağlanma yerinde bağlanır. Daha sonra, transkripsiyon kabarcığındaki RNA polimerazına ulaşmak için tel boyunca hareket eder.

Daha sonra, Rho yeni RNA zincirini ve DNA şablonunu ayırır, böylece transkripsiyon sona erer. RNA polimeraz, transkripsiyon durma noktası olan bir kodlama dizisine ulaştığı için hareket etmeyi durdurur.

İçinde Rho-bağımsız sonlandırmaRNA molekülü bir ilmek yapar ve kopar. RNA polimeraz, şablon iplikçideki sonlandırıcı olan ve birçok sitozin (C) ve guanin (G) nükleotidi olan bir DNA dizisine ulaşır. Yeni RNA zinciri saç tokası şeklinde katlanmaya başlar. C ve G nükleotitleri bağlanır. Bu işlem RNA polimerazın hareket etmesini durdurur.

Bakteriyel Hücrelerde Çeviri

Çeviri, transkripsiyon sırasında oluşturulan RNA şablonuna dayanarak bir protein molekülü veya polipeptidi oluşturur. Bakterilerde çeviri hemen gerçekleşebilir ve bazen transkripsiyon sırasında başlar. Bu mümkündür, çünkü prokaryotların işlemleri ayırmak için nükleer membranları veya organelleri yoktur.

Ökaryotlarda, işler farklıdır, çünkü çekirdek çekirdekte transkripsiyon meydana gelir ve çeviri sitozolundaveya hücrenin hücre içi sıvısıdır. Bir ökaryot ayrıca çeviri öncesi işlenen olgun mRNA'yı kullanır.

Tercüme ve transkripsiyonun bakterilerde aynı anda ortaya çıkmasının bir başka nedeni de, RNA'nın ökaryotlarda görülen özel işleme ihtiyaç duymamasıdır. Bakteriyel RNA hemen translasyona hazırdır.

MRNA zinciri, adı verilen nükleotit gruplarına sahiptir. kodonlar. Her kodon üç nükleotite sahiptir ve spesifik bir amino asit dizisini kodlar. Sadece 20 amino asit olmasına rağmen, hücrelerde amino asitler için 61 kodon ve üç stop kodonu vardır. AUG başlangıç ​​kodonudur ve çeviriye başlar. Aynı zamanda amino asit metioninini de kodlar.

Çeviri: Başlatma

Çeviri sırasında, mRNA zinciri protein haline gelen amino asitleri yapmak için bir şablon olarak işlev görür. Hücre bunu gerçekleştirmek için mRNA'nın kodunu çözer.

Başlatma, bir ribozom ve mRNA transfer RNA (tRNA) gerektirir. Her tRNA molekülünün bir antikodon bir amino asit için. Antikodon kodona tamamlayıcıdır. Bakterilerde, küçük bir ribozomal ünite mRNA’ya bir Parlatıcı-Dalgarno dizisi.

Shine-Dalgarno sekansı hem bakteri hem de arkada özel bir ribozomal bağlanma alanıdır. Genellikle, başlangıç ​​kodonu AUG'dan yaklaşık sekiz nükleotid görürsünüz.

Bakteriyel genler, transkripsiyonu gruplar halinde gerçekleştirebildiğinden, bir mRNA birçok gen için kodlama yapabilir. Shine-Dalgarno dizisi başlangıç ​​kodonunu bulmayı kolaylaştırır.

Çeviri: Uzama

Uzama sırasında, amino asitlerin zinciri uzar. TRNA'lar, polipeptit zincirini yapmak için amino asitler ekler. Bir tRNA'da çalışmaya başlar. P sitesi, ribozomun orta kısmıdır.

P sitesinin yanında Bir site. Kodonla eşleşen bir tRNA A sitesine gidebilir. Ardından, amino asitler arasında bir peptid bağı oluşabilir. Ribozom mRNA boyunca hareket eder ve amino asitler bir zincir oluşturur.

Tercüme: Sonlandırma

Sonlandırma, bir durdurma kodonu nedeniyle gerçekleşir. Bir durdurma kodonu A bölgesine girdiğinde, durma kodonunun tamamlayıcı bir tRNA'sı olmadığı için çeviri işlemi durur. Proteinler denir serbest bırakma faktörleri P bölgesine uyan durdurucu kodonları tanıyabilir ve peptid bağlarının oluşmasını önleyebilir.

Bunun nedeni, salım faktörlerinin enzimleri, zinciri tRNA'dan ayrı kılan bir su molekülü ekleyebilmeleridir.

Tercüme ve Antibiyotikler

Bir enfeksiyonu tedavi etmek için bazı antibiyotikler aldığınızda, bakterilerdeki çeviri sürecini durdurabilirler. Antibiyotiklerin amacı bakterileri öldürmek ve üremelerini durdurmaktır.

Bunu başarmanın bir yolu bakteriyel hücrelerdeki ribozomları etkilemektir. İlaçlar mRNA translasyonuna müdahale edebilir veya hücrenin peptit bağları oluşturma yeteneğini bloke edebilir. Antibiyotikler ribozomlara bağlanabilir.

Örneğin, tetrasiklin adı verilen bir antibiyotik türü, plazma zarını geçerek ve sitoplazmanın içinde birikerek bakteriyel hücreye girebilir. Daha sonra, antibiyotik bir ribozoma bağlanabilir ve translasyonu bloke edebilir.

Siprofloksasin adı verilen başka bir antibiyotik, DNA'nın replikasyona izin vermesinin çözülmesinden sorumlu olan bir enzimi hedef alarak bakteriyel hücreyi etkiler. Her iki durumda da, insan hücreleri korunur ve bu da insanların kendi hücrelerini öldürmeden antibiyotik kullanmalarını sağlar.

İlgili konu: Çok hücreli organizmalar

Tercüme Sonrası Protein İşleme

Çeviri bittikten sonra, bazı hücreler proteinleri işlemeye devam eder. Çeviri sonrası değişiklikler Protein (PTM'ler) bakterilerin çevrelerine adapte olmalarına ve hücresel davranışları kontrol etmelerine izin verir.

Genel olarak, PTM'ler prokaryotlarda ökaryotlardan daha az yaygındır, ancak bazı organizmalar bunlarda bulunur. Bakteriler proteinleri değiştirebilir ve süreçleri de tersine çevirebilir. Bu onlara daha fazla çok yönlülük sağlar ve düzenleme için protein modifikasyonu kullanmalarını sağlar.

Protein Fosforilasyonu

Protein fosforilasyonu Bakterilerde yaygın bir modifikasyondur. Bu işlem, fosfor ve oksijen atomlarına sahip olan proteine ​​bir fosfat grubu eklenmesini içerir. Fosforilasyon, protein fonksiyonu için önemlidir.

Ancak, fosforilasyon geçici olabilir, çünkü geri dönüşümlüdür. Bazı bakteriler, diğer organizmaları enfekte etmek için işlemin bir parçası olarak fosforilasyon kullanabilir.

Serin, treonin ve tirozin amino asit yan zincirlerinde oluşan fosforilasyona denir. Ser / Thr / Tyr fosforilasyonu.

Protein Asetilasyonu ve Glikosilasyonu

Fosforlanmış proteinlere ek olarak, bakteri olabilir asetile ve glikozillenmiş proteinler. Ayrıca, metilasyon, karboksilasyon ve diğer modifikasyonlara sahip olabilirler. Bu modifikasyonlar, hücre sinyalleşmesinde, regülasyonda ve bakterilerdeki diğer işlemlerde önemli bir rol oynar.

Örneğin, Ser / Thr / Tyr fosforilasyonu, bakterilerin ortamlarındaki değişikliklere cevap vermesine ve hayatta kalma şansını artırmasına yardımcı olur.

Araştırmalar, hücredeki metabolik değişikliklerin Ser / Thr / Tyr fosforilasyonu ile ilişkili olduğunu göstermektedir, bu da bakterilerin hücresel işlemlerini değiştirerek çevrelerine cevap verebileceklerini göstermektedir. Ayrıca, çeviri sonrası değişiklikler, hızlı ve etkili bir şekilde tepki vermelerine yardımcı olur. Herhangi bir değişikliği geri çevirme yeteneği de önemli kontrol sağlar.

Archaea'da Gen İfadesi

Archaea, ökaryotlara daha çok benzeyen gen ekspresyon mekanizmalarını kullanır. Archaea prokaryot olsa da, gen ekspresyonu ve gen regülasyonu gibi ökaryotlarla ortak noktaları vardır. Archaea'daki transkripsiyon ve translasyon işlemleri de bakterilerle bazı benzerliklere sahiptir.

Örneğin, hem archaea hem de bakteriler ilk amino asit olarak metiyonine ve başlangıç ​​kodonu olarak AUG'ye sahiptir. Öte yandan, hem archaea hem de ökaryotların TATA kutusupromotör alanında, DNA'nın nerede çözüleceğini gösteren bir DNA dizisidir.

Archaea'daki çeviri, bakterilerde görülen işleme benzer. Her iki organizmanın da iki birimden oluşan ribozomlar vardır: 30S ve 50S alt birimleri. Ek olarak, her ikisi de polikistronik mRNA'lara ve ve Shine-Dalgarno sekanslarına sahiptir.

Bakteriler, archaea ve ökaryotlar arasında birçok benzerlik ve farklılık vardır. Bununla birlikte, hepsi hayatta kalmak için gen ifadesine ve gen düzenlemesine güvenir.