Ekspresja genów u prokariontów kontra eukarionty
Ekspresja genów jest niezbędnym procesem zachodzącym zarówno u prokariontów, jak i eukariontów. Pomimo tego, że wyniki zarówno u eukariontów, jak i prokariontów są takie same, istnieją między nimi znaczne różnice. Ekspresja genów jest omówiona ogólnie, a różnice między procesami prokariotycznymi i eukariotycznymi są szczególnie podkreślane w tym artykule.
Wyrażenie genu
Gdy informacja o genie jest przekształcana w formy strukturalne, mówi się, że konkretny gen ulega ekspresji. Ekspresja genów to proces, w którym powstają biologicznie ważne molekuły, a są to zazwyczaj makromolekuły. Geny są wyrażane głównie w postaci białek, ale RNA jest również produktem tego procesu. Nie byłoby formy życia bez zachodzenia procesu ekspresji genów.
Występują trzy główne etapy ekspresji genów, znane jako transkrypcja, przetwarzanie RNA i translacja. Modyfikacja białek po translacji i dojrzewanie niekodującego RNA to tylko niektóre z innych procesów związanych z ekspresją genów. W etapie transkrypcji sekwencja nukleotydowa genu w nici DNA jest transkrybowana do RNA po rozmontowaniu nici DNA enzymem helikazy DNA. Nowo utworzona nić RNA (mRNA) jest przekształcana przez usunięcie sekwencji niekodujących i przeniesienie sekwencji nukleotydowej genu do rybosomów. Istnieją specyficzne cząsteczki tRNA (transfer RNA), które rozpoznają odpowiednie aminokwasy w cytoplazmie. Następnie cząsteczki tRNA są przyłączane do określonych aminokwasów. W każdej cząsteczce tRNA znajduje się sekwencja trzech nukleotydów. Rybosom w cytoplazmie jest przyłączony do nici mRNA i identyfikowany jest kodon wyjściowy (promotor). Cząsteczki tRNA z odpowiednimi nukleotydami dla sekwencji mRNA są przenoszone do dużej podjednostki rybosomu. Gdy cząsteczki tRNA docierają do rybosomu, odpowiedni aminokwas jest wiązany z następnym aminokwasem w sekwencji wiązaniem peptydowym. To wiązanie peptydowe trwa do momentu odczytania ostatniego kodonu na rybosomie. W oparciu o sekwencję aminokwasów w łańcuchu białkowym kształt i funkcja różnią się dla każdej cząsteczki białka. Ten kształt i funkcja wynikają z sekwencji nukleotydów w cząsteczce DNA. Stąd staje się jasne, że różne geny kodują różne białka o różnych kształtach i funkcjach.
Jaka jest różnica między ekspresją genów u prokariontów i eukariotów?
• Ponieważ prokariota nie mają otoczki jądrowej, rybosomy mogą rozpocząć syntezę białka w miarę tworzenia się nici mRNA. Jest to wysoce sprzeczne z procesem eukariotycznym, w którym nić mRNA musi zostać przetransportowana do cytoplazmy, aby rybosomy się z nią związały. Dodatkowo, liczba głównych etapów wynosi dwa w ekspresji genów prokariotycznych, podczas gdy w procesie eukariotycznym istnieją trzy główne etapy.
• W eukariotycznym DNA znajdują się sekwencje intronów, więc nić mRNA również je zawiera. Dlatego splicing RNA musi mieć miejsce przed sfinalizowaniem nici mRNA wewnątrz jądra u eukariotów. Jednak nie ma etapu przetwarzania RNA u prokariontów ze względu na brak intronów w ich materiale genetycznym.
• Możliwość równoczesnej ekspresji genów skupionych (znanych jako operony) jest obecna w procesie prokariotycznym. Jednak tylko jeden jest eksprymowany na raz u eukariontów, a kolejna nić mRNA również ulega degradacji po ekspresji.
