เนื้อหา
- ข้อมูลทางพันธุกรรมใน Prokaryotes
- ขั้นตอนในการแสดงออกของยีน
- การถอดความในเซลล์แบคทีเรีย
- การถอดความ: ระยะเริ่มต้น
- การถอดความ: ระยะยืดตัว
- การถอดความ: ขั้นตอนการสิ้นสุด
- การแปลในเซลล์แบคทีเรีย
- การแปล: การเริ่มต้น
- การแปล: การยืดตัว
- การแปล: การสิ้นสุด
- การแปลและยาแก้อักเสบ
- การประมวลผลโปรตีนหลังการแปล
- โปรตีนฟอสฟอรัส
- โปรตีนอะซิติเลชันและไกลโคไลเลชัน
- การแสดงออกของยีนใน Archaea
Prokaryotes เป็นสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กเซลล์เดียว มันเป็นหนึ่งในสองประเภทเซลล์ทั่วไป: โปรคาริโอ และ ยูคาริโอ.
เนื่องจากเซลล์โปรคาริโอตไม่มีนิวเคลียสหรือออร์แกเนลล์การแสดงออกของยีนจึงเกิดขึ้นในไซโตพลาสซึมแบบเปิดและทุกระยะสามารถเกิดขึ้นพร้อมกันได้ แม้ว่าโปรคาริโอตนั้นง่ายกว่ายูคาริโอต แต่การควบคุมการแสดงออกของยีนยังคงมีความสำคัญต่อพฤติกรรมของเซลล์
ข้อมูลทางพันธุกรรมใน Prokaryotes
โปรคาริโอตสองโดเมนคือ Bacteria และ Archaea ทั้งสองไม่มีนิวเคลียสที่กำหนด แต่พวกเขายังคงมีรหัสพันธุกรรมและกรดนิวคลีอิก แม้ว่าจะไม่มีโครโมโซมที่ซับซ้อนเหมือนที่คุณเห็นในเซลล์ยูคาริโอต แต่โปรคาริโอตก็มีชิ้นส่วนของกรดเดอกซีโบโนนิซิค (DNA) ที่อยู่ในนิวเคลียส
อย่างไรก็ตามไม่มีเมมเบรนรอบ ๆ สารพันธุกรรม โดยทั่วไปโปรคาริโอตมีลำดับที่ไม่เข้ารหัสใน DNA น้อยลงเมื่อเทียบกับยูคาริโอต นี่อาจเป็นเพราะเซลล์โปรคาริโอตมีขนาดเล็กกว่าและมีพื้นที่น้อยกว่าสำหรับโมเลกุล DNA
nucleoid เป็นภูมิภาคที่ DNA อาศัยอยู่ในเซลล์โปรคาริโอต มันมีรูปร่างที่ผิดปกติและอาจแตกต่างกันในขนาด นอกจากนี้นิวเคลียสจะยึดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์
Prokaryotes สามารถมี DNA แบบวงกลมที่เรียกว่า พลาสมิด. เป็นไปได้สำหรับพวกเขาที่จะมีพลาสมิดหนึ่งเซลล์หรือมากกว่านั้นในเซลล์ ในระหว่างการแบ่งเซลล์โปรคาริโอตสามารถผ่านการสังเคราะห์ดีเอ็นเอและการแยกพลาสมิด
เมื่อเปรียบเทียบกับโครโมโซมในยูคาริโอตพลาสมิดมีแนวโน้มที่จะมีขนาดเล็กลงและมีดีเอ็นเอน้อยลง นอกจากนี้พลาสมิดสามารถทำซ้ำได้เองโดยไม่ต้องมี DNA ของเซลล์อื่น พลาสมิดบางชนิดมีรหัสสำหรับยีนที่ไม่จำเป็นเช่นพวกที่ให้แบคทีเรียดื้อต่อยาปฏิชีวนะ
ในบางกรณีพลาสมิดก็สามารถย้ายจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งและแบ่งปันข้อมูลเช่นการดื้อยาปฏิชีวนะ
ขั้นตอนในการแสดงออกของยีน
การแสดงออกของยีนเป็นกระบวนการที่เซลล์แปลรหัสพันธุกรรมเป็นกรดอะมิโนเพื่อผลิตโปรตีน ไม่เหมือนในยูคาริโอตทั้งสองขั้นตอนหลักซึ่งเป็นการถอดความและการแปลสามารถเกิดขึ้นได้ในเวลาเดียวกันในโปรคาริโอต
ในระหว่างการถอดรหัสเซลล์แปล DNA เป็นโมเลกุล Messenger RNA (mRNA) ในระหว่างการแปลเซลล์ทำกรดอะมิโนจาก mRNA กรดอะมิโนจะทำขึ้นโปรตีน
ทั้งการถอดความและการแปลเกิดขึ้นในโปรคาริโอต พลาสซึม. โดยมีกระบวนการทั้งสองเกิดขึ้นในเวลาเดียวกันเซลล์สามารถสร้างโปรตีนจำนวนมากจาก DNA ต้นแบบเดียวกัน หากเซลล์ไม่ต้องการโปรตีนอีกต่อไปการถอดรหัสก็สามารถหยุดได้
การถอดความในเซลล์แบคทีเรีย
เป้าหมายของการถอดความคือการสร้างกรด ribonucleic (RNA) ที่เป็นส่วนประกอบจาก DNA ต้นแบบ กระบวนการนี้มีสามส่วน ได้แก่ การเริ่มต้นการยืดตัวโซ่และการเลิกจ้าง
เพื่อให้ขั้นตอนการเริ่มต้นเกิดขึ้น DNA จะต้องผ่อนคลายก่อนและบริเวณที่เกิดเหตุการณ์นี้คือ ฟองถอดความ.
ในแบคทีเรียคุณจะพบ RNA polymerase เดียวกันที่รับผิดชอบในการถอดรหัส เอนไซม์นี้มีสี่หน่วยย่อย โปรคาริโอตไม่ได้มีปัจจัยการถอดความต่างจากยูคาริโอต
การถอดความ: ระยะเริ่มต้น
การถอดความเริ่มต้นเมื่อ DNA คลายและ RNA polymerase จับกับโปรโมเตอร์ ผู้ก่อการเป็นลำดับดีเอ็นเอพิเศษที่มีอยู่ในตอนต้นของยีนที่เฉพาะเจาะจง
ในแบคทีเรียโปรโมเตอร์มีสองลำดับดังนี้: -10 และ -35 องค์ประกอบ องค์ประกอบ -10 เป็นตำแหน่งที่ DNA มักจะคลายตัวและมันตั้งอยู่ 10 นิวคลีโอไทด์จากจุดเริ่มต้น องค์ประกอบ -35 คือ 35 นิวคลีโอไทด์จากไซต์
RNA polymerase อาศัย DNA strand หนึ่งอันเพื่อเป็นเท็มเพลตในขณะที่มันสร้าง strand ใหม่ของ RNA ที่เรียกว่า RNA transcript RNA strand strand หรือ transcript หลักเกือบจะเหมือนกันกับ strand DNA ที่ไม่ใช่แม่แบบหรือการเข้ารหัส ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือฐานของไทม์มีน (T) ทั้งหมดคือฐาน uracil (U) ใน RNA
การถอดความ: ระยะยืดตัว
ในระหว่างขั้นตอนการยืดโซ่ของการถอดความ RNA polymerase จะเคลื่อนที่ไปตามเกลียวดีเอ็นเอของแม่แบบและทำให้โมเลกุล mRNA RNA strand นั้นยาวขึ้นเมื่อมีการเพิ่ม nucleotides มากขึ้น
โดยพื้นฐานแล้ว RNA polymerase เดินไปตาม DNA Stand ในทิศทางที่ 3 ถึง 5 เพื่อทำสิ่งนี้ มันเป็นสิ่งสำคัญที่จะต้องทราบว่าแบคทีเรียสามารถสร้าง mRNAs โพลีสไตรีน รหัสนั้นสำหรับโปรตีนหลายชนิด
••• Sciencingการถอดความ: ขั้นตอนการสิ้นสุด
ในระหว่างขั้นตอนการเลิกจ้างของการถอดความกระบวนการหยุด มีขั้นตอนการเลิกจ้างสองประเภทในโปรคาริโอต: การเลิกตาม Rho และการยกเลิกแบบ Rho-อิสระ
ใน การบอกเลิก Rho-dependentซึ่งเป็นโปรตีนพิเศษที่เรียกว่า Rho จะหยุดการถอดความและยุติมัน ปัจจัยโปรตีน Rho ยึดติดกับ RNA strand ที่ตำแหน่งการจับจำเพาะ จากนั้นมันจะเคลื่อนที่ไปตามเส้นเพื่อไปยัง RNA polymerase ในฟองอากาศ
ถัดไป Rho ดึง RNA strand strand และ DNA ต้นแบบออกจากกัน RNA polymerase หยุดเคลื่อนที่เนื่องจากถึงลำดับการเข้ารหัสซึ่งเป็นจุดหยุดการถอดรหัส
ใน การเลิกจ้างที่เป็นอิสระจาก Rhoโมเลกุลอาร์เอ็นเอทำให้ลูปและแยกออก RNA polymerase มาถึงลำดับ DNA บนเทมเพลตสแตรนด์ซึ่งเป็นเทอร์มิเนเตอร์และมีไซโตซิน (C) และ guanine (G) นิวคลีโอไทด์จำนวนมาก RNA strand ใหม่เริ่มพับเป็นกิ๊บ นิวคลีโอไทด์ของ C และ G มีผลผูกพัน กระบวนการนี้หยุด RNA polymerase จากการเคลื่อนย้าย
การแปลในเซลล์แบคทีเรีย
การแปลสร้างโมเลกุลโปรตีนหรือโพลีเปปไทด์ตามเท็มเพลต RNA ที่สร้างขึ้นระหว่างการถอดความ ในแบคทีเรียการแปลสามารถเกิดขึ้นได้ทันทีและบางครั้งก็เริ่มในระหว่างการถอดความ สิ่งนี้เป็นไปได้เพราะโปรคาริโอตไม่มีเยื่อนิวเคลียร์หรือออร์แกเนลล์ใด ๆ เพื่อแยกกระบวนการ
ในยูคาริโอตสิ่งต่าง ๆ เพราะการถอดความเกิดขึ้นในนิวเคลียสและการแปลอยู่ใน เซลล์หรือของเหลวในเซลล์ของเซลล์ ยูคาริโอตยังใช้ mRNA สำหรับผู้ใหญ่ซึ่งถูกประมวลผลก่อนการแปล
อีกเหตุผลที่การแปลและการถอดความสามารถเกิดขึ้นได้ในเวลาเดียวกันในแบคทีเรียคือ RNA ไม่ต้องการการประมวลผลพิเศษที่เห็นในยูคาริโอต RNA ของแบคทีเรียพร้อมสำหรับแปลทันที
mRNA strand มีกลุ่มของนิวคลีโอไทด์ที่เรียกว่า codons. แต่ละรหัสมีสามนิวคลีโอไทด์และรหัสสำหรับลำดับกรดอะมิโนที่เฉพาะเจาะจง แม้ว่าจะมีกรดอะมิโนเพียง 20 ชนิด แต่เซลล์ก็มี 61 codons สำหรับกรดอะมิโนและสาม codons หยุด AUG เป็น codon เริ่มและเริ่มการแปล มันยังเป็นรหัสสำหรับกรดอะมิโน methionine
การแปล: การเริ่มต้น
ในระหว่างการแปล mRNA strand ทำหน้าที่เป็นแม่แบบสำหรับสร้างกรดอะมิโนที่กลายเป็นโปรตีน เซลล์ถอดรหัส mRNA เพื่อทำสิ่งนี้ให้สำเร็จ
การเริ่มต้นต้องใช้การถ่ายโอน RNA (tRNA), ไรโบโซมและ mRNA โมเลกุลของ tRNA แต่ละอันจะมี anticodon สำหรับกรดอะมิโน anticodon เป็นส่วนประกอบของ codon ในแบคทีเรียกระบวนการเริ่มต้นเมื่อหน่วยไรโบโซมขนาดเล็กยึดติดกับ mRNA ที่ a ลำดับ Shine-Dalgarno.
ลำดับ Shine-Dalgarno เป็นพื้นที่จับยึดไรโบโซมพิเศษในแบคทีเรียและอาร์เคีย คุณมักจะเห็นมันประมาณแปดนิวคลีโอไทด์จากเริ่ม codon AUG
เนื่องจากยีนของแบคทีเรียสามารถมีการถอดรหัสเกิดขึ้นในกลุ่ม mRNA หนึ่งอาจเป็นรหัสสำหรับยีนจำนวนมาก ลำดับ Shine-Dalgarno ทำให้ง่ายต่อการค้นหา codon เริ่มต้น
การแปล: การยืดตัว
ระหว่างการยืดตัวโซ่ของกรดอะมิโนจะนานขึ้น tRNAs เพิ่มกรดอะมิโนเพื่อสร้างสายโซ่พอลิเปปไทด์ tRNA เริ่มทำงานใน เว็บไซต์พีซึ่งเป็นส่วนตรงกลางของไรโบโซม
ถัดจากเว็บไซต์ P คือ เว็บไซต์. tRNA ที่ตรงกับ codon สามารถไปที่ไซต์ A จากนั้นพันธะเปปไทด์สามารถเกิดขึ้นระหว่างกรดอะมิโน ไรโบโซมเคลื่อนที่ไปตาม mRNA และกรดอะมิโนกลายเป็นสายโซ่
การแปล: การสิ้นสุด
การยุติเกิดขึ้นเนื่องจาก codon หยุด เมื่อ Stop codon เข้าสู่เว็บไซต์ A กระบวนการแปลจะหยุดลงเพราะ Stop codon นั้นไม่มี tRNA เสริม โปรตีนที่เรียกว่า ปล่อยปัจจัย ที่พอดีกับไซต์ P สามารถรับรู้รหัสหยุดและป้องกันไม่ให้เกิดการรวมตัวของเปปไทด์
สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะปัจจัยการปลดปล่อยสามารถทำให้เอนไซม์เพิ่มโมเลกุลน้ำซึ่งทำให้สายโซ่แยกจาก tRNA
การแปลและยาแก้อักเสบ
เมื่อคุณใช้ยาปฏิชีวนะเพื่อรักษาการติดเชื้อพวกเขาอาจทำงานโดยขัดขวางกระบวนการแปลในแบคทีเรีย เป้าหมายของยาปฏิชีวนะคือการฆ่าเชื้อแบคทีเรียและหยุดยั้งการผลิตซ้ำ
วิธีหนึ่งที่พวกเขาบรรลุผลนี้คือส่งผลกระทบต่อไรโบโซมในเซลล์แบคทีเรีย ยาเสพติดสามารถรบกวนการแปล mRNA หรือบล็อกความสามารถของเซลล์ในการสร้างพันธะเปปไทด์ ยาปฏิชีวนะสามารถผูกกับไรโบโซม
ยกตัวอย่างเช่นยาปฏิชีวนะชนิดหนึ่งที่เรียกว่า tetracycline สามารถเข้าไปในเซลล์แบคทีเรียโดยการข้ามเมมเบรนในพลาสมาและสร้างขึ้นภายในไซโตพลาสซึม จากนั้นยาปฏิชีวนะสามารถผูกกับไรโบโซมและการแปลบล็อก
ยาปฏิชีวนะอีกตัวที่เรียกว่า ciprofloxacin มีผลต่อเซลล์แบคทีเรียโดยกำหนดเป้าหมายให้เอนไซม์ที่รับผิดชอบในการคลี่คลาย DNA เพื่อให้สามารถทำซ้ำได้ ในทั้งสองกรณีเซลล์ของมนุษย์ได้รับการงดเว้นซึ่งช่วยให้ผู้คนสามารถใช้ยาปฏิชีวนะได้โดยไม่ต้องฆ่าเซลล์ของตัวเอง
หัวข้อที่เกี่ยวข้อง: สิ่งมีชีวิตหลายเซลล์
การประมวลผลโปรตีนหลังการแปล
หลังจากการแปลสิ้นสุดลงเซลล์บางเซลล์ยังดำเนินการกับโปรตีนต่อไป การดัดแปลงหลังการแปล (PTMs) ของโปรตีนช่วยให้แบคทีเรียสามารถปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมและควบคุมพฤติกรรมของเซลล์
โดยทั่วไป PTM นั้นพบได้น้อยในโปรคาริโอตมากกว่ายูคาริโอต แต่สิ่งมีชีวิตบางชนิดมีพวกมัน แบคทีเรียสามารถปรับเปลี่ยนโปรตีนและย้อนกระบวนการได้เช่นกัน สิ่งนี้ทำให้พวกเขามีความคล่องตัวมากขึ้นและช่วยให้พวกเขาใช้การดัดแปลงโปรตีนเพื่อการควบคุม
โปรตีนฟอสฟอรัส
phosphorylation โปรตีน เป็นการดัดแปลงทั่วไปในแบคทีเรีย กระบวนการนี้เกี่ยวข้องกับการเพิ่มกลุ่มฟอสเฟตในโปรตีนซึ่งมีฟอสฟอรัสและอะตอมออกซิเจน ฟอสโฟรีเลชันเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของโปรตีน
อย่างไรก็ตามฟอสโฟรีเลชั่นอาจเป็นเพียงชั่วคราวเพราะสามารถย้อนกลับได้ แบคทีเรียบางชนิดสามารถใช้ฟอสโฟรีเลชั่นเป็นส่วนหนึ่งของกระบวนการในการติดเชื้อสิ่งมีชีวิตอื่น
ฟอสโฟรีเลชั่นที่เกิดขึ้นในซีรีนไทรีนและไทโรซีนกรดอะมิโนโซ่ด้านข้างเรียกว่า Ser / Thr / Tyr phosphorylation.
โปรตีนอะซิติเลชันและไกลโคไลเลชัน
นอกจากโปรตีนฟอสโฟรีลามิเนตแล้วแบคทีเรียยังมี acetylated และ glycosylated โปรตีน พวกเขาอาจมี methylation, carboxylation และการปรับเปลี่ยนอื่น ๆ การดัดแปลงเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการส่งสัญญาณของเซลล์การควบคุมและกระบวนการอื่น ๆ ในแบคทีเรีย
ยกตัวอย่างเช่น Ser / Thr / Tyr phosphorylation ช่วยให้แบคทีเรียตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมและเพิ่มโอกาสรอดชีวิต
การวิจัยแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมในเซลล์นั้นสัมพันธ์กับ Ser / Thr / Tyr phosphorylation ซึ่งบ่งชี้ว่าแบคทีเรียสามารถตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมของพวกมันได้โดยการเปลี่ยนกระบวนการเซลล์ นอกจากนี้การดัดแปลงหลังการแปลช่วยให้พวกเขาตอบสนองอย่างรวดเร็วและมีประสิทธิภาพ ความสามารถในการย้อนกลับการเปลี่ยนแปลงใด ๆ ยังให้การควบคุมที่สำคัญ
การแสดงออกของยีนใน Archaea
Archaea ใช้กลไกการแสดงออกของยีนที่คล้ายคลึงกับยูคาริโอตมากกว่า ถึงแม้ว่าอาร์เคียจะเป็นโปรคาริโอต แต่ก็มีบางอย่างที่เหมือนกันกับยูคาริโอตเช่นการแสดงออกของยีนและการควบคุมยีน กระบวนการของการถอดความและการแปลในอาร์เคียก็มีความคล้ายคลึงกันกับแบคทีเรีย
ยกตัวอย่างเช่น Archaea และแบคทีเรียมี methionine เป็นกรดอะมิโนตัวแรกและ AUG เป็น codon เริ่มต้น ในทางกลับกันทั้งอาร์เคียและยูคาริโอตมี กล่องทาทาซึ่งเป็นลำดับ DNA ในพื้นที่โปรโมเตอร์ที่แสดงตำแหน่งที่จะถอดรหัส DNA
การแปลอาร์คีคล้ายกับกระบวนการที่พบในแบคทีเรีย สิ่งมีชีวิตทั้งสองประเภทมีไรโบโซมที่ประกอบด้วยสองหน่วย: หน่วยย่อย 30S และ 50S นอกจากนี้พวกเขาทั้งสองมีลำดับ polycistronic mRNAs และ Shine-Dalgarno
มีความคล้ายคลึงกันและความแตกต่างหลากหลายในหมู่แบคทีเรียอาร์เคียและยูคาริโอต อย่างไรก็ตามพวกเขาทั้งหมดพึ่งพาการแสดงออกของยีนและการควบคุมยีนเพื่อความอยู่รอด