Expression Génique Chez Les Procaryotes

Contenu

• Informations génétiques chez les procaryotes
• Etapes de l'expression génique
• Transcription dans des cellules bactériennes
• Transcription: phase d'initiation
• Transcription: phase d'élongation
• Transcription: phase de terminaison
• Traduction dans les cellules bactériennes
• Traduction: Initiation
• Traduction: Elongation
• Traduction: Résiliation
• Traduction et antibiotiques
• Traitement des protéines après la traduction
• Phosphorylation de Protéine
• Acétylation et glycosylation de protéines
• Expression Génique Dans Les Archaea

Les procaryotes sont de petits organismes vivants unicellulaires. Ils sont l’un des deux types de cellules courants: procaryote et eucaryote.

Comme les cellules procaryotes n'ont pas de noyau ni d'organelles, l'expression des gènes se produit dans le cytoplasme ouvert et toutes les étapes peuvent se dérouler simultanément. Bien que les procaryotes soient plus simples que les eucaryotes, le contrôle de l’expression des gènes reste crucial pour leur comportement cellulaire.

Informations génétiques chez les procaryotes

Les deux domaines des procaryotes sont les bactéries et les archées. Les deux n'ont pas de noyau défini, mais ils ont toujours un code génétique et des acides nucléiques. Bien qu'il n'y ait pas de chromosomes complexes comme ceux que vous verriez dans les cellules eucaryotes, les procaryotes ont des morceaux circulaires d'acide désoxyribonucléique (ADN) situés dans le nucléoïde.

Cependant, il n'y a pas de membrane autour du matériel génétique. En général, les procaryotes ont moins de séquences non codantes dans leur ADN que les eucaryotes. Cela peut être dû au fait que les cellules procaryotes sont plus petites et ont moins d'espace pour une molécule d'ADN.

le nucléoïde est simplement la région où l’ADN vit dans la cellule procaryote. Il a une forme irrégulière et peut varier en taille. De plus, le nucléoïde est attaché à la membrane cellulaire.

Les procaryotes peuvent aussi avoir un ADN circulaire appelé plasmides. Il est possible qu’ils aient un ou plusieurs plasmides dans une cellule. Lors de la division cellulaire, les procaryotes peuvent passer par la synthèse de l'ADN et la séparation des plasmides.

Comparés aux chromosomes chez les eucaryotes, les plasmides ont tendance à être plus petits et ont moins d’ADN. De plus, les plasmides peuvent se répliquer sans autre ADN cellulaire. Certains plasmides portent les codes de gènes non essentiels, tels que ceux qui confèrent aux bactéries leur résistance aux antibiotiques.

Dans certains cas, les plasmides peuvent également passer d'une cellule à une autre et partager des informations telles que la résistance aux antibiotiques.

Etapes de l'expression génique

L'expression génique est le processus par lequel la cellule traduit le code génétique en acides aminés pour la production de protéines. Contrairement aux eucaryotes, les deux étapes principales, qui sont la transcription et la traduction, peuvent se produire simultanément chez les procaryotes.

Pendant la transcription, la cellule traduit l'ADN en une molécule d'ARN messager (ARNm). Pendant la traduction, la cellule fabrique les acides aminés à partir de l'ARNm. Les acides aminés vont constituer les protéines.

La transcription et la traduction se produisent chez les procaryotes cytoplasme. En ayant les deux processus en même temps, la cellule peut produire une grande quantité de protéine à partir de la même matrice d'ADN. Si la cellule n'a plus besoin de la protéine, la transcription peut alors s'arrêter.

Transcription dans des cellules bactériennes

Le but de la transcription est de créer un brin d’acide ribonucléique (ARN) complémentaire à partir d’une matrice d’ADN. Le processus comporte trois parties: initiation, élongation de la chaîne et terminaison.

Pour que la phase d'initiation se produise, l'ADN doit d'abord se dérouler et la zone où cela se produit est la bulle de transcription.

Dans les bactéries, vous trouverez le même ARN polymérase responsable de toutes les transcriptions. Cette enzyme a quatre sous-unités. Contrairement aux eucaryotes, les procaryotes n'ont pas de facteurs de transcription.

Transcription: phase d'initiation

La transcription commence lorsque l'ADN se déroule et que l'ARN polymérase se lie à un promoteur. Un promoteur est une séquence d'ADN spéciale qui existe au début d'un gène spécifique.

Chez les bactéries, le promoteur a deux séquences: -10 et -35 éléments. L'élément -10 est l'endroit où l'ADN se déroule habituellement et se trouve à 10 nucléotides du site d'initiation. L'élément -35 est à 35 nucléotides du site.

L'ARN polymérase s'appuie sur un brin d'ADN pour servir de matrice, car elle crée un nouveau brin d'ARN appelé transcrit d'ARN. Le brin d'ARN ou le transcrit primaire obtenu est presque identique au brin d'ADN non matrice ou codant. La seule différence est que toutes les bases de thymine (T) sont des bases d'uracile (U) dans l'ARN.

Transcription: phase d'élongation

Au cours de la phase d'élongation de la chaîne de transcription, l'ARN polymérase se déplace le long du brin matrice d'ADN et forme une molécule d'ARNm. Le brin d'ARN s'allonge au fur et à mesure de l'ajout de nucléotides.

Essentiellement, l'ARN polymérase parcourt le support de l'ADN dans la direction 3 à 5 pour accomplir cela. Il est important de noter que les bactéries peuvent créer ARNm polycistroniques ce code pour plusieurs protéines.

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Transcription: phase de terminaison

Pendant la phase de fin de la transcription, le processus s’arrête. Il existe deux types de phases de terminaison chez les procaryotes: la terminaison Rho-dépendante et la terminaison Rho-indépendante.

Dans Terminaison Rho-dépendante, un facteur protéique spécial appelé Rho interrompt la transcription et la termine. Le facteur protéique Rho se lie au brin d'ARN sur un site de liaison spécifique. Ensuite, il se déplace le long du brin pour atteindre l'ARN polymérase dans la bulle de transcription.

Ensuite, Rho sépare le nouveau brin d'ARN et le nouveau modèle d'ADN afin que la transcription se termine. L'ARN polymérase cesse de bouger car il atteint une séquence codante qui constitue le point d'arrêt de la transcription.

Dans Terminaison Rho-indépendante, la molécule d'ARN fait une boucle et se détache. L'ARN polymérase atteint une séquence d'ADN sur le brin matrice qui est le terminateur et possède de nombreux nucléotides cytosine (C) et guanine (G). Le nouveau brin d'ARN commence à se plier en une épingle à cheveux. Ses nucléotides C et G se lient. Ce processus empêche l'ARN polymérase de se déplacer.

Traduction dans les cellules bactériennes

La traduction crée une molécule de protéine ou un polypeptide basé sur la matrice d'ARN créée lors de la transcription. Chez les bactéries, la traduction peut survenir immédiatement, et parfois elle commence lors de la transcription. Cela est possible parce que les procaryotes n'ont pas de membranes nucléaires ni d'organelles pour séparer les processus.

Chez les eucaryotes, les choses sont différentes parce que la transcription a lieu dans le noyau et que la traduction est dans le cytosol, ou fluide intracellulaire, de la cellule. Un eucaryote utilise également un ARNm mature, qui est traité avant la traduction.

Une autre raison pour laquelle la traduction et la transcription peuvent se produire simultanément chez les bactéries est que l'ARN n'a pas besoin du traitement spécial observé chez les eucaryotes. L'ARN bactérien est prêt pour la traduction immédiatement.

Le brin d’ARNm contient des groupes de nucléotides appelés codons. Chaque codon a trois nucléotides et code pour une séquence spécifique d'acides aminés. Bien qu'il n'y ait que 20 acides aminés, les cellules ont 61 codons pour les acides aminés et trois codons d'arrêt. AUG est le codon de départ et commence la traduction. Il code également pour l'acide aminé méthionine.

Traduction: Initiation

Pendant la traduction, le brin d'ARNm sert de matrice pour la fabrication d'acides aminés qui deviennent des protéines. La cellule décode l'ARNm pour y parvenir.

L'initiation nécessite un ARN de transfert (ARNt), un ribosome et un ARNm. Chaque molécule d'ARNt possède un anticodon pour un acide aminé. L'anticodon est complémentaire au codon. Dans les bactéries, le processus commence quand une petite unité ribosomale se lie à l'ARNm à un Séquence Shine-Dalgarno.

La séquence de Shine-Dalgarno est une zone de liaison ribosomale spéciale chez les bactéries et les archées. Vous voyez habituellement environ huit nucléotides à partir du codon de départ AUG.

Étant donné que les gènes bactériens peuvent être transcrits par groupes, un seul ARNm peut coder pour de nombreux gènes. La séquence Shine-Dalgarno facilite la recherche du codon de départ.

Traduction: Elongation

Au cours de l'allongement, la chaîne d'acides aminés s'allonge. Les ARNt ajoutent des acides aminés pour former la chaîne polypeptidique. Un ARNt commence à travailler dans le Site P, qui est une partie médiane du ribosome.

À côté du site P se trouve le Un site. Un ARNt qui correspond au codon peut aller sur le site A. Ensuite, une liaison peptidique peut se former entre les acides aminés. Le ribosome se déplace le long de l'ARNm et les acides aminés forment une chaîne.

Traduction: Résiliation

La terminaison se produit à cause d'un codon stop. Lorsqu'un codon d'arrêt entre dans le site A, le processus de traduction s'arrête car le codon d'arrêt n'a pas d'ARNt complémentaire. Protéines appelées facteurs de libération qui s’intègrent dans le site P peuvent reconnaître les codons d’arrêt et empêcher la formation de liaisons peptidiques.

Cela est dû au fait que les facteurs de libération peuvent amener les enzymes à ajouter une molécule d’eau, ce qui sépare la chaîne de l’ARNt.

Traduction et antibiotiques

Lorsque vous prenez des antibiotiques pour traiter une infection, ils peuvent agir en perturbant le processus de traduction des bactéries. Le but des antibiotiques est de tuer les bactéries et de les empêcher de se reproduire.

Une façon d'y parvenir consiste à affecter les ribosomes dans les cellules bactériennes. Les médicaments peuvent interférer avec la traduction de l'ARNm ou bloquer la capacité de la cellule à créer des liaisons peptidiques. Les antibiotiques peuvent se lier aux ribosomes.

Par exemple, un type d'antibiotique appelé tétracycline peut pénétrer dans la cellule bactérienne en traversant la membrane plasmique et en s'accumulant à l'intérieur du cytoplasme. Ensuite, l’antibiotique peut se lier à un ribosome et bloquer la traduction.

La ciprofloxacine est un autre antibiotique qui agit sur la cellule bactérienne en ciblant une enzyme responsable du déroulement de l’ADN afin de permettre sa réplication. Dans les deux cas, les cellules humaines sont épargnées, ce qui permet aux personnes d'utiliser des antibiotiques sans tuer leurs propres cellules.

Sujet connexe: Organismes multicellulaires

Traitement des protéines après la traduction

Une fois la traduction terminée, certaines cellules continuent à traiter les protéines. Modifications post-traductionnelles Les protéines (PTM) des protéines permettent aux bactéries de s’adapter à leur environnement et de contrôler leur comportement cellulaire.

En général, les PTM sont moins fréquents chez les procaryotes que chez les eucaryotes, mais certains organismes en ont. Les bactéries peuvent modifier les protéines et inverser les processus. Cela leur donne plus de polyvalence et leur permet d'utiliser la modification protéique pour la régulation.

Phosphorylation de Protéine

Phosphorylation de protéines est une modification commune chez les bactéries. Ce processus implique l'ajout d'un groupe phosphate à la protéine, qui contient des atomes de phosphore et d'oxygène. La phosphorylation est essentielle à la fonction des protéines.

Cependant, la phosphorylation peut être temporaire car elle est réversible. Certaines bactéries peuvent utiliser la phosphorylation dans le cadre du processus pour infecter d'autres organismes.

La phosphorylation qui se produit sur les chaînes latérales des acides aminés sérine, thréonine et tyrosine est appelée Phosphorylation Ser / Thr / Tyr.

Acétylation et glycosylation de protéines

En plus des protéines phosphorylées, les bactéries peuvent avoir acétylé et glycosylé les protéines. Ils peuvent également présenter une méthylation, une carboxylation et d'autres modifications. Ces modifications jouent un rôle important dans la signalisation cellulaire, la régulation et d'autres processus chez les bactéries.

Par exemple, la phosphorylation de Ser / Thr / Tyr aide les bactéries à réagir aux changements de leur environnement et augmente leurs chances de survie.

La recherche montre que les changements métaboliques dans la cellule sont associés à la phosphorylation de Ser / Thr / Tyr, ce qui indique que les bactéries peuvent réagir à leur environnement en modifiant leurs processus cellulaires. De plus, les modifications post-traductionnelles les aident à réagir rapidement et efficacement. La possibilité d’annuler les modifications fournit également un contrôle important.

Expression Génique Dans Les Archaea

Les archées utilisent des mécanismes d'expression génique plus similaires aux eucaryotes. Bien que les archées soient des procaryotes, elles ont certains points communs avec les eucaryotes, telles que l'expression génique et la régulation génique. Les processus de transcription et de traduction dans les archées présentent également certaines similitudes avec les bactéries.

Par exemple, à la fois les archées et les bactéries ont la méthionine comme premier acide aminé et AUG comme codon de départ. D'autre part, les archées et les eucaryotes ont une Boîte TATA, qui est une séquence d’ADN dans la zone du promoteur qui indique où décoder l’ADN.

La traduction chez les archées ressemble au processus observé chez les bactéries. Les deux types d'organismes ont des ribosomes constitués de deux unités: les sous-unités 30S et 50S. En outre, ils ont tous deux des ARNm polycistroniques et des séquences de Shine-Dalgarno.

Il existe de nombreuses similitudes et différences entre les bactéries, les archées et les eucaryotes. Cependant, ils dépendent tous de l'expression des gènes et de la régulation des gènes pour survivre.